JP4494204B2 - マルチモード無線モジュールおよびマルチモード無線機 - Google Patents

Description

本発明は、特に、限定はされないが、例えば携帯電話に使用されるマルチモード無線機に応用される高周波モジュールに関する。

携帯電話に使用されるマルチモード無線機は、ＧＭＳ、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ １８００）およびＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）等のいくつかの異なる規格／周波数帯域に準じて動作する能力を有する場合がある。このような無線機はいくつかの送信機／受信機フロントエンドに結合したアンテンナを１つ有しているため、１つのフロントエンドを他のものに優先して選択することができる必要がある。通常、いくつかの利用可能なものから１つのフロントエンドを選択するために、帯域通過フィルタおよび高周波モードスイッチ、例えばＰＩＮダイオードが使用される。このようなスイッチは損失が多く、別々の大きさのＰＣＢ（プリント基板）スペースを必要とする。

このような回路の例が、添付された図面の図１に示されている。この回路において、５つのモードスイッチＳＷ１乃至ＳＷ５はＰＩＮダイオードで構成されている。図示された回路は、ＧＭＳ、ＤＣＳおよびＰＣＳ規格に準拠する信号を受信／送信するためのアーキテクチャに関するものである。アンテナ１０はデュプレクサフィルタ１２に結合されており、このデュプレクサフィルタ１２は、ＧＳＭ周波数は通過させるがＤＣＳおよびＰＣＳ周波数は遮断する低域通過フィルタ１４と、ＤＣＳおよびＰＣＳ周波数は通過させるがＧＳＭ周波数は遮断する高域通過フィルタ１６とを備えている。

ＧＳＭ無線周波数フロントエンドアーキテクチャは、第１のモードスイッチＳＷ１とインダクタンスＬ１によって電源ライン２４とに結合された出力を有する電力増幅器１８を備えている。モードスイッチＳＷ１は、低域通過フィルタ１４と伝送線ＴＸＬ１の一端とに結合されている。伝送線ＴＸＬ１の他端は、モードスイッチＳＷ２と受信機ＳＡＷ帯域通過フィルタＲＸＦ１の入力とに結合されている。帯域通過フィルタＲＸＦ１の出力は低雑音増幅器ＬＮＡ１の入力に結合されている。

ＤＣＳおよびＰＣＳ無線周波数フロントエンドは高域通過フィルタ１６に結合されている。共通ＤＣＳ／ＰＣＳ送信機は、モードスイッチＳＷ３とインダクタンスＬ２を経由して電源ライン２４とに結合された出力を有する電力増幅器２０を備えている。モードスイッチＳＷ３の陰極はフィルタ１６に結合されている。ＤＣＳ受信機のフロントエンドとＰＣＳ受信機のフロントエンドとは別個である。フィルタ１６の出力は、モードスイッチＳＷ４と伝送線ＴＸＬ２の長さの一端とに結合されている。モードスイッチＳＷ４は、ＰＣＳ受信機ＳＡＷフィルタの一方の側と、電源ライン２４に結合されたインダクタンスＬ３とに結合されている。ＳＡＷフィルタＲＸＦ２の出力はＰＣＳ低雑音増幅器ＬＮＡ２に結合されている。伝送線ＴＸＬ２の長さの他端は、モードスイッチＳＷ５と、ＤＣＳ受信機ＳＡＷフィルタＲＸＦ３とに結合されている。ＳＡＷフィルタＲＸＦ３の出力はＤＣＳ低雑音増幅器ＬＮＡ３に結合されている。

すべてのフィルタは５０Ωの入力インピーダンスを有し、低雑音増幅器の入力インピーダンスは通常２００Ωである。フィルタによって、またはフィルタとその各低雑音増幅器との間のインピーダンス変換によって、異なるインピーダンスを整合させるようにしてもよい。このアーキテクチャには特に、ＰＣＳリスニング／スタンバイモードでは通常およそ１ｍＡの比較的大きな電流がモードスイッチＳＷ４によって消費されるため、バッテリの寿命が短くなるという欠点がある。理想的には、リスニング／スタンバイモードでは電流ドレインがないほうがよい。

欧州特許出願公開第１１６８６５０号明細書には、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信機と、ＤＣＳ受信機と、パーソナルコンピュータの受信機とを切り換える高周波スイッチモジュールが開示されている。アンテナがデュプレクサに結合され、このデュプレクサは、ＧＳＭ回路に結合された低域通過フィルタと、切換スイッチを経由してＤＣＳ／ＰＣＳ送信機フロントエンドに、またそれぞれＤＣＳ受信機フロントエンドおよびＰＣＳ受信機フロントエンドのためのブランチを有する分岐回路に結合された高域通過フィルタとを備える。各ブランチは、適宜、ＤＣＳまたはＰＣＳフィルタの入力に結合された移相器をそれぞれ備える。各移相器は、所定の各周波数でおよそλ／１０からλ／４の実際長を有する伝送線によって構成されている。共通端末から見ると、各ブランチのインピーダンス特性は、これらのブランチが他のブランチの受信帯域においては実質的に開状態であるようになっている。この引用したモジュールは図１と比較すると少ないモードスイッチを有しているが、伝送線を移相器として使用することにより望ましくない損失が発生し、各フィルタと低雑音増幅器入力との間にインピーダンス変成器を設ける必要がある。さらに、遮断ブランチによって与えられる開状態インピーダンスは、すべての信号が他のブランチへ行かないようになっている。

本発明の目的は、上記引用されたモジュールよりも効率良く動作するマルチモード無線モジュールを製造することである。

本発明の一態様によれば、信号伝搬および受信手段に接続する端末と、前記端末に結合された送信ブランチと、前記端末に結合された分岐回路とを備えるマルチモード無線モジュールが提供され、前記分岐回路は、それぞれ第１および第２の周波数帯域における信号を受信する少なくとも第１および第２のブランチを含み、前記第１および第２のブランチはそれぞれ、移相回路と、前記移相回路に結合された帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタの出力に結合された低雑音増幅器とを有し、前記フィルタの帯域幅は、前記第１および第２の周波数帯域の一方における所望の信号を通過させるが、前記第２および第１の周波数帯域の他方における不要な信号を拒否するように選択され、各移相回路はインピーダンス変換を行う。

本発明の他の態様によれば、信号伝搬および受信手段と、送信される信号を変調する手段と、受信信号を復調する手段と、前記信号伝搬および受信手段に結合された送信ブランチを備えるマルチモード無線モジュールとを備えるマルチモード無線機が提供され、前記変調手段は、前記送信ブランチの信号入力と、前記信号伝搬および受信手段に結合された分岐回路とに結合され、前記分岐回路は、それぞれ第１および第２の周波数帯域における信号を受信する少なくとも第１および第２のブランチを含み、前記第１および第２のブランチは、移相回路と、前記移相回路に結合された帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタの出力に結合された低雑音増幅器とをそれぞれ有し、前記フィルタの帯域幅は、前記第１および第２の周波数帯域の一方における所望の信号を通過させるが、前記第２および第１の周波数帯域の他方における不要な信号を拒否するように選択され、各低雑音増幅器は前記復調手段に結合され、各移相回路はインピーダンス変換を行う。

移相回路を上向きにインピーダンス変換させることによって、各受信機フロントエンドはより効率のよい構成を有する。インピーダンス変換の有益な特徴は、５０Ωのアンテナインピーダンスから通常は２００Ωである低雑音増幅器の入力インピーダンスへインピーダンスを変換させることができるため、フィルタの出力と低雑音増幅器との間に別個のインピーダンス整合段を設ける必要がなくなるか、またはフィルタにインピーダンス変換させる必要がなくなることである。また、移相回路は引用した回路と比較すると極めて良好な開状態を示し、即ち、より多くの信号が所望のブランチへ向かう。さらに、フィルタがバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタまたは表面弾性波フィルタとして製造された場合、ＰＣＢの面積のおよそ４分の１が必要とされ、５０Ωの入力インピーダンスを有するＢＡＷまたはＳＡＷと比較すると損失が小さくなる。

添付された図面を参照しながら、例証として本発明を説明する。
図面においては、対応する特徴を示すために同一の参照番号を用いた。
簡潔にするため、図１についてはこの明細書の前文において説明したため、再度説明は行わない。

図２に示されたマルチモード無線機は、ＧＭＳ、ＤＣＳおよびＰＣＳ規格に準拠する信号を受信／送信するためのものである。アンテナ１０はマルチモード無線モジュール２２の端末１１に結合されている。この端末はデュプレクサフィルタ１２に結合されており、このデュプレクサフィルタ１２は、ＧＳＭ周波数は通過させるがＤＣＳおよびＰＣＳ周波数は遮断する低域通過フィルタ１４と、ＤＣＳおよびＰＣＳ周波数は通過させるがＧＳＭ周波数は遮断する高域通過フィルタ１６とを備えている。

ＧＳＭ無線周波数フロントエンドアーキテクチャは、第１のモードスイッチＳＷ１とインダクタンスＬ１によって電源ライン２４とに結合された出力を有する電力増幅器１８を備えている。第１のモードスイッチＳＷ１は、低域通過フィルタ１４とλ／４伝送線ＴＸＬ１の一端とに結合されている。伝送線ＴＸＬ１の他端は、ＰＩＮダイオードとして実施されるモードスイッチＳＷ２と受信機ＳＡＷ帯域通過フィルタＲＸＦ１の入力とに結合されている。帯域通過フィルタＲＸＦ１の出力は低雑音増幅器ＬＮＡ１の入力に結合されている。

信号源２６は、端末３０に結合された出力を有するＧＭＳ変調器２８に結合され、端末３０は電力増幅器１８に結合されている。低雑音増幅器ＬＮＡ１によって供給される受信ＧＭＳ信号は、端末３６を経由して復調器３８に供給される。復調器３８の出力は音響トランスデューサ等の出力装置４０に供給される。

ＤＣＳおよびＰＣＳ無線周波数フロントエンドはデュプレクサ１２の高域通過フィルタ１６に結合されている。共通ＤＣＳ／ＰＣＳ送信機はＤＣＳ／ＰＣＳ変調器４４の入力に結合された信号源４２を備え、ＤＣＳ／ＰＣＳ変調器４４は、ＰＩＮダイオードとして実施されるモードスイッチＳＷ３とインダクタンスＬ２を経由して電源ライン２４とに結合された出力を有する電力増幅器２０に端末４６を経由して結合されている。モードスイッチＳＷ３の陰極はフィルタ１６に結合されている。

ＤＣＳおよびＰＣＳ受信機の無線周波数フロントエンドは、λ／４伝送線ＴＸＬ２を経由してフィルタ１６に接続された分岐回路の別個のブランチを形成する。伝送線ＴＸＬ２は開回路を提供し、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信機に負荷がかかることを回避する。ＰＣＳブランチは、直列キャパシタＣ１および分路インダクタンスＬ３からなるインピーダンス変換移相回路ＰＳ１を備えている。移相回路ＰＳ１の出力は、ＢＡＷまたはＳＡＷフィルタとしてもよい帯域通過フィルタＲＸＦ２に接続されている。フィルタＲＸＦ２はＰＣＳ低雑音増幅器ＬＮＡ２に結合されている。低雑音増幅器ＬＮＡ２は端末４８を経由してＰＣＳ復調器５０に結合され、このＰＣＳ復調器５０には適切な出力段５２が接続されている。

ＤＣＳブランチは、直列キャパシタＣ２および分路インダクタンスＬ４からなるインピーダンス変換移相回路ＰＳ２を備えている。移相回路ＰＳ２の出力は、ＢＡＷまたはＳＡＷフィルタとしてもよい帯域通過フィルタＲＸＦ３に接続されている。フィルタＲＸＦ３はＤＣＳ低雑音増幅器ＬＮＡ３に結合されている。低雑音増幅器ＬＮＡ３は端末５４を経由してＤＣＳ復調器５６に結合され、このＤＣＳ復調器５６には適切な出力段５８が接続されている。

伝送線ＴＸＬ２の長さの他端は、ＰＩＮダイオードとして実施されるモードスイッチＳＷ５に結合されている。

モジュールのＧＳＭ部を無視すると、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信機ブランチが送信を行いたい場合、モードスイッチＳＷ３およびＳＷ５が通電して電源ライン２４の電圧がＤＣＳ／ＰＣＳ送信機に結合する。ＤＣＳおよびＰＣＳ受信機ブランチはモードスイッチＳＷ５の通電から絶縁されているので、それらによって電流が引き込まれることはない。受信モードにおいては、モードスイッチＳＷ３およびＳＷ５は非通電となって、受信信号が伝送線ＴＸＬ２を経由して分岐回路の両方のブランチに印加される。帯域通過フィルタＲＸＦ２およびＲＸＦ３の帯域外応答を利用し、且つこれらの各フィルタの応答の移相を行って他方の帯域の周波数では開回路のように見えるようにすることにより、図１のモードスイッチＳＷ４のようなモードスイッチを必要とすることなく２つの無線周波数フロントエンドを互いに接続することができる。その結果、リスニング状態においては、ＰＣＳ受信機によって電流が流出することはない。移相回路ＰＳ１およびＰＳ２によって行われた移相をインピーダンス変換とすることによって、それらの入力インピーダンスを５０Ωにして伝送線ＴＸＬ２に整合させると共に、それらの出力インピーダンスを２００Ωにして各帯域通過フィルタＲＸＦ２、ＲＸＦ３の入力インピーダンスに整合させる。各フィルタＲＸＦ２、ＲＸＦ３は電気的に長いので、本質的にはこれらのフィルタの前でインピーダンス変換を行うほうがよい。インピーダンス変換回路の出力インピーダンスは比較的高いので、非インピーダンス変換移相回路を有するアーキテクチャと比較すると、これらのフィルタを物理的により小さな共振器にすることができる。即ち、ＢＡＷフィルタの場合、インピーダンスの増大に等しい係数だけ面積が縮小する。これは、一次元しか使用することができないため、柔軟性はむしろ低くなるが、ＳＡＷフィルタにも当てはまることである。従って、４倍ということは、プリント基板の面積のおよそ７５％を節約することができるということを意味する（相互接続面積は除く）。上向きのインピーダンス変換は、分路インダクタンスＬ３、Ｌ４の値を大きくし且つキャパシタＣ１、Ｃ２の値を変化させることによって行われる。他の特徴としては、帯域通過フィルタは選択されたアーキテクチャではより小さな損失を示し且つ典型的な低雑音増幅器インピーダンスにより良く整合するので、フィルタ段の後で整合する別個のインピーダンスを必要としなくなる。この理由は、損失の多い寄生容量の大きさは装置の大きさに対応し、即ちフィルタインピーダンス値が異なっていても損失は変化しない。しかし、直列抵抗は同じままである。従って、フィルタインピーダンスが増大すると直列損失が減少する。ＳＡＷ装置の場合、フィルタインピーダンスが増大すると直列損失が減少する可能性がある。これによってさらに損失が減少する。

本明細書および請求の範囲において、要素の前の“ａ”または“ａｎ”（１つの）という語はそのような要素が複数存在することを排除するものではない。また、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”（備える）という語は、記載された以外の要素またはステップが存在することを排除するものではない。

本開示を読むことにより、当業者には他の変形例が考えられるであろう。このような変形例には、マルチモード無線機／モジュールおよびその構成部の設計、製造および使用法において既に知られ、且つここに既に説明された特徴の代わりにまたはそれに加えて使用してもよい他の特徴も含まれ得る。この出願において請求項は特定の特徴の組み合わせに従って作成されたが、本願の開示の範囲は、いずれかの請求項にここで記載されているものと同一の発明に関連するか否か、また本発明と同様に技術的問題のいずれかまたはすべてを緩和するか否かに関わらず、あらゆる新規の特徴またはここに明白にまたは暗に開示された特徴の新規の組み合わせまたはそれを総括したものをも含むものである。本出願人は、本出願またはそれより発生するさらなる出願がなされている間にそのような特徴および／またはそのような特徴の組み合わせに対して新たな請求項を作成する場合があることをここに予告しておく。

複数のモードスイッチを有するマルチモード無線モジュールのブロック概略回路図である。 本発明によって作成されたマルチモード無線機／無線モジュールのブロック概略図である。

Claims (8)

1. アンテナの形態を有する信号伝搬・受信手段（１０）に接続される端末（１１）と、前記信号伝搬・受信手段（１０）へ送信するための信号を提供するために前記端末（１１）に結合された送信ブランチ（ＤＣＳ／ＰＣＳ）と、第１のインピーダンスを有する伝送線（ＴＸＬ２）の長さによって前記端末（１１）に結合された受信用の分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）と、を備え、前記分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）は、前記伝送線（ＴＸＬ２）の長さによって接続される少なくとも第１のブランチ（ＤＣＳ）および第２のブランチ（ＰＣＳ）を備えるマルチモード無線モジュール（２２）であって、
   前記第１のブランチ（ＤＣＳ）および第２のブランチ（ＰＣＳ）は、前記信号伝搬・受信手段（１０）からの第１の周波数帯域（ＤＣＳ）および第２の周波数帯域（ＰＣＳ）の信号をそれぞれ受信し、
   前記第１のブランチ（ＤＣＳ）および第２のブランチ（ＰＣＳ）は、直列キャパシタおよびシャントインダクタの形態を有する移相回路（ＰＳ２，ＰＳ１）と、前記移相回路（ＰＳ２，ＰＳ１）に結合された帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）と、前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の出力に結合された低雑音増幅器（ＬＮＡ３，ＬＮＡ２）と、をそれぞれ有し、
   前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の帯域幅は、前記第１の周波数帯域（ＤＣＳ）および第２の周波数帯域（ＰＣＳ）の一方における所望の信号を通過させるが、その逆に、前記第２の周波数帯域（ＰＣＳ）および第１の周波数帯域（ＤＣＳ）の他方における不要な信号を拒否するように選択され、
   前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）のそれぞれの入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは、それぞれの低雑音増幅器（ＬＮＡ３，ＬＮＡ２）の入力インピーダンスに匹敵すると共に、
   各移相回路の前記直列キャパシタ（Ｃ２，Ｃ１）およびシャントインダクタ（Ｌ４，Ｌ３）の値は、前記伝送線（ＴＸＬ２）の前記第１のインピーダンスを、それぞれの前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の前記入力インピーダンスに整合させるために、インピーダンス変換を行うように選択されることを特徴とするマルチモード無線モジュール。
2. 前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）のそれぞれはＢＡＷフィルタであることを特徴とする、請求項１に記載のマルチモード無線モジュール。
3. 前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）のそれぞれはＳＡＷフィルタであることを特徴とする、請求項１に記載のマルチモード無線モジュール。
4. 前記送信ブランチ（ＤＣＳ／ＰＣＳ）は、前記端末（１１）に結合された直列スイッチ（ＳＷ３）を有し、前記分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）の前記第１のブランチ（ＤＣＳ）および前記第２のブランチ（ＰＣＳ）は、前記端末（１１）から離れた前記伝送線（ＴＸＬ２）の端部に結合されたシャントスイッチ（ＳＷ５）を有していることを特徴とする、請求項１ないし３の何れかに記載のマルチモード無線モジュール。
5. 前記端末（１１）にはデュプレクサ（１２）が結合され、前記送信ブランチ（ＤＣＳ／ＰＣＳ）および分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）は、第１の帯域幅（ＤＣＳ）にある周波数を有する信号を通す前記デュプレクサのポートに結合され、第２の帯域幅（ＰＣＳ）にある周波数を有する信号を処理するさらなるブランチにはさらなるポートが結合されていることを特徴とする、請求項１ないし４の何れかに記載のマルチモード無線モジュール。
6. アンテナの形態を有する信号伝搬・受信手段（１０）と、送信すべき信号（ＤＣＳ／ＰＣＳ）を変調する変調手段（４４）と、受信信号（ＤＣＳ／ＰＣＳ）を復調する復調手段（５６，５０）と、前記信号伝搬・受信手段（１０）に結合された送信ブランチ（ＤＣＳ／ＰＣＳ）を含むマルチモード無線モジュールと、を備えるマルチモード無線機であって、
   前記変調手段（４４）は、前記送信ブランチ（ＤＣＳ／ＰＣＳ）の信号入力と、第１のインピーダンスを有する伝送線（ＴＸＬ２）の長さによって前記信号伝搬・受信手段（１０）に結合された分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）との間に結合され、
   前記分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）は、第１の周波数帯域（ＤＣＳ）および第２の周波数帯域（ＰＣＳ）における信号をそれぞれ受信する少なくとも第１のブランチ（ＤＣＳ）および第２のブランチ（ＰＣＳ）を含み、
   前記第１のブランチ（ＤＣＳ）および第２のブランチ（ＰＣＳ）は、直列キャパシタ（Ｃ２，Ｃ１）およびシャントインダクタ（Ｌ４，Ｌ３）の形態を有する移相回路（ＰＳ２，ＰＳ１）と、前記移相回路（ＰＳ２，ＰＳ１）に結合された帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）と、前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の出力に結合された低雑音増幅器（ＬＮＡ３，ＬＮＡ２）と、をそれぞれ有し、
   前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の帯域幅は、前記第１の周波数帯域（ＤＣＳ）および第２の周波数帯域（ＰＣＳ）の一方における所望の信号を通過させるが、その逆に、前記第２の周波数帯域（ＰＣＳ）および第１の周波数帯域（ＤＣＳ）の他方における不要な信号を拒否するように選択され、
   前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）のそれぞれの入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは、それぞれの低雑音増幅器（ＬＮＡ３，ＬＮＡ２）の入力インピーダンスに匹敵すると共に、
   各移相回路の前記直列キャパシタ（Ｃ２，Ｃ１）およびシャントインダクタ（Ｌ４，Ｌ３）の値は、前記伝送線（ＴＸＬ２）の前記第１のインピーダンスを、それぞれの前記帯域通過音響共振フィルタ（ＲＸＦ３，ＲＸＦ２）の前記入力インピーダンスに整合させるために、インピーダンス変換を行うように選択されることを特徴とするマルチモード無線機。
7. 前記送信ブランチ（ＤＣＳ，ＰＣＳ）は、前記端末（１１）に結合された直列スイッチ（ＳＷ３）を有し、前記分岐回路（ＤＣＳ，ＰＣＳ）は、４分の１波長伝送線（ＴＸＬ２）の一端に結合されたシャントスイッチ（ＳＷ５）を有していることを特徴とする、請求項６に記載のマルチモード無線機。
8. 前記端末にはデュプレクサが結合され、前記送信および分岐回路は、第１の帯域幅にある周波数を有する信号を通す前記デュプレクサのポートに結合され、第２の帯域幅にある周波数を有する信号を処理するさらなるブランチにはさらなるポートが結合されていることを特徴とする、請求項６および７の何れかに記載のマルチモード無線機。

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