JP4505777B2 - 周波数分波回路、およびマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数分波回路、およびそれらに好適なマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品に関し、特に２つ以上の異なる周波数の信号を１つのアンテナを共用して送受信するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線システムには、例えば主に欧州で盛んなEGSM900(Extended Global System for Mobile Communications 900)方式およびDCS(Digital Cellular System)方式、米国で盛んなPCS(Personal Communication Service)方式、日本で採用されているPDC(Personal Digital Cellular )方式などの様々なシステムがあるが、昨今の携帯電話の急激な普及に伴い、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯域ではシステム利用者を賄いきれず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断するなどの問題が生じている。そこで、利用者が複数のシステムを利用できるようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を図り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラを有効活用することが提唱されている。
【０００３】
前記利用者が複数のシステムを利用したい場合には、各システムに対応した携帯通信機を必要な分だけ持つか、あるいは複数のシステムで通信できる小型軽量の携帯通信機を持つ必要がある。後者の場合、１台の携帯通信機で複数のシステムを利用可能とするには、システム毎の部品を用いて携帯通信機を構成すればよいが、信号の送信系においては、例えば希望の送信周波数の送信信号を通過させるフィルタ、送受信回路を切り換える高周波スイッチや送受信信号を入放射するアンテナ、また信号の受信系では、前記高周波スイッチを通過した受信信号の希望の周波数を通過させるフィルタ等の高周波回路部品が各システム毎に必要となる。このため、携帯通信機が高価になるとともに、体積および重量ともに増加してしまい携帯用としては不適であった。そこで複数のシステムに対応した小型軽量の高周波回路部品が必要になってきた。例えば、EGSMとDCSの２つのシステムに対応した携帯通信機に用いられるデュアルバンド対応の高周波スイッチモジュール、あるいはEGSM、DCS、PCSの３つのシステムに対応した携帯通信機に用いられるトリプルバンド対応の高周波スイッチモジュールが特開平１１−２２５０８８号公報、特開２０００−１６５２８８号公報にそれぞれ開示されている。また高周波スイッチモジュールの小型化に関して特開平９−１５３８４０号公報には並列共振器と直列共振器及び移相器を基板内に内蔵することが開示されている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
次世代携帯無線システムとしてWCDMA(Wide-band Code Division Multiple Access)方式のサービスが２００１年以降開始される予定であり、データ転送レートの高速化、通信チャネルの多重化などが期待できるため、急速に普及する事が予想される。このため現在携帯電話通信システムで大きなウェートを占めている、EGSM、DCS、PCSなどとあわせて、WCDMAにも対応した携帯無線機が必要となってきた。例えばEGSM方式(Tx：880〜915MHz Rx：925〜960MHz)とDCS方式（Tx：1710〜1785MHz Rx：1805〜1880MHz）、WCDMA方式（Tx：1920〜1980MHz Rx：2110〜2170MHz）、（Txは送信、Rxは受信を意味する）の３つのシステムに対応した高周波スイッチモジュールを構成するには、周波数分波回路(Diplexer)によりEGSMの周波数の信号とDCSあるいはWCDMAの周波数の信号を２分波した後に、図５の高周波スイッチ回路ＳＷ１によりEGSMの送受信信号を切り換え、ＳＷ２によりDCSの送受信信号とWCDMAの信号とを切り換える回路構成が従来の技術より容易に考案される。しかしながら従来の周波数分波回路では高周波側の通過帯域幅が300MHz程度であったため、DCS〜WCDMA帯域の帯域幅460MHz(1710〜2170MHz)のような周波数帯域をカバーすることは困難であった。例えば、上記特開平９−１５３８４０号公報ではこのような広帯域化による問題点全く意識しておらず、この回路のままではこの問題を解決することは出来なかった。
本発明では以上のような問題に鑑み、高周波側の通過帯域が広帯域で、かつ形状が小型の周波数分波回路、およびこれを用いたマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の構成を主旨とする。
（１）周波数ｆ１の信号と、前記周波数ｆ１よりも相対的に高周波である周波数ｆ２の信号を分波する周波数分波回路において、前記周波数分波回路は、共通端子と低周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ１の信号を通過させる低周波側フィルタと、前記共通端子と高周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ２の信号を通過させる高周波側フィルタより構成され、低周波側フィルタは前記共通端子に電気的に接続された第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と低周波側の端子との間に電気的に接続された第２の伝送線路と、前記第１および第２の伝送線路の接点とグランドの間に電気的に接続された、第３の伝送線路と第１の容量とからなる直列共振回路より構成され、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路は周波数ｆ２において高インピーダンスであり、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路の合計長さを、前記共通端子から前記低周波側の端子をみたインピーダンスが周波数ｆ２において高インピーダンスとなる電気長としたことを特徴とする周波数分波回路である。
本発明において高周波側フィルタは、前記共通端子に電気的に接続された、第２の容量と第４の伝送線路とからなる並列共振回路と、前記並列共振回路と前記高周波側の端子との間に電気的に接続された第３の容量と、前記並列共振回路と第３の容量の接点とグランドとの間に電気的に接続された第５の伝送線路より構成されるのが好ましい。
【０００６】
（２）（１）記載の周波数分波回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵したことを特徴とする周波数分波回路である。
【０００７】
（３）（１）または（２）記載の周波数分波回路と送受信信号を切り換える為のスイッチ回路とを複合し、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするアンテナスイッチ積層モジュール複合部品であって、前記周波数分波回路および前記スイッチ回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵し、前記スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子を積層基板上に搭載したことを特徴とするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品である。
【０００８】
２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２の関係にある）の信号を分波する周波数分波回路において、以下本発明の周波数分波回路の作用について説明する。
【０００９】
前記低周波側フィルタは、前記直列共振回路がｆ２の周波数で共振するため、ｆ２の信号を通過させない。一方、ｆ１の周波数ではマッチングが取れているため、ｆ１の信号を低損失で通過させる。
【００１０】
前記高周波側フィルタは、前記並列共振回路がｆ１の周波数で共振するため、ｆ１の信号を通過させない。一方、ｆ２の周波数ではマッチングが取れているため、ｆ２の信号を低損失で通過させる。
【００１１】
前記第１および前記第２の伝送線路は低周波数においては低インピーダンス、高周波数においては高インピーダンスとして働くため、ｆ１の信号は共通端子から低周波側の端子へと通過しやすく、ｆ２の信号は通過しにくい。
【００１２】
前記第３の伝送線路と前記第１の容量は直列共振回路を形成し、ｆ２の周波数で共振するようになっている。このためｆ２の信号は共通端子から低周波側の端子へ通過できない。またＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側の信号は前記第１の容量を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側のノイズを低減できる。
【００１３】
前記第２の容量と前記第４の伝送線路は並列共振回路を形成し、ｆ１の周波数で共振するようになっている。このためｆ１の信号は共通端子から高周波側の端子へ通過できない。また、前記第２の容量は大きい値が望ましい。なぜなら、前記第２の容量が大きい方がｆ２の周波数においてより低インピーダンスとなるため、ｆ２の信号が共通端子から高周波側の端子へ通過しやすくなるからである。
【００１４】
前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整されている。したがって、共通端子からみた低周波側の端子のインピーダンスが無限大になり、ｆ２の信号が低周波側の端子へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号が共通端子から高周波側の端子へ通過しやすくなる。
【００１５】
Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側の信号は前記第３の容量を通過することができず、前記第５の伝送線路を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側のノイズを低減できる。
【００１６】
以上の作用から、高周波側の通過帯域が広帯域である周波数分波回路が得られる。
【００１７】
また本発明の周波数分波回路を構成する伝送線路および容量を積層基板に内蔵することにより小型で安価な周波数分波器が得られる。
【００１８】
また、本発明の周波数分波回路と、送受信信号を切り換える為のスイッチ回路とを複合し、前記周波数分波回路および前記スイッチ回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵し、前記スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子、容量および抵抗を積層基板上に搭載することにより、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る周波数分波回路の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２の関係にある）の信号を分波する周波数分波回路において、本発明に係る周波数分波回路の等価回路を図１に示す。ここでＬ１〜Ｌ５は伝送線路、Ｃ１〜Ｃ３は容量、Ｐ１は共通端子、Ｐ２は低周波側の端子、Ｐ３は高周波側の端子をそれぞれ示す。
【００２１】
本発明において、Ｐ１とＰ２の間の回路が低周波側フィルタ（ＬＰＦ：ローパスフィルタ）を構成し、Ｐ１とＰ３の間の回路が高周波側フィルタ（ＨＰＦ：ハイパスフィルタ）を構成する。ＬＰＦはＰ１−Ｐ２間に電気的に直列に接続されたＬ１とＬ２、およびＬ１とＬ２の接点とグランドとの間に接続された、Ｌ３とＣ１とからなる直列共振回路から構成される。また、ＨＰＦはＰ１に接続されたＣ２とＬ４とからなる並列共振回路、前記並列共振回路とＰ３の間に接続されたＣ３、前記並列共振回路とＣ３の接点とグランドとの間に接続されたＬ５より構成される。
【００２２】
Ｌ１およびＬ２は低周波数においては低インピーダンス、高周波数においては高インピーダンスとして働くため、ｆ１の信号はＰ１からＰ２へと通過しやすく、ｆ２の信号は通過しにくい。この結果、Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ２の信号の挿入損失が向上する。
【００２３】
Ｌ３とＣ１は直列共振回路を形成し、ｆ２の周波数で共振するように伝送線路の長さ、容量の大きさが調整されている。したがって、Ｐ１からＰ２の経路においてｆ２の信号が通過しにくく、Ｐ１からＰ３の経路におけるｆ２の信号の挿入損失が向上する。またＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側の信号はＣ１を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側のノイズを低減できる。
【００２４】
Ｃ２とＬ４は並列共振回路を形成し、ｆ１の周波数で共振するように伝送線路の長さ、容量の大きさが調整されている。したがって、Ｐ１からＰ３の経路においてｆ１の信号が通過しにくく、Ｐ１からＰ２の経路におけるｆ１の信号の挿入損失が向上する。また、Ｃ２の容量値は大きい方が望ましい。なぜなら、Ｃ２の容量が大きい方がｆ２の周波数においてより低インピーダンスとなるため、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなるからである。
【００２５】
Ｌ１とＬ３の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整されている。したがって、Ｐ１からみたＰ２側のインピーダンスが無限大になり、ｆ２の信号がＰ１側へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなる。
【００２６】
Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側の信号はＣ３の容量を通過することができず、Ｌ５の伝送線路を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側のノイズを低減できる。
【００２７】
本実施例の回路構成で周波数分波回路を構成することにより、特に高周波側の通過帯域が広帯域で低損失な周波数分波回路が得られる。また、等価回路中の伝送線路はインダクタとして働くため、チップインダクタを用いることもできるが、伝送線路および容量を積層基板に内蔵することにより、小型で安価な周波数分波器が容易に実現できる。
【００２８】
（実施例２）
本発明である図１の等価回路で示される周波数分波回路の特徴について説明する。実施例として、EGSM帯域とDCS帯域〜WCDMA帯域とを分波する周波数分波回路を考える。このとき低周波側の信号ｆ１はEGSMの帯域（880〜960MHz）であり、高周波側の信号ｆ２はDCS〜WCDMAの帯域（1710〜2170MHz）である。
【００２９】
したがって、図１においてＬ３とＣ１で構成される直列共振回路の共振周波数をｆ２の周波数に、Ｃ２とＬ４で構成される並列共振回路の共振周波数をｆ１の周波数にそれぞれ調整する。この時、Ｃ２の容量、およびＬ３の伝送線路長は大きい方が望ましい。Ｃ２が大きい方がＰ１からＰ３へのインピーダンスを低減でき、ｆ２の信号がＰ１からＰ３の経路に通過しやすくなるためである。また、Ｌ３が大きい方がＰ１からＰ２の経路におけるｆ２の減衰極の幅を大きくできるため、Ｐ１からＰ３の経路におけるｆ２の信号の通過帯域幅を広くすることができるためである。
【００３０】
Ｌ１とＬ３の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整される。例えば、伝送線路のまわりの誘電体の誘電率が８の場合を考えると、ＤＣＳ帯域〜ＷＣＤＭＡの帯域の中心周波数約２ＧＨｚをｆ２として、λ／４＝１３．２ｍｍとなる。したがって、Ｌ１とＬ３の長さを約１３ｍｍ程度に設定することでＰ１からみたＰ２側のインピーダンスが無限大となり、ｆ２の信号がＰ１側へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなる。
【００３１】
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３端子の反射、各端子間のマッチングはＬ２、Ｌ５、Ｃ３の最適化により行う。この場合、ｆ１の周波数においては、Ｐ１、Ｐ２端子の反射係数ができるだけゼロ、Ｐ３端子の反射係数ができるだけ１になるようにＬ２、Ｌ５、Ｃ３の値を調整する。またｆ２の周波数においては、Ｐ１、Ｐ３端子の反射係数ができるだけゼロ、Ｐ２端子の反射係数ができるだけ１になるようにＬ２、Ｌ５、Ｃ３の値を調整する。
【００３２】
上記手順で実現された本発明に係る周波数分波回路の特性を図２に示す。比較のため、従来技術の周波数分波回路（図６に示される等価回路、特開平１０−９８３４８参照）の特性も図中に示した。なお、図６においてＬ６〜Ｌ８は伝送線路、Ｃ４〜Ｃ７は容量を示す。
【００３３】
図２より明らかなように本発明の周波数分波回路は広帯域で低損失であり、DCS〜WCDMA帯域（1710〜2170MHz）における挿入損失も０．２ｄB以内であることが確認できる。表１にＰ１−Ｐ３経路におけるDCS帯域〜WCDMA帯域での挿入損失の比較を示す。表１の（）内の値はリップル値と言い、システム帯域内での挿入損失の最大変化量を示す指標であり、小さい値が望まれる。表１より、本発明の周波数分波回路が挿入損失、リップルともに良好である事が確認できる。
【００３４】
【表１】
【００３５】
図２より、Ｐ１からＰ３経路の挿入損失が０．２ｄB、０．３ｄB、０．４ｄB以内となる帯域幅を算出し、表２に示す。本発明の周波数分波回路において０．２ｄB以内の帯域幅は５００MHｚであり、従来の回路と比較して非常に広帯域であることが確認できる。
【００３６】
【表２】
【００３７】
（実施例３）
本発明に係る一実施例の積層構造図を図４に、斜視図を図３に示す。この実施例はシート積層法を用いて構成したチップ状の積層型周波数分波器の実施例である。まず、セラミックグリーンシート１〜１２を用意する。本実施例では、９５０℃以下の低温焼成が可能なセラミック誘電材料を用いた。伝送線路、容量を形成しやすいように、シートの４０〜２００μｍの厚みのものを使用した。なお、誘電率は８である。このセラミックグリーンシート１〜１２を積層して図１の等価回路で示される周波数分波器を構成する。
【００３８】
図４において、最下層のシート１には、グランド電極３３が形成され、そのグランド電極３３は外部端子Ｔ４〜Ｔ８に接続されるように引き出し部を有する。伝送線路１３、１４、１５は等価回路のＬ１、伝送線路１６、１７、１８は等価回路のＬ３、伝送線路１９、２０、２１は等価回路のＬ２、伝送線路２２、２３、２４は等価回路のＬ４、伝送線路２５、２６、２７は等価回路のＬ５をそれぞれ形成している。また、電極２８とグランド電極３３により等価回路のＣ１、電極２９と電極３０、３２により等価回路のＣ２、電極３０、３２と電極３１により等価回路のＣ３がそれぞれ形成されている。図中の黒丸で示したスルーホールにより、前記記伝送線路および前記容量は下層のパターンと電気的に接続される。
【００３９】
伝送線路１３、２２および電極２９は外部端子Ｔ１へ、伝送線路１９は外部端子Ｔ２へ、電極３１は外部端子Ｔ３へそれぞれ接続されるように引出し部を有する。このときＴ１は等価回路における共通端子Ｐ１、Ｔ２は低周波側の端子Ｐ２、Ｔ３は高周波側の端子Ｐ３にそれぞれ対応する。
【００４０】
最上層には方向認識用マーク３４が形成されたシート１２が積層される。この積層体を約９００℃で一体焼成し、側面に端子用電極を形成して、積層型分波器を構成した。なおパターン電極はＡｇペーストをスクリーン印刷して形成した。
以上、本実施例により、図１に示す等価回路図の周波数分波器が構成できる。また、積層法を用いることにより外形寸法は１．６ｍｍ×０．８ｍｍで高さ０．８ｍｍと非常に小型で、低背化が実現できる。
【００４１】
（実施例４）
図５は、本発明の周波数分波回路とスイッチ回路、ＬＰＦおよびデュプレクサを複合させて、ＥＧＳＭ、ＤＣＳ、ＷＣＤＭＡの３つの異なる周波数の信号を分波、切り換えするトリプルバンドアンテナスイッチ積層モジュールのブロック図である。
【００４２】
図５において、ＡＮＴはＥＧＳＭ、ＤＣＳ、ＷＣＤＭＡの帯域の信号を入放射するためのアンテナ、ＳＷ１はＧＳＭシステムの送受信の切り換えを行うスイッチ回路、ＳＷ２はＤＣＳシステムの送受信およびＷＣＤＭＡシステムの切り換えを行うスイッチ回路、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２は送信時のパワーアンプから発生する高調波信号を取り除くためのローパスフィルタ、ＤｕｐはＷＣＤＭＡシステムの送受信信号を分波するデュプレクサをそれぞれ意味する。
【００４３】
本実施例において、本発明の周波数分波回路を適用することにより、ＤＣＳ帯域とＷＣＤＭＡ帯域の両方の帯域を低損失にできる。このため、本実施例のアンテナスイッチモジュールを用いた携帯通信機の受信感度の向上および送信効率の向上が期待できる。
【００４４】
ＳＷ１およびＳＷ２のスイッチ回路は、公知のＰＩＮダイオードとλ／4共振器、容量、抵抗などから構成されるスイッチ回路、またはＧａＡｓ半導体を用いたＧａＡｓスイッチなどが使える。
【００４５】
また、本実施例の周波数分波回路、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、およびスイッチ回路を構成する、伝送線路と容量を積層基板に内蔵し、スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子や容量および抵抗を積層基板上に搭載することにより、小型で安価なトリプルバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が実現可能となる。
【００４６】
（その他の実施例）
以上の実施例では主にEGSMとDCS、WCDMAを分波する周波数分波回路およびEGSM、DCS、WCDMAの３つの異なった周波数の信号を分波、切り換えするアンテナスイッチモジュールを例に挙げたが、これ以外にもDAMPS帯域(824〜894MHz)、PDC800帯域(810〜960MHz)、GPS帯域(1575.42MHz)、PCS帯域(1850〜1910MHz)、PHS帯域(1895〜1920MHz)、Bluetooth帯域(2400〜2484)などを対象にした場合も同様の効果が期待でき、デュアルバンド、トリプルバンド、クアッドバンド等のマルチバンドのアンテナスイッチモジュールも実現可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によると、２つの異なった周波数を分波する周波数分波回路において、特に高周波側の通過帯域が広帯域で、低損失の周波数分波回路が提供される。また、本発明の周波数分波回路と送受信を切り換える為のスイッチ回路とを複合することで、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る周波数分波回路の等価回路図である。
【図２】 本発明に係る周波数分波回路と従来技術による周波数分波回路との特性を比較する図である。
【図３】 本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図４】 本発明に係る一実施例の積層構造図である。
【図５】 本発明に係るマルチバンドアンテナスイッチモジュールの一例を示すブロック図である。
【図６】 従来技術による周波数分波回路を示す等価回路図である。
【符号の説明】
ＡＮＴ：アンテナ
ＬＰＦ、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２：ローパスフィルタ
ＨＰＦ：ハイパスフィルタ
ＳＷ１、ＳＷ２：スイッチ回路
Ｄｕｐ：デュプレクサ
Ｐ１：共通端子
Ｐ２：低周波側の端子
Ｐ３：高周波側の端子
Ｌ１〜Ｌ８：伝送線路
Ｃ１〜Ｃ７：容量
Ｔ１〜Ｔ８：外部端子
１〜１２：セラミックグリーンシート
１３〜２７：伝送線路形成用パターン電極
２８〜３２：容量形成用パターン電極
３３：グランド電極
３４：方向認識用マーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数分波回路、およびそれらに好適なマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品に関し、特に２つ以上の異なる周波数の信号を１つのアンテナを共用して送受信するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線システムには、例えば主に欧州で盛んなEGSM900(Extended Global System for Mobile Communications 900)方式およびDCS(Digital Cellular System)方式、米国で盛んなPCS(Personal Communication Service)方式、日本で採用されているPDC(Personal Digital Cellular )方式などの様々なシステムがあるが、昨今の携帯電話の急激な普及に伴い、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯域ではシステム利用者を賄いきれず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断するなどの問題が生じている。そこで、利用者が複数のシステムを利用できるようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を図り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラを有効活用することが提唱されている。
【０００３】
前記利用者が複数のシステムを利用したい場合には、各システムに対応した携帯通信機を必要な分だけ持つか、あるいは複数のシステムで通信できる小型軽量の携帯通信機を持つ必要がある。後者の場合、１台の携帯通信機で複数のシステムを利用可能とするには、システム毎の部品を用いて携帯通信機を構成すればよいが、信号の送信系においては、例えば希望の送信周波数の送信信号を通過させるフィルタ、送受信回路を切り換える高周波スイッチや送受信信号を入放射するアンテナ、また信号の受信系では、前記高周波スイッチを通過した受信信号の希望の周波数を通過させるフィルタ等の高周波回路部品が各システム毎に必要となる。このため、携帯通信機が高価になるとともに、体積および重量ともに増加してしまい携帯用としては不適であった。そこで複数のシステムに対応した小型軽量の高周波回路部品が必要になってきた。例えば、EGSMとDCSの２つのシステムに対応した携帯通信機に用いられるデュアルバンド対応の高周波スイッチモジュール、あるいはEGSM、DCS、PCSの３つのシステムに対応した携帯通信機に用いられるトリプルバンド対応の高周波スイッチモジュールが特開平１１−２２５０８８号公報、特開２０００−１６５２８８号公報にそれぞれ開示されている。また高周波スイッチモジュールの小型化に関して特開平９−１５３８４０号公報には並列共振器と直列共振器及び移相器を基板内に内蔵することが開示されている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
次世代携帯無線システムとしてWCDMA(Wide-band Code Division Multiple Access)方式のサービスが２００１年以降開始される予定であり、データ転送レートの高速化、通信チャネルの多重化などが期待できるため、急速に普及する事が予想される。このため現在携帯電話通信システムで大きなウェートを占めている、EGSM、DCS、PCSなどとあわせて、WCDMAにも対応した携帯無線機が必要となってきた。例えばEGSM方式(Tx：880〜915MHz Rx：925〜960MHz)とDCS方式（Tx：1710〜1785MHz Rx：1805〜1880MHz）、WCDMA方式（Tx：1920〜1980MHz Rx：2110〜2170MHz）、（Txは送信、Rxは受信を意味する）の３つのシステムに対応した高周波スイッチモジュールを構成するには、周波数分波回路(Diplexer)によりEGSMの周波数の信号とDCSあるいはWCDMAの周波数の信号を２分波した後に、図５の高周波スイッチ回路ＳＷ１によりEGSMの送受信信号を切り換え、ＳＷ２によりDCSの送受信信号とWCDMAの信号とを切り換える回路構成が従来の技術より容易に考案される。しかしながら従来の周波数分波回路では高周波側の通過帯域幅が300MHz程度であったため、DCS〜WCDMA帯域の帯域幅460MHz(1710〜2170MHz)のような周波数帯域をカバーすることは困難であった。例えば、上記特開平９−１５３８４０号公報ではこのような広帯域化による問題点全く意識しておらず、この回路のままではこの問題を解決することは出来なかった。
本発明では以上のような問題に鑑み、高周波側の通過帯域が広帯域で、かつ形状が小型の周波数分波回路、およびこれを用いたマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の構成を主旨とする。
（１）周波数ｆ１の信号と、前記周波数ｆ１よりも相対的に高周波である周波数ｆ２の信号を分波する周波数分波回路において、前記周波数分波回路は、共通端子と低周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ１の信号を通過させる低周波側フィルタと、前記共通端子と高周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ２の信号を通過させる高周波側フィルタより構成され、低周波側フィルタは前記共通端子に電気的に接続された第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と低周波側の端子との間に電気的に接続された第２の伝送線路と、前記第１および第２の伝送線路の接点とグランドの間に電気的に接続された、第３の伝送線路と第１の容量とからなる直列共振回路より構成され、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路は周波数ｆ２において高インピーダンスであり、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路の合計長さを、前記共通端子から前記低周波側の端子をみたインピーダンスが周波数ｆ２において高インピーダンスとなる電気長としたことを特徴とする周波数分波回路である。
本発明において高周波側フィルタは、前記共通端子に電気的に接続された、第２の容量と第４の伝送線路とからなる並列共振回路と、前記並列共振回路と前記高周波側の端子との間に電気的に接続された第３の容量と、前記並列共振回路と第３の容量の接点とグランドとの間に電気的に接続された第５の伝送線路より構成されるのが好ましい。
【０００６】
（２）（１）記載の周波数分波回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵したことを特徴とする周波数分波回路である。
【０００７】
（３）（１）または（２）記載の周波数分波回路と送受信信号を切り換える為のスイッチ回路とを複合し、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするアンテナスイッチ積層モジュール複合部品であって、前記周波数分波回路および前記スイッチ回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵し、前記スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子を積層基板上に搭載したことを特徴とするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品である。
【０００８】
２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２の関係にある）の信号を分波する周波数分波回路において、以下本発明の周波数分波回路の作用について説明する。
【０００９】
前記低周波側フィルタは、前記直列共振回路がｆ２の周波数で共振するため、ｆ２の信号を通過させない。一方、ｆ１の周波数ではマッチングが取れているため、ｆ１の信号を低損失で通過させる。
【００１０】
前記高周波側フィルタは、前記並列共振回路がｆ１の周波数で共振するため、ｆ１の信号を通過させない。一方、ｆ２の周波数ではマッチングが取れているため、ｆ２の信号を低損失で通過させる。
【００１１】
前記第１および前記第２の伝送線路は低周波数においては低インピーダンス、高周波数においては高インピーダンスとして働くため、ｆ１の信号は共通端子から低周波側の端子へと通過しやすく、ｆ２の信号は通過しにくい。
【００１２】
前記第３の伝送線路と前記第１の容量は直列共振回路を形成し、ｆ２の周波数で共振するようになっている。このためｆ２の信号は共通端子から低周波側の端子へ通過できない。またＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側の信号は前記第１の容量を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側のノイズを低減できる。
【００１３】
前記第２の容量と前記第４の伝送線路は並列共振回路を形成し、ｆ１の周波数で共振するようになっている。このためｆ１の信号は共通端子から高周波側の端子へ通過できない。また、前記第２の容量は大きい値が望ましい。なぜなら、前記第２の容量が大きい方がｆ２の周波数においてより低インピーダンスとなるため、ｆ２の信号が共通端子から高周波側の端子へ通過しやすくなるからである。
【００１４】
前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整されている。したがって、共通端子からみた低周波側の端子のインピーダンスが無限大になり、ｆ２の信号が低周波側の端子へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号が共通端子から高周波側の端子へ通過しやすくなる。
【００１５】
Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側の信号は前記第３の容量を通過することができず、前記第５の伝送線路を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側のノイズを低減できる。
【００１６】
以上の作用から、高周波側の通過帯域が広帯域である周波数分波回路が得られる。
【００１７】
また本発明の周波数分波回路を構成する伝送線路および容量を積層基板に内蔵することにより小型で安価な周波数分波器が得られる。
【００１８】
また、本発明の周波数分波回路と、送受信信号を切り換える為のスイッチ回路とを複合し、前記周波数分波回路および前記スイッチ回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵し、前記スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子、容量および抵抗を積層基板上に搭載することにより、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る周波数分波回路の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２の関係にある）の信号を分波する周波数分波回路において、本発明に係る周波数分波回路の等価回路を図１に示す。ここでＬ１〜Ｌ５は伝送線路、Ｃ１〜Ｃ３は容量、Ｐ１は共通端子、Ｐ２は低周波側の端子、Ｐ３は高周波側の端子をそれぞれ示す。
【００２１】
本発明において、Ｐ１とＰ２の間の回路が低周波側フィルタ（ＬＰＦ：ローパスフィルタ）を構成し、Ｐ１とＰ３の間の回路が高周波側フィルタ（ＨＰＦ：ハイパスフィルタ）を構成する。ＬＰＦはＰ１−Ｐ２間に電気的に直列に接続されたＬ１とＬ２、およびＬ１とＬ２の接点とグランドとの間に接続された、Ｌ３とＣ１とからなる直列共振回路から構成される。また、ＨＰＦはＰ１に接続されたＣ２とＬ４とからなる並列共振回路、前記並列共振回路とＰ３の間に接続されたＣ３、前記並列共振回路とＣ３の接点とグランドとの間に接続されたＬ５より構成される。
【００２２】
Ｌ１およびＬ２は低周波数においては低インピーダンス、高周波数においては高インピーダンスとして働くため、ｆ１の信号はＰ１からＰ２へと通過しやすく、ｆ２の信号は通過しにくい。この結果、Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ２の信号の挿入損失が向上する。
【００２３】
Ｌ３とＣ１は直列共振回路を形成し、ｆ２の周波数で共振するように伝送線路の長さ、容量の大きさが調整されている。したがって、Ｐ１からＰ２の経路においてｆ２の信号が通過しにくく、Ｐ１からＰ３の経路におけるｆ２の信号の挿入損失が向上する。またＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側の信号はＣ１を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ２の経路において、ｆ２より高周波側のノイズを低減できる。
【００２４】
Ｃ２とＬ４は並列共振回路を形成し、ｆ１の周波数で共振するように伝送線路の長さ、容量の大きさが調整されている。したがって、Ｐ１からＰ３の経路においてｆ１の信号が通過しにくく、Ｐ１からＰ２の経路におけるｆ１の信号の挿入損失が向上する。また、Ｃ２の容量値は大きい方が望ましい。なぜなら、Ｃ２の容量が大きい方がｆ２の周波数においてより低インピーダンスとなるため、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなるからである。
【００２５】
Ｌ１とＬ３の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整されている。したがって、Ｐ１からみたＰ２側のインピーダンスが無限大になり、ｆ２の信号がＰ１側へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなる。
【００２６】
Ｐ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側の信号はＣ３の容量を通過することができず、Ｌ５の伝送線路を介してグランドへ吸収される。このためＰ１からＰ３の経路において、ｆ１より低周波側のノイズを低減できる。
【００２７】
本実施例の回路構成で周波数分波回路を構成することにより、特に高周波側の通過帯域が広帯域で低損失な周波数分波回路が得られる。また、等価回路中の伝送線路はインダクタとして働くため、チップインダクタを用いることもできるが、伝送線路および容量を積層基板に内蔵することにより、小型で安価な周波数分波器が容易に実現できる。
【００２８】
（実施例２）
本発明である図１の等価回路で示される周波数分波回路の特徴について説明する。実施例として、EGSM帯域とDCS帯域〜WCDMA帯域とを分波する周波数分波回路を考える。このとき低周波側の信号ｆ１はEGSMの帯域（880〜960MHz）であり、高周波側の信号ｆ２はDCS〜WCDMAの帯域（1710〜2170MHz）である。
【００２９】
したがって、図１においてＬ３とＣ１で構成される直列共振回路の共振周波数をｆ２の周波数に、Ｃ２とＬ４で構成される並列共振回路の共振周波数をｆ１の周波数にそれぞれ調整する。この時、Ｃ２の容量、およびＬ３の伝送線路長は大きい方が望ましい。Ｃ２が大きい方がＰ１からＰ３へのインピーダンスを低減でき、ｆ２の信号がＰ１からＰ３の経路に通過しやすくなるためである。また、Ｌ３が大きい方がＰ１からＰ２の経路におけるｆ２の減衰極の幅を大きくできるため、Ｐ１からＰ３の経路におけるｆ２の信号の通過帯域幅を広くすることができるためである。
【００３０】
Ｌ１とＬ３の合計の長さは、ｆ２の周波数における電気長がλ／４に相当するよう調整される。例えば、伝送線路のまわりの誘電体の誘電率が８の場合を考えると、ＤＣＳ帯域〜ＷＣＤＭＡの帯域の中心周波数約２ＧＨｚをｆ２として、λ／４＝１３．２ｍｍとなる。したがって、Ｌ１とＬ３の長さを約１３ｍｍ程度に設定することでＰ１からみたＰ２側のインピーダンスが無限大となり、ｆ２の信号がＰ１側へ通過できなくなる。この結果、ｆ２の信号がＰ１からＰ３へ通過しやすくなる。
【００３１】
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３端子の反射、各端子間のマッチングはＬ２、Ｌ５、Ｃ３の最適化により行う。この場合、ｆ１の周波数においては、Ｐ１、Ｐ２端子の反射係数ができるだけゼロ、Ｐ３端子の反射係数ができるだけ１になるようにＬ２、Ｌ５、Ｃ３の値を調整する。またｆ２の周波数においては、Ｐ１、Ｐ３端子の反射係数ができるだけゼロ、Ｐ２端子の反射係数ができるだけ１になるようにＬ２、Ｌ５、Ｃ３の値を調整する。
【００３２】
上記手順で実現された本発明に係る周波数分波回路の特性を図２に示す。比較のため、従来技術の周波数分波回路（図６に示される等価回路、特開平１０−９８３４８参照）の特性も図中に示した。なお、図６においてＬ６〜Ｌ８は伝送線路、Ｃ４〜Ｃ７は容量を示す。
【００３３】
図２より明らかなように本発明の周波数分波回路は広帯域で低損失であり、DCS〜WCDMA帯域（1710〜2170MHz）における挿入損失も０．２ｄB以内であることが確認できる。表１にＰ１−Ｐ３経路におけるDCS帯域〜WCDMA帯域での挿入損失の比較を示す。表１の（）内の値はリップル値と言い、システム帯域内での挿入損失の最大変化量を示す指標であり、小さい値が望まれる。表１より、本発明の周波数分波回路が挿入損失、リップルともに良好である事が確認できる。
【００３４】
【表１】
図２より、Ｐ１からＰ３経路の挿入損失が０．２ｄB、０．３ｄB、０．４ｄB以内となる帯域幅を算出し、表２に示す。本発明の周波数分波回路において０．２ｄB以内の帯域幅は５００MHｚであり、従来の回路と比較して非常に広帯域であることが確認できる。
【００３６】
【表２】
（実施例３）
本発明に係る一実施例の積層構造図を図４に、斜視図を図３に示す。この実施例はシート積層法を用いて構成したチップ状の積層型周波数分波器の実施例である。まず、セラミックグリーンシート１〜１２を用意する。本実施例では、９５０℃以下の低温焼成が可能なセラミック誘電材料を用いた。伝送線路、容量を形成しやすいように、シートの４０〜２００μｍの厚みのものを使用した。なお、誘電率は８である。このセラミックグリーンシート１〜１２を積層して図１の等価回路で示される周波数分波器を構成する。
【００３８】
図４において、最下層のシート１には、グランド電極３３が形成され、そのグランド電極３３は外部端子Ｔ４〜Ｔ８に接続されるように引き出し部を有する。伝送線路１３、１４、１５は等価回路のＬ１、伝送線路１６、１７、１８は等価回路のＬ３、伝送線路１９、２０、２１は等価回路のＬ２、伝送線路２２、２３、２４は等価回路のＬ４、伝送線路２５、２６、２７は等価回路のＬ５をそれぞれ形成している。また、電極２８とグランド電極３３により等価回路のＣ１、電極２９と電極３０、３２により等価回路のＣ２、電極３０、３２と電極３１により等価回路のＣ３がそれぞれ形成されている。図中の黒丸で示したスルーホールにより、前記記伝送線路および前記容量は下層のパターンと電気的に接続される。
【００３９】
伝送線路１３、２２および電極２９は外部端子Ｔ１へ、伝送線路１９は外部端子Ｔ２へ、電極３１は外部端子Ｔ３へそれぞれ接続されるように引出し部を有する。このときＴ１は等価回路における共通端子Ｐ１、Ｔ２は低周波側の端子Ｐ２、Ｔ３は高周波側の端子Ｐ３にそれぞれ対応する。
【００４０】
最上層には方向認識用マーク３４が形成されたシート１２が積層される。この積層体を約９００℃で一体焼成し、側面に端子用電極を形成して、積層型分波器を構成した。なおパターン電極はＡｇペーストをスクリーン印刷して形成した。
以上、本実施例により、図１に示す等価回路図の周波数分波器が構成できる。また、積層法を用いることにより外形寸法は１．６ｍｍ×０．８ｍｍで高さ０．８ｍｍと非常に小型で、低背化が実現できる。
【００４１】
（実施例４）
図５は、本発明の周波数分波回路とスイッチ回路、ＬＰＦおよびデュプレクサを複合させて、ＥＧＳＭ、ＤＣＳ、ＷＣＤＭＡの３つの異なる周波数の信号を分波、切り換えするトリプルバンドアンテナスイッチ積層モジュールのブロック図である。
【００４２】
図５において、ＡＮＴはＥＧＳＭ、ＤＣＳ、ＷＣＤＭＡの帯域の信号を入放射するためのアンテナ、ＳＷ１はＧＳＭシステムの送受信の切り換えを行うスイッチ回路、ＳＷ２はＤＣＳシステムの送受信およびＷＣＤＭＡシステムの切り換えを行うスイッチ回路、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２は送信時のパワーアンプから発生する高調波信号を取り除くためのローパスフィルタ、ＤｕｐはＷＣＤＭＡシステムの送受信信号を分波するデュプレクサをそれぞれ意味する。
【００４３】
本実施例において、本発明の周波数分波回路を適用することにより、ＤＣＳ帯域とＷＣＤＭＡ帯域の両方の帯域を低損失にできる。このため、本実施例のアンテナスイッチモジュールを用いた携帯通信機の受信感度の向上および送信効率の向上が期待できる。
【００４４】
ＳＷ１およびＳＷ２のスイッチ回路は、公知のＰＩＮダイオードとλ／4共振器、容量、抵抗などから構成されるスイッチ回路、またはＧａＡｓ半導体を用いたＧａＡｓスイッチなどが使える。
【００４５】
また、本実施例の周波数分波回路、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、およびスイッチ回路を構成する、伝送線路と容量を積層基板に内蔵し、スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子や容量および抵抗を積層基板上に搭載することにより、小型で安価なトリプルバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が実現可能となる。
【００４６】
（その他の実施例）
以上の実施例では主にEGSMとDCS、WCDMAを分波する周波数分波回路およびEGSM、DCS、WCDMAの３つの異なった周波数の信号を分波、切り換えするアンテナスイッチモジュールを例に挙げたが、これ以外にもDAMPS帯域(824〜894MHz)、PDC800帯域(810〜960MHz)、GPS帯域(1575.42MHz)、PCS帯域(1850〜1910MHz)、PHS帯域(1895〜1920MHz)、Bluetooth帯域(2400〜2484)などを対象にした場合も同様の効果が期待でき、デュアルバンド、トリプルバンド、クアッドバンド等のマルチバンドのアンテナスイッチモジュールも実現可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によると、２つの異なった周波数を分波する周波数分波回路において、特に高周波側の通過帯域が広帯域で、低損失の周波数分波回路が提供される。また、本発明の周波数分波回路と送受信を切り換える為のスイッチ回路とを複合することで、アンテナで送受信する２つ以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る周波数分波回路の等価回路図である。
【図２】 本発明に係る周波数分波回路と従来技術による周波数分波回路との特性を比較する図である。
【図３】 本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図４】 本発明に係る一実施例の積層構造図である。
【図５】 本発明に係るマルチバンドアンテナスイッチモジュールの一例を示すブロック図である。
【図６】 従来技術による周波数分波回路を示す等価回路図である。
【符号の説明】
ＡＮＴ：アンテナ
ＬＰＦ、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２：ローパスフィルタ
ＨＰＦ：ハイパスフィルタ
ＳＷ１、ＳＷ２：スイッチ回路
Ｄｕｐ：デュプレクサ
Ｐ１：共通端子
Ｐ２：低周波側の端子
Ｐ３：高周波側の端子
Ｌ１〜Ｌ８：伝送線路
Ｃ１〜Ｃ７：容量
Ｔ１〜Ｔ８：外部端子
１〜１２：セラミックグリーンシート
１３〜２７：伝送線路形成用パターン電極
２８〜３２：容量形成用パターン電極
３３：グランド電極
３４：方向認識用マーク
Claims (4)
- 周波数ｆ１の信号と、前記周波数ｆ１よりも相対的に高周波である周波数ｆ２の信号を分波する周波数分波回路において、
前記周波数分波回路は、共通端子と低周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ１の信号を通過させる低周波側フィルタと、前記共通端子と高周波側の端子との間に設けられた、周波数ｆ２の信号を通過させる高周波側フィルタより構成され、
低周波側フィルタは前記共通端子に電気的に接続された第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と低周波側の端子との間に電気的に接続された第２の伝送線路と、前記第１および第２の伝送線路の接点とグランドの間に電気的に接続された、第３の伝送線路と第１の容量とからなる直列共振回路より構成され、
前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路は周波数ｆ２において高インピーダンスであり、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路の合計長さを、前記共通端子から前記低周波側の端子をみたインピーダンスが周波数ｆ２において高インピーダンスとなる電気長としたことを特徴とする周波数分波回路。 - 高周波側フィルタは前記共通端子に電気的に接続された、第２の容量と第４の伝送線路とからなる並列共振回路と、前記並列共振回路と前記高周波側の端子との間に電気的に接続された第３の容量と、前記並列共振回路と第３の容量の接点とグランドとの間に電気的に接続された第５の伝送線路より構成されたことを特徴とする請求項１に記載の周波数分波回路。
- 前記周波数分波回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵したことを特徴とする請求項１又は２記載の周波数分波回路。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の周波数分波回路と送受信信号を切り換える為のスイッチ回路とを複合し、アンテナで送受信する２つの以上の異なった周波数の信号を分波、切り換えするアンテナスイッチ複合部品であって、前記周波数分波回路および前記スイッチ回路を構成する伝送線路および容量の一部を積層基板に内蔵し、前記スイッチ回路の一部を構成するスイッチ素子を積層基板上に搭載したことを特徴とするマルチバンドアンテナスイッチ積層モジュール複合部品。
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