JP4548610B2 - マルチバンド高周波回路、マルチバンド高周波回路部品及びこれを用いたマルチバンド通信装置 - Google Patents
マルチバンド高周波回路、マルチバンド高周波回路部品及びこれを用いたマルチバンド通信装置 Download PDFInfo
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子電器機器間における無線伝送を行う無線通信装置に関し、特には少なくとも２つの通信システムに共用でき、さらにはダイバーシティ受信が可能なマルチバンド高周波回路、マルチバンド高周波回路部品、及びこれを用いたマルチバンド通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、IEEE802.11規格に代表される無線LAN（WLAN）によるデータ通信が広く一般化している。例えばパーソナルコンピュータ（PC）、プリンタやハードディスク、ブロードバンドルータ等のPCの周辺機器、FAX、冷蔵庫、標準テレビ（SDTV）、高品位テレビ（HDTV）、カメラ、ビデオ、携帯電話等の電子機器、自動車内や航空機内でのワイヤに変わる信号伝達手段として採用され、それぞれの電子電器機器間において無線データ伝送が行われている。
【０００３】
WLANの規格として現在複数の規格が存在する。例えば、IEEE802.11aは、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiples：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大54 Mbpsの高速データ通信をサポートするものであり、その周波数帯域は5 GHz帯が利用される。なおIEEE802.11aを欧州で使用可能にするための規格としてIEEE802.11hがある。
【０００４】
またIEEE802.11bは、DSSS（Direct Sequence Spread Spectrumダイレクト・シーケンス・スペクトル拡散）方式で、5.5 Mbps，11 Mbpsの高速通信をサポートするものであり、無線免許なしに自由に利用可能な、2.4 GHzのISM（Industrial, Scientific and Medical、産業、科学及び医療）帯域が利用される。
【０００５】
またIEEE802.11gは、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiples：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大54 Mbpsの高速データ通信をサポートするものであり、IEEE802.11bと同様に2.4 GHz帯域が利用される。
以下の説明ではIEEE802.11a、IEEE802.11hを第１の通信システムとし、IEEE802.11b、IEEE802.11gを第２の通信システムとして説明する場合がある。
【０００６】
このようなWLANを用いたマルチバンド通信装置は特開2003-169008号に記載されている。このマルチバンド通信装置は、通信周波数帯が異なる２つの通信システム（IEEE802.11a、IEEE802.11b）で送受信が可能な２つのデュアルバンドアンテナと、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する２つの送受信部と、前記アンテナを前記送受信部にそれぞれ接続するための複数のスイッチ手段と、前記スイッチ手段の切り換え制御を行うスイッチ制御手段とを備え、ダイバーシティ受信が可能である（図33参照）。
【０００７】
他の例として、特開2002-033714号は、一つのマルチバンドアンテナを備えたマルチバンド通信装置を記載している。このマルチバンド通信装置は、スイッチ回路や増幅器、ミキサ等を備えた2.4 GHz帯のフロントエンド回路及び5 GHz帯のフロントエンド回路を備え、両者のうちの一つを選択的に共通のマルチバンドアンテナに接続するスイッチ回路SW1、送受信回路を切り替えるスイッチ回路SW2，SW3と、中間周波数フィルタBPFに接続するスイッチ回路SW4とを具備する（図34参照）。
【０００８】
WLAN用のマルチバンド通信装置では、キャリア検出多元接続方式（CSMA： Carrier Sense Multiple Access）が採用されており、通信を開始する前に、まず周波数スキャンを行い、受信可能な周波数チャンネルを探索（キャリアセンス）することが規格化されている。
【０００９】
特開2003-169008号のマルチバンド通信装置では、このスキャン動作を行う場合に、６つのSPDT（単極双投）のスイッチ手段（SW1〜SW6）により、アンテナANT1を802.11a送受信部の受信端子Rxに接続し、同時にアンテナANT2を802.11b送受信部の受信端子Rxに接続する。802.11a送受信部では5 GHz帯でスキャンし、これと並行し802.11b送受信部では2.4 GHz帯でスキャンして、受信可能な全ての空きチャンネルを検出する。
【００１０】
次のステップとして、デュアルバンドアンテナANT1で受信した5 GHz帯の受信信号とデュアルバンドアンテナANT2で受信した2.4 GHz帯の受信信号とを比較し、２つの通信システムのうち望ましい方の信号が受信される方をアクティブ通信システムとして選択する。
【００１１】
このスキャン動作後に、選択された通信システムの送受信装置に接続するアンテナを他方のアンテナに変更して、受信チャンネルを変更せずに受信し、２つのアンテナでの受信信号を比較して、より良好な受信ができる方のアンテナをアクティブアンテナとして選択し、ダイバーシティ受信を行う。
【００１２】
また特開2002-033714号のマルチバンド通信装置では、一つのデュアルバンドアンテナANT1で2.4 GHz帯、5 GHz帯での受信信号をスキャンし、受信可能な全ての空きチャンネルを検出して、通信に望ましい通信システムのチャンネルを選択する。
【００１３】
従来のマルチバンド通信装置のように、通信システムごとに異なるアンテナに接続するか、一つのアンテナに接続して得られた受信信号を比較した結果に基づいて通信システムのチャンネルを選択する方法では、他の通信システムや電子機器からのノイズの影響や、フェージング等の外乱の影響が無視できず、選択すべき通信システムのチャンネルがビシー状態として誤認識されたり、受信信号の振幅が最も大きい通信システムが選択されないことがある。
【００１４】
特に2.4 GHz帯の周波数帯域には、電子レンジからの漏洩電波や、Bluetooth(R)、RFID（Radio Frequency Identification）等の通信システムによるノイズがあり、また近傍の周波数帯にはWCDMA（Wide Band Code Division Multiple Access）等の比較的大きな送信電力を有する携帯電話の通信システムが存在し、これらの高周波信号は、WLANシステムにおいては通信の妨害となっている。しかしながら、従来のマルチバンド通信装置では、このようなノイズが何等考慮されていなかった。
【００１５】
また従来のマルチバンド通信装置では、多くのスイッチ手段で高周波信号の経路を切り替える必要があるため、スイッチ手段の数に応じて制御が複雑化する。またスイッチ手段はある程度の伝送損失を有するため、アンテナから送受信部に至る経路において、多数のスイッチ手段が存在すると、それに応じて伝送損失が増加する。特に受信時においてはアンテナから入射する高周波信号の品質が劣化するといった問題もあった。またスイッチ手段の切り替えに消費される電力も、ノートPCや携帯電話等のバッテリーを駆動電源とする機器では無視できないため、少ないスイッチ手段でマルチバンド高周波回路を構成することが求められていた。
【００１６】
またIEEE802.11hでは、新たにDFS（Dynamic Frequency Selection）やTPC（Transmission Power Control）機能が要求される。ここでTPC機能とは、例えば端末と基地局が近い場合、送信パワーを抑えても良好な通信ができる時は送信電力を抑え、消費電力を必要最小限のレベルに押え込むものである。
【００１７】
電力増幅器の出力ポートからマルチバンドアンテナまでの間には、スイッチ回路等の様々な回路素子によって生じる通過損失がある。この通過損失は周波数特性を有するものであるから、マルチバンド高周波回路が使用する周波数チャンネルによってマルチバンドアンテナからの出力電力は一定ではなく、使用チャンネルに対応して変動する。このため、増幅器からの出力パワーを精度良く制御する必要がある。
【００１８】
例えば、特開2003-169008号のマルチバンド通信装置でTPC機能を実現しようとすれば、IEEE802.11a送受信部とスイッチ回路SW3の間、及び、IEEE802.11b送受信部とスイッチ回路SW4の間の各々に結合回路（例えば方向性結合器）を接続し、方向性結合器からの検波信号を検波回路に入力し、得られた検波電圧をもとに出力信号を制御しなければならない。しかしながら、この方法では2.4 GHz帯及び5 GHz帯の両方に方向性結合器、検波ダイオード、平滑回路が必要であり、さらに制御回路を共用する場合には、2.4 GHz帯及び5 GHz帯の検波電圧端子を選択するアナログスイッチも必要である。このため、部品点数が増大して通信装置の小型化が困難になる等の問題がある。
【００１９】
またWLANの高周波回路では、ダイバーシティスイッチや送信回路、受信回路を切り替えるスイッチ回路の他にも、送信信号や受信信号に含まれる不要な周波数成分を除去するフィルタ回路が必要である。さらに不平衡信号を平衡信号に変換する平衡―不平衡変換回路や、インピーダンス変換回路も必要である。
【００２０】
さらに携帯電話やノートPCに内蔵する場合や、PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）のネットワークカードとする場合には、マルチバンド通信装置を小型化することが強く望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って、本発明の第１の目的は、少なくとも２つの通信システムに共用可能なマルチバンド高周波回路において、ノイズやフェージング等の影響を実質的に受けずに最も望ましい無線通信チャンネルを選択することができるマルチバンド高周波回路、及びさらにダイバーシティ受信を行うことが可能なマルチバンド高周波回路を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、少ないスイッチ手段でマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えることができ、少ない部品点数で結合回路、フィルタ回路、平衡―不平衡変換回路及びインピーダンス変換回路を備えたマルチバンド高周波回路を提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、前記マルチバンド高周波回路を小型の三次元積層構造にしたマルチバンド高周波回路部品を提供することである。
【００２４】
本発明の第４の目的は、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行う本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路は、複数のマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、前記高周波スイッチ回路は第1乃至第4のポートを有し、第1のポートは第1のマルチバンドアンテナと接続され、第2のポートは第2のマルチバンドアンテナと接続され、第3のポートは第1の分波回路と接続され、第4のポートは第2の分波回路と接続されており、前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナの何れかを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、マルチバンドアンテナごとに、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて並行して検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルと無線通信を行うマルチバンドアンテナを選択した後、選択されたマルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信することを特徴とする。
【００２６】
通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行う本発明の別の実施態様によるマルチバンド高周波回路は、マルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルを選択した後、マルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信するとともに、前記高周波スイッチ回路と前記第1の分波回路との間に、複数の通信システムの送信電力を取り出す一つの結合回路を配置し、前記結合回路と検波回路との間に、複数の通信システムにおいて相対的に低周波数帯の通信システムの周波数にて調整された整合回路が配置されたことを特徴とする。
【００２７】
前記バンドパスフィルタ回路は、例えば2.4 GHz〜2.5 GHzを通過帯域とするものであり、帯域外の高周波信号を減衰させることでノイズを除き、その影響を受け難い高周波回路としている。
【００２８】
前記結合回路は方向性結合器又は結合コンデンサであり、前記整合回路は、前記結合回路に接続された振幅調整用のシャントインダクタと、前記シャントインダクタと前記検波回路との間に接続された位相調整用の位相回路とを有し、もって、通信システム間での検波電圧の差を小さくすることができる。また前記検波回路と接続する比較制御手段を備え、前記検波回路からの検出信号と基準信号との比較結果に基づいて増幅器の出力電圧を変化させても良い。
［００２９］ 前記第１及び第２の分波回路のそれぞれは、一端側を共通ポートとして低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路を並列接続してなり、前記低周波側フィルタ回路は２．４ＧＨｚ帯の高周波信号を通過させるが５ＧＨｚ帯の高周波信号を減衰させるフィルタ回路であり、前記高周波側フィルタは５ＧＨｚ帯の高周波信号を通過させるが２．４ＧＨｚ帯の送信信号を減衰させるフィルタ回路である。
［００３０］ 前記第２の分波回路の低周波側フィルタ回路を、位相回路と２．４ＧＨｚ帯を通過帯域とするバンドパスフィルタ回路で構成し、前記位相回路によって前記バンドパスフィルタ回路の高周波スイッチ回路側から見た時の５ＧＨｚ帯におけるインピーダンスを、高インピーダンスに調整するのが好ましい。この構成により、低周波側フィルタ回路の回路素子数を減じるとともに、優れた通過帯域特性と帯域外減衰量を得ることができる。
［００３１］ 前記低周波側フィルタ回路はローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路、又はバンドパスフィルタ回路であるのが好ましく、前記高周波側フィルタ回路はハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路であるのが好ましい。
［００３２］ 好ましい実施態様では、マルチバンド高周波回路は、前記第２の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第１の平衡−不平衡変換回路と、前記第２の分波回路の高周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第２の平衡−不平衡変換回路とを備える。
［００３３］ 別の好ましい実施態様では、マルチバンド高周波回路は、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備える。
［００３４］ 本発明のマルチバンド高周波回路部品は上記マルチバンド高周波回路を有し、電極パターンを有する積層基板と前記積層基板の表面に搭載された素子を具備し、前記高周波回路を構成する回路素子のうちインダクタンス素子及びキャパシタンス素子の少なくとも一部は前記電極パターンにより構成され、少なくとも前記スイッチング素子は前記積層基板の表面に搭載されていることを特徴とする。
［００３５］ 本発明のマルチバンド通信装置は前記マルチバンド高周波回路又は前記マルチバンド高周波回路部品を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のマルチバンド高周波回路は、WLANによるデータ通信において、ノイズやフェージング等の影響を実質的に受けずに最も望ましい無線通信チャンネルを選択することでき、またダイバーシティ受信を行うことが可能である。また少ないスイッチ手段で電力消費を抑えながらマルチバンドアンテナと送信側回路、受信側回路との接続を切り替えることが可能である。
【００３７】
本発明の高周波回路は小型の三次元積層構造を有する高周波回路部品に構成することができる。さらに各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施態様によるマルチバンド通信装置の回路を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図４】本発明に用いるDPDTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図５】本発明に用いるDPDTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図６】本発明に用いるDPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図７】本発明に用いるDPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図８】本発明に用いる分波回路の一例の等価回路を示す図である。
【図９】本発明に用いる分波回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１０】本発明に用いるフィルタ回路の一例の等価回路を示す図である。
【図１１】本発明に用いるフィルタ回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１２】本発明に用いるフィルタ回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１３】本発明に用いるフィルタ回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１４】本発明に用いる平衡−不平衡回路の一例の等価回路を示す図である。
【図１５】本発明に用いる平衡−不平衡回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１６】本発明に用いる平衡−不平衡回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図１８】本発明に用いるSPDTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図１９】本発明に用いるSPDTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図２０】本発明に用いるSPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図２２】本発明に用いるSPSTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図２３】本発明に用いるSPSTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図２４】本発明に用いるSPSTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２５】本発明に用いるSPSTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２６】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路部品を示す斜視図である。
【図２７】本発明のマルチバンド高周波回路部品を構成する積層基板の一部を示す分解斜視図である。
【図２８】本発明のマルチバンド高周波回路部品を構成する積層基板の残部を示す分解斜視図である。
【図２９】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３０】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図３１】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３２】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３３】従来のマルチバンド通信装置を示すブロック図である。
【図３４】別の従来のマルチバンド通信装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
［００３９］ 本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明する。
【実施例１】
図１は本発明の好ましい実施態様によるマルチバンド通信装置の回路を示す。このマルチバンド通信装置は、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯で送受信が可能な２つのマルチバンドアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２と、前記マルチバンドアンテナと送信回路及び受信回路との接続を切り替える高周波スイッチや複数の分波回路を備えた高周波回路部１と、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調するＩＥＥＥ８０２．１１ａの送受信部、及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部と、受信信号増幅器とを備えた送受信回路部ＲＦ−ＩＣと、平衡信号を不平衡信号に変換する平衡−不平衡変換回路５３，５４と、この平衡−不平衡変換回路と接続する送信信号用の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２とを具備する。他の態様として、平衡−不平衡変換回路５３，５４や送信信号用の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２、結合回路を送受信回路部ＲＦ−ＩＣに備えるものもある。
［００４０］ 本例では第１の通信システムをＩＥＥＥ８０２．１１ａとし、第２の通信システムをＩＥＥＥ８０２．１１ｂとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、前記のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｈはＩＥＥＥ８０２．１１ａと同じ周波数帯で、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇはＩＥＥＥ８０２．１１ｂと同じ周波数帯であるので、それぞれの回路部を各通信システムに使用しても良い。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇをともに扱う場合、変調方式が異なるため、それぞれに対応可能な送受信部が必要となる。
［００４１］ 図２は高周波回路部１の一例を示し、図３は高周波回路部１の等価回路を示す。本発明のマルチバンド高周波回路（高周波回路部１）は、高周波スイッチ回路１０と、これに接続された第１及び第２の分波回路２０，２５を基本構成とする。本実施例におけるマルチバンド高周波回路は、４つのポートを備えたＤＰＤＴ（双極双投）の高周波スイッチ回路１０に、複数のマルチバンドアンテナと複数の分波回路が接続されたもので、高周波スイッチ回路１０の第１のポート１０ａには、ＤＣカットコンデンサを兼ねる結合コンデンサＣ１からなる整合回路を介して第１のマルチバンドアンテナＡＮＴ１が接続し、第２のポート10bには、結合コンデンサC2からなる整合回路を介して第２のマルチバンドアンテナANT2が接続し、第３のポート10cには、送信信号を分波する第１の分波回路20が接続し、第４のポート10dには、受信信号を分波する第２の分波回路25が接続している。第１の分波回路20の第３ポート20cにはフィルタ回路60が接続し、第２の分波回路25の第２ポート25bにはフィルタ回路30及び平衡−不平衡変換回路50が接続し、第３のポート25cにはフィルタ回路40及び平衡−不平衡変換回路55が接続している。
【００４２】
高周波スイッチ回路10は、電界効果型トランジスタ（FET）やダイオード等のスイッチング素子を主構成とし、適宜インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を具備しても良い。高周波スイッチ回路10の一構成例を図４に示す。この高周波スイッチ回路10は、リング状に配置された４つの信号経路に４つの電界効果トランジスタをシリーズに接続するとともに、４つの信号経路のうち、第３のポート10c及び第４のポート10d側にDCカットコンデンサＣを直列接続したものであり、高周波信号の経路に配置されるスイッチング素子の数が少ないために、スイッチング素子による損失が少ない。
【００４３】
スイッチ回路制御部により制御された電圧がコントロール端子V1，V2に与えられると、高周波スイッチ回路10の各ポート間は表１に示すように接続される。
【００４４】
【表１】
【００４５】
高周波スイッチ回路10のコントロール端子V1に、電界効果型トランジスタが動作する閾値以上の電圧（例えば、+1〜+5 V）を印加（High）して、コントロール端子V2は閾値以下の電圧で例えば0 V（Low）とした場合について、以下詳細に説明する。
【００４６】
この場合、電界効果型トランジスタFET1とFET4がON状態、電界効果型トランジスタFET2とFET3がOFF状態となる。そのため、高周波スイッチ回路10のポート10c（第１の分波回路側）から入力した高周波信号はON状態の電界効果型トランジスタFET1を通過し、ポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）に伝送される。このとき電界効果型トランジスタFET3はOFF状態なので、そのアイソレーション特性によってポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）への高周波信号の漏洩はほとんどなく、かつ電界効果型トランジスタFET2もOFF状態なのでポート10d（第２の分波回路側）への高周波信号の漏洩もほとんどない。
【００４７】
一方、高周波スイッチ回路10のポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）から入力した高周波信号は、ON状態の電界効果型トランジスタFET4を通過し、ポート10d（第２の分波回路側）に伝送される。このとき、電界効果型トランジスタFET2はOFF状態なので、ポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）への高周波信号の漏洩はほとんどなく、かつ電界効果型トランジスタFET3もOFF状態なので、ポート10c（第１の分波回路側）への高周波信号の漏洩もほとんどない。
【００４８】
次にコントロール端子V2に電界効果型トランジスタが動作する閾値以上の電圧（例えば、+1〜+5 V）を印加し、コントロール端子V1は閾値以下の電圧で0 Vとした場合について説明する。この場合、電界効果型トランジスタFET２とFET３がON状態、電界効果型トランジスタFET１とFET4がOFF状態となる。そのため、高周波スイッチ回路10のポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）から入力した高周波信号はON状態の電界効果型トランジスタFET２を通過し、ポート10d（第２の分波回路側）に伝送される。一方、高周波スイッチ回路10のポート10c（第１の分波回路側）から入力した高周波信号は、ON状態の電界効果型トランジスタFET3を通過し、ポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）に伝送される。
【００４９】
本発明のマルチバンド高周波回路において送受信を行う場合、まず通信を開始する前に周波数スキャンを行い、受信可能な周波数チャンネルを探索する（キャリアスキャン）。スキャン動作を行う場合には、例えば表１の接続モード１となるように、スイッチ回路制御部により高周波スイッチ回路10を制御する。このとき、第２のマルチバンドアンテナANT2と第２の分波回路25とが接続され、一つのマルチバンドアンテナに２つの通信システムの受信回路が接続する。
【００５０】
高周波スイッチ回路10の第４のポート10dと接続する第２の分波回路25は、2.4 GHz帯（IEEE802.11b）の高周波信号を通過させるが、5 GHz帯（802.11a）の高周波信号を減衰させる低周波側フィルタ回路と、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を通過させるが、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の送信信号を減衰させる高周波側フィルタ回路とを組み合わせて構成される。本実施例では、低周波側フィルタ回路はインダクタンス素子及びキャパシタンス素子からなるローパスフィルタ回路により構成し、高周波側フィルタ回路はハイパスフィルタ回路により構成している。
［００５１］ このような構成により、マルチバンドアンテナに入射し、高周波スイッチ回路１０の第４のポート１０ｄに現れる高周波信号のうち、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号は第２の分波回路２５の第２のポート２５ｂに現れるが、第３のポート２５ｃには現れず、５ＧＨｚ帯の高周波信号は第２の分波回路２５の第３のポート２５ｃに現れるが、第２のポート２５ｂには現れない。このようにして、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号と５ＧＨｚ帯の高周波信号とを分波することができる。
［００５２］ 第２の分波回路２５において、その第２のポート２５ｂに現れた高周波信号は、バンドパスフィルタ回路３０によりノイズ成分が除去され、平衡−不平衡変換回路５０により不平衡信号から平衡信号に変換されてＩＥＥＥ８０２．１１ｂの受信回路に入力する。また第３のポート２５ｃに現れた高周波信号は、フィルタ回路４０及び平衡−不平衡変換回路５５を経てＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路に入力する。
［００５３］ 得られた高周波信号に基づいて、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路部では５ＧＨｚ帯でスキャンし、これと並行し８０２．１１ｂ送受信部では２．４ＧＨｚ帯でスキャンして、受信可能な全てのチャンネルを検出する。
［００５４］ 次に接続モード２となるように、スイッチ回路１０をスイッチ回路制御部により制御する。このとき、第１のマルチバンドアンテナＡＮＴ１と受信回路側の第２の分波回路２５とが接続される。得られた高周波信号に基づいて、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路部では５ＧＨｚ帯でスキャンし、これと並行してＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送受信部では２．４ＧＨｚ帯でスキャンして、受信可能な全てのチャンネルを検出する。
［００５５］ 周波数スキャンの結果に基づいて、アクティブにする通信システムのチャンネルを選択するとともに、第１及び第２のデュアルバンドアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２で受信した受信信号を振幅で比較して、前記通信システムの送受信回路と接続するマルチバンドアンテナを選択する。
［００５６］ 従って、フェージング等の外乱が生じても最も好ましい通信システムを選択してダイバーシティ受信を行うことができる。またフィルタ回路によってノイズを除いた受信信号によりキャリアセンスを行うことにより、無線通信において最も望ましいチャンネルを選択することができる。キャリアセンスで全てのチャンネルが使用中（ビジー）であると判断された場合、一定時間経過した後、再度キャリアセンスを行う。
［００５７］ 次いで、選択されたチャンネルで送信を行う。選択されたマルチバンドアンテナを、高周波スイッチ回路１０の第３のポート１０ｃを介して第１の分波回路２０と接続する。第１の分波回路２０は、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の高周波信号を通過させるが、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を減衰させる低周波側フィルタ回路と、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を通過させるが、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の送信信号を減衰させる高周波側フィルタ回路との組合せからなる。本実施例では、低周波側フィルタ回路をローパスフィルタ回路で構成し、高周波側フィルタ回路をハイパスフィルタ回路で構成している。
［００５８］ このためＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送信回路から第１の分波回路２０の第２のポート２０ｂに入力する２．４ＧＨｚ帯の高周波信号は、低周波側フィルタ回路を介して第１のポート２０ａに現れるが、第３のポート２０ｃには現れず、他方、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの送信回路から第１の分波回路の第３のポート２０ｃに入力する５ＧＨｚ帯の高周波信号は、高周波側フィルタ回路を介して第１のポート２０ａに現れるが、第２のポート２０ｂには現れない。このようにして、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号と５ＧＨｚ帯の高周波信号とを分波することができる。なお、同じポートから２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の高周波信号を取り出すことから、「合成する」と表現することもある。
［００５９］ 第１のポート２０ａに現れた高周波信号は、前記スイッチ回路の第３のポート１０ｃに入力し、前記マルチバンドアンテナから放射される。
［００６０］ スイッチ回路１０の他の例の等価回路を図５〜図７に示す。これらの等価回路は、電界効果トランジスタＦＥＴやダイオードＤ１〜Ｄ４等のスイッチング素子を主構成とし、適宜インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を有するものであり、例えば２つのＳＰＤＴ（単極双投）スイッチを用いて構成することができる。
［００６１］ 第１及び第２の分波回路２０，２５は、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成されたローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路及びバンドパスフィルタ回路を適宜組み合わせて構成される。分波回路２０，２５の一例の等価回路を図８及び９に示す。
［００６２］ フィルタ回路３０、４０、６０も同様にローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路及び／又はバンドパスフィルタ回路で構成される。これらのフィルタ回路は分波回路２０，２５の帯域外減衰量により適宜選択する。フィルタ回路３０、４０、６０の他の例の等価回路を図１０〜１３に示す。
［００６３］ 平衡−不平衡変換回路５０，５５はインダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成され、インピーダンス変換機能も具備し得る。その等価回路の例を図１４〜１６に示す。不平衡入力−平衡出力型のＳＡＷフィルタを用いれば、フィルタ回路と平衡−不平衡変換回路とを一つの回路素子で実現できるので、部品点数が削減でき、高周波回路の低コスト化及び小型化が達成される。入力インピーダンスと出力インピーダンスの異なるＳＡＷフィルタを用いても良い。この場合、インピーダンス変換機能も具備し得る。ＳＡＷフィルタの代わりにＦＢＡＲフィルタを用いることもできる。
［００６４］ 上記の種々の分波回路、フィルタ回路、平衡−不平衡変換回路及び／又はスイッチ回路を用いて構成したマルチバンド高周波回路は、図３に示すマルチバンド高周波回路と同様に優れた機能を発揮する。
［００６５］ 複数のマルチバンドアンテナを配置できない場合、図１７のブロック図に示すように、高周波スイッチ回路１０としてＳＰＤＴスイッチ１２を使用すれば、一つのマルチバンドアンテナと接続するマルチバンド高周波回路を得ることができる。この場合、スイッチ回路以外は図１〜３に示す実施態様と同様であるので、ダイバーシティ受信以外は、実施例１のマルチバンド高周波回路と同様の機能を発揮する。ＳＰＤＴスイッチ１２としては、図１８〜２０に示すスイッチ回路を適宜用いることができる。
［００６６］ 送信側回路と受信側回路とのアイソレーションを確保する場合、図２１に示すように、高周波スイッチ回路１０と第２の分波回路２５との間にＳＰＳＴ（単極単投）スイッチ回路１１を配置するのが好ましい。ＳＰＳＴスイッチ回路１１は、例えば図２２〜２５に示すように、スイッチング素子、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成され、高周波スイッチ回路１０のポート１０ｃがポート１０ａ又はポート１０ｂに接続される場合に信号の通過を遮断するように制御される。
［００６７］
【実施例２】
図３に示す等価回路を有するマルチバンド高周波回路を積層基板に構成した例を図２６〜２８に示す。図２６は、第１及び第２の分波回路２０，２５、フィルタ回路３０，４０，６０、第１及び第２の平衡−不平衡回路５０，５５等を積層基板の内外に設けたマルチバンド高周波回路部品の外観を示す。図２７及び２８は高周波回路部品を構成する積層基板１００の各層の構成を示す。
［００６８］ 積層基板１００は、例えば１０００℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体からなり、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷して所定の電極パターンを形成した厚さ１０〜２００μｍの複数のセラミックグリーンシートを積層し、一体的に焼結することにより製造することができる。
［００６９］ 最下層のグリーンシート１５の表面にはほぼ全面を覆うグランド電極ＧＮＤが形成されており、裏面には回路基板に実装するための端子電極が形成されている。端子電極はアンテナポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２と、不平衡信号が入力する送信ポートＴｘ１，Ｔｘ２と、平衡信号が出力される受信ポートＲｘ１＋，Ｒｘ１−，Ｒｘ２＋，ＲＸ２−と、グランドポートＧＮＤと、スイッチ回路制御用のコントロールポートＶ１、Ｖ２を有し、それぞれがグリーンシートに形成されたビアホール（図中、黒丸で表示）を介して上層のグリーンシート上の電極パターンに接続されている。本実施例では端子電極をＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）としているが、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等も採用することができる。
［００７０］ グリーンシート１５の上にはグリーンシート１〜１４が積層される。これらのグリーンシート上で、第１及び第２の分波回路２０，２５、フィルタ回路３０，４０，６０、平衡−不平衡変換回路５０，５５を構成するインダクタンス素子は伝送線路により、またキャパシタンス素子は所定の電極パターンにより形成され、ビアホールを介して適宜接続されている。フィルタ回路３０，４０と平衡−不平衡変換回路５０，５５との間に配置される整合回路８０，８５は、所定の線路長の伝送線路により形成されている。インダクタンス素子及びキャパシタンス素子は、当然チップインダクタ及びチップコンデンサとして積層基板１００上に実装することも可能である。
【００７１】
各回路は積層基板100に三次元的に構成されるが、回路を構成する電極パターンは相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、グランド電極GNDにより分離されるか、積層方向に重ならないように配置されている。5 GHz帯の高周波信号が通過する伝送線路と他の電極パターンは、電磁気的な干渉を防ぐために少なくとも50μm離間する。
【００７２】
誘電体としては、例えばAl，Si及びSrを主成分として、Ti，Bi，Cu，Mn，Na，K等を副成分とするセラミックス、Al，Si及びSrを主成分として、Ca，Pb，Na，K等を複成分とするセラミックス、Al，Ｍg，Si及びGdを含むセラミックス、Al，Si，Zr及びＭg含むセラミックスが挙げられる。誘電体の誘電率は５〜15程度が好ましい。またセラミック誘電体の他に、樹脂や、樹脂／セラミック複合材を用いることも可能である。さらにHTCC（高温同時焼成セラミック）技術により、Al2O3を主体とする誘電体基板上に、タングステンやモリブデン等の高温焼結可能な金属導体により電極パターンを形成しても良い。
【００７３】
グリーンシート１には複数のランド電極が形成されており、ランド電極にDPDTスイッチ（GaAs FET）や、積層基板に内蔵されないカップリングコンデンサがチップ部品として搭載されている。ランド電極はビアホールを介して積層基板内の接続線路や回路素子と接続している。
【００７４】
ベア状態のスイッチをランド電極に実装し、樹脂や管で封止しても良い。このようなマルチバンド高周波回路部品は小型化に適する。なお送受信回路部を構成するRF-ICやベースバンドICも積層基板に複合化して良い。
【００７５】
実施例３
図29はマルチバンド高周波回路の他の例の等価回路を示す。このマルチバンド高周波回路の特徴的は、第２の分波回路25の低周波側フィルタ回路が、位相回路Lfr1と2.4 GHz帯を通過帯域とするバンドパスフィルタ回路30で構成されている点である。位相回路Lfr1は高周波信号の位相を適宜調整し、もってバンドパスフィルタ回路30を高周波スイッチ回路側から見た時に、5 GHz帯におけるインピーダンスを高インピーダンスとし、2.4 GHz帯の受信回路に5 GHz帯の高周波信号が漏洩するのを防ぐ。この例では、位相回路Lfr1を伝送線路とすることにより、マルチバンド高周波回路を少ない回路素子で構成することができる。
【００７６】
実施例４
図３０〜図３２はマルチバンド高周波回路の他の例を示す。図３０は結合回路を含むマルチバンド高周波回路の送信側回路を示す。この例では、ＴＰＣ機能を付与するように、実施例１のマルチバンド高周波回路の高周波スイッチ回路１０と第１の分波回路２０との間に、複数の通信システムに対応する送信電力の一部を取り出す結合回路１５０を配置したものである。
［００７７］ 本実施例では、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の高周波信号から、結合回路１５０及び検波ダイオード（ショットキダイオード）を含む検波回路３００で出力電力の一部を検出する。このようにアンテナ出力端に近いところで出力電力をモニタすることにより、検波精度が向上している。結合回路１５０は、例えば方向性結合器や結合コンデンサにより構成される。
［００７８］ 本実施例のマルチバンド高周波回路では、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯で１つの結合回路を用いる。前記結合回路の結合度は５ＧＨｚ帯の方が２．４ＧＨｚ帯より大きく、その差は５ｄＢ程度にもなる。結合度の差はそのまま検波電圧に反映し、増幅器からの出力電力に対する検波電圧は異なる。そこで、結合回路１５０と検波回路３００との間に整合回路２００を配置することにより、２．４ＧＨｚ帯における結合回路１５０のインピーダンスと、検波回路３００のインピーダンスとを整合させ、もって結合度（検波電圧）が小さい２．４ＧＨｚ帯においても大きな検波電圧を得ることができる。
［００７９］ 前記整合回路は、結合回路１５０の出力ポート１５０ｃに接続されたシャントインダクタと、結合回路１５０と検波ダイオードの間に接続された位相回路とで構成するのが好ましい。この整合回路のスミスチャート上での整合調整では、シャントインダクタによる振幅調整と、位相回路による位相調整を個別に行うことができる。これにより、２．４ＧＨｚ帯における結合回路と検波回路とのインピーダンス整合が簡単になる。
［００８０］ 図３１は、結合回路１５０として方向性結合器を用いたマルチバンド高周波回路の結合回路部の等価回路を示す。前記方向性結合器は、主線路ＳＴＬ１、副線路ＳＴＬ２及び抵抗Ｒ１により構成され、第１の分波回路２０からの送信信号が方向性結合器１５０の入力ポート１５０ｂから入力され、出力ポート１５０ａに出力される。主線路ＳＴＬ１、副線路ＳＴＬ２は、電磁気的に結合しており、送信信号の一部が結合ポート１５０ｃに出力される。
【００８１】
整合回路200は、シャントインダクタLss及び位相回路Lsiにより構成され、シャントインダクタLss、及び位相回路Lsiの定数は、2.4 GHz帯において方向性結合回路の結合ポート150cの出力インピーダンスと、検波回路300の入力インピーダンスとを整合するように設定されている。シャントインダクタLssにより振幅調整を行い、位相回路Lsiにより位相調整を行う。
【００８２】
検波ダイオードDkのアノードは整合回路200に接続し、カソードはシャント接続されたコンデンサCk及び抵抗Rkからなる電圧平滑回路に接続している。結合回路150からの高周波信号は検波ダイオードDkに入力され、その順電圧を超えた高周波信号のみがカソードへ伝播し、平滑回路で直流電圧に変換され、検波回路300の出力側に接続した比較制御手段に検波電圧として入力する。
【００８３】
比較制御手段400は、演算増幅器、抵抗、制御トランジスタ等により構成されており、入力された基準信号と検波ダイオードDkから与えられる検出信号とを比較してその両信号のレベル差が零になるように増幅器の出力電力を変化させる。
【００８４】
高周波回路の他の例として、図32は、図31に示す結合回路部分を結合コンデンサCc1で構成した高周波回路を示す。この結合回路においても2.4 GHz帯の結合度より5 GHz帯の結合度の方が5 dB程度大きいため、整合回路200により2.4 GHz帯の検波電圧を増加させることにより、5 GHz帯の検波電圧との偏差を小さくすることができる。
【００８５】
結合回路部分を結合コンデンサCc1で構成した回路でも、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数が削減でき、小型化が可能である。従って、このような高周波回路は、TPC機能を備えたIEEE802.11hの通信システムに好適である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のマルチバンド高周波回路は、WLANによるデータ通信においてノイズやフェージング等の影響を受けにくく、無線通信において最も望ましいチャンネルを選択することでき、またダイバーシティ受信を行うことが可能である。本発明のマルチバンド高周波回路はまた、少ないスイッチ手段で電力消費を抑えながらマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えることが可能である。
【００８７】
上記高周波回路を小型の三次元積層構造にした高周波回路部品により、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置が得られる。
【００８８】
このような特徴を有する本発明のマルチバンド高周波回路は、パーソナルコンピュータ、PCの周辺機器（プリンタ、ハードディスク、ブロードバンドルータ等）、電子機器（FAX、冷蔵庫、標準テレビ、高品位テレビ、カメラ、ビデオ、携帯電話等）、自動車内や航空機内の信号伝達手段に好適である。
【０００１】
本発明は、電子電器機器間における無線伝送を行う無線通信装置に関し、特には少なくとも２つの通信システムに共用でき、さらにはダイバーシティ受信が可能なマルチバンド高周波回路、マルチバンド高周波回路部品、及びこれを用いたマルチバンド通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、IEEE802.11規格に代表される無線LAN（WLAN）によるデータ通信が広く一般化している。例えばパーソナルコンピュータ（PC）、プリンタやハードディスク、ブロードバンドルータ等のPCの周辺機器、FAX、冷蔵庫、標準テレビ（SDTV）、高品位テレビ（HDTV）、カメラ、ビデオ、携帯電話等の電子機器、自動車内や航空機内でのワイヤに変わる信号伝達手段として採用され、それぞれの電子電器機器間において無線データ伝送が行われている。
【０００３】
WLANの規格として現在複数の規格が存在する。例えば、IEEE802.11aは、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiples：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大54 Mbpsの高速データ通信をサポートするものであり、その周波数帯域は5 GHz帯が利用される。なおIEEE802.11aを欧州で使用可能にするための規格としてIEEE802.11hがある。
【０００４】
またIEEE802.11bは、DSSS（Direct Sequence Spread Spectrumダイレクト・シーケンス・スペクトル拡散）方式で、5.5 Mbps，11 Mbpsの高速通信をサポートするものであり、無線免許なしに自由に利用可能な、2.4 GHzのISM（Industrial, Scientific and Medical、産業、科学及び医療）帯域が利用される。
【０００５】
またIEEE802.11gは、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiples：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大54 Mbpsの高速データ通信をサポートするものであり、IEEE802.11bと同様に2.4 GHz帯域が利用される。
以下の説明ではIEEE802.11a、IEEE802.11hを第１の通信システムとし、IEEE802.11b、IEEE802.11gを第２の通信システムとして説明する場合がある。
【０００６】
このようなWLANを用いたマルチバンド通信装置は特開2003-169008号に記載されている。このマルチバンド通信装置は、通信周波数帯が異なる２つの通信システム（IEEE802.11a、IEEE802.11b）で送受信が可能な２つのデュアルバンドアンテナと、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する２つの送受信部と、前記アンテナを前記送受信部にそれぞれ接続するための複数のスイッチ手段と、前記スイッチ手段の切り換え制御を行うスイッチ制御手段とを備え、ダイバーシティ受信が可能である（図33参照）。
【０００７】
他の例として、特開2002-033714号は、一つのマルチバンドアンテナを備えたマルチバンド通信装置を記載している。このマルチバンド通信装置は、スイッチ回路や増幅器、ミキサ等を備えた2.4 GHz帯のフロントエンド回路及び5 GHz帯のフロントエンド回路を備え、両者のうちの一つを選択的に共通のマルチバンドアンテナに接続するスイッチ回路SW1、送受信回路を切り替えるスイッチ回路SW2，SW3と、中間周波数フィルタBPFに接続するスイッチ回路SW4とを具備する（図34参照）。
【０００８】
WLAN用のマルチバンド通信装置では、キャリア検出多元接続方式（CSMA： Carrier Sense Multiple Access）が採用されており、通信を開始する前に、まず周波数スキャンを行い、受信可能な周波数チャンネルを探索（キャリアセンス）することが規格化されている。
【０００９】
特開2003-169008号のマルチバンド通信装置では、このスキャン動作を行う場合に、６つのSPDT（単極双投）のスイッチ手段（SW1〜SW6）により、アンテナANT1を802.11a送受信部の受信端子Rxに接続し、同時にアンテナANT2を802.11b送受信部の受信端子Rxに接続する。802.11a送受信部では5 GHz帯でスキャンし、これと並行し802.11b送受信部では2.4 GHz帯でスキャンして、受信可能な全ての空きチャンネルを検出する。
【００１０】
次のステップとして、デュアルバンドアンテナANT1で受信した5 GHz帯の受信信号とデュアルバンドアンテナANT2で受信した2.4 GHz帯の受信信号とを比較し、２つの通信システムのうち望ましい方の信号が受信される方をアクティブ通信システムとして選択する。
【００１１】
このスキャン動作後に、選択された通信システムの送受信装置に接続するアンテナを他方のアンテナに変更して、受信チャンネルを変更せずに受信し、２つのアンテナでの受信信号を比較して、より良好な受信ができる方のアンテナをアクティブアンテナとして選択し、ダイバーシティ受信を行う。
【００１２】
また特開2002-033714号のマルチバンド通信装置では、一つのデュアルバンドアンテナANT1で2.4 GHz帯、5 GHz帯での受信信号をスキャンし、受信可能な全ての空きチャンネルを検出して、通信に望ましい通信システムのチャンネルを選択する。
【００１３】
従来のマルチバンド通信装置のように、通信システムごとに異なるアンテナに接続するか、一つのアンテナに接続して得られた受信信号を比較した結果に基づいて通信システムのチャンネルを選択する方法では、他の通信システムや電子機器からのノイズの影響や、フェージング等の外乱の影響が無視できず、選択すべき通信システムのチャンネルがビシー状態として誤認識されたり、受信信号の振幅が最も大きい通信システムが選択されないことがある。
【００１４】
特に2.4 GHz帯の周波数帯域には、電子レンジからの漏洩電波や、Bluetooth(R)、RFID（Radio Frequency Identification）等の通信システムによるノイズがあり、また近傍の周波数帯にはWCDMA（Wide Band Code Division Multiple Access）等の比較的大きな送信電力を有する携帯電話の通信システムが存在し、これらの高周波信号は、WLANシステムにおいては通信の妨害となっている。しかしながら、従来のマルチバンド通信装置では、このようなノイズが何等考慮されていなかった。
【００１５】
また従来のマルチバンド通信装置では、多くのスイッチ手段で高周波信号の経路を切り替える必要があるため、スイッチ手段の数に応じて制御が複雑化する。またスイッチ手段はある程度の伝送損失を有するため、アンテナから送受信部に至る経路において、多数のスイッチ手段が存在すると、それに応じて伝送損失が増加する。特に受信時においてはアンテナから入射する高周波信号の品質が劣化するといった問題もあった。またスイッチ手段の切り替えに消費される電力も、ノートPCや携帯電話等のバッテリーを駆動電源とする機器では無視できないため、少ないスイッチ手段でマルチバンド高周波回路を構成することが求められていた。
【００１６】
またIEEE802.11hでは、新たにDFS（Dynamic Frequency Selection）やTPC（Transmission Power Control）機能が要求される。ここでTPC機能とは、例えば端末と基地局が近い場合、送信パワーを抑えても良好な通信ができる時は送信電力を抑え、消費電力を必要最小限のレベルに押え込むものである。
【００１７】
電力増幅器の出力ポートからマルチバンドアンテナまでの間には、スイッチ回路等の様々な回路素子によって生じる通過損失がある。この通過損失は周波数特性を有するものであるから、マルチバンド高周波回路が使用する周波数チャンネルによってマルチバンドアンテナからの出力電力は一定ではなく、使用チャンネルに対応して変動する。このため、増幅器からの出力パワーを精度良く制御する必要がある。
【００１８】
例えば、特開2003-169008号のマルチバンド通信装置でTPC機能を実現しようとすれば、IEEE802.11a送受信部とスイッチ回路SW3の間、及び、IEEE802.11b送受信部とスイッチ回路SW4の間の各々に結合回路（例えば方向性結合器）を接続し、方向性結合器からの検波信号を検波回路に入力し、得られた検波電圧をもとに出力信号を制御しなければならない。しかしながら、この方法では2.4 GHz帯及び5 GHz帯の両方に方向性結合器、検波ダイオード、平滑回路が必要であり、さらに制御回路を共用する場合には、2.4 GHz帯及び5 GHz帯の検波電圧端子を選択するアナログスイッチも必要である。このため、部品点数が増大して通信装置の小型化が困難になる等の問題がある。
【００１９】
またWLANの高周波回路では、ダイバーシティスイッチや送信回路、受信回路を切り替えるスイッチ回路の他にも、送信信号や受信信号に含まれる不要な周波数成分を除去するフィルタ回路が必要である。さらに不平衡信号を平衡信号に変換する平衡―不平衡変換回路や、インピーダンス変換回路も必要である。
【００２０】
さらに携帯電話やノートPCに内蔵する場合や、PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）のネットワークカードとする場合には、マルチバンド通信装置を小型化することが強く望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って、本発明の第１の目的は、少なくとも２つの通信システムに共用可能なマルチバンド高周波回路において、ノイズやフェージング等の影響を実質的に受けずに最も望ましい無線通信チャンネルを選択することができるマルチバンド高周波回路、及びさらにダイバーシティ受信を行うことが可能なマルチバンド高周波回路を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、少ないスイッチ手段でマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えることができ、少ない部品点数で結合回路、フィルタ回路、平衡―不平衡変換回路及びインピーダンス変換回路を備えたマルチバンド高周波回路を提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、前記マルチバンド高周波回路を小型の三次元積層構造にしたマルチバンド高周波回路部品を提供することである。
【００２４】
本発明の第４の目的は、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行う本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路は、複数のマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、前記高周波スイッチ回路は第1乃至第4のポートを有し、第1のポートは第1のマルチバンドアンテナと接続され、第2のポートは第2のマルチバンドアンテナと接続され、第3のポートは第1の分波回路と接続され、第4のポートは第2の分波回路と接続されており、前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナの何れかを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、マルチバンドアンテナごとに、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて並行して検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルと無線通信を行うマルチバンドアンテナを選択した後、選択されたマルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信することを特徴とする。
【００２６】
通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行う本発明の別の実施態様によるマルチバンド高周波回路は、マルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルを選択した後、マルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信するとともに、前記高周波スイッチ回路と前記第1の分波回路との間に、複数の通信システムの送信電力を取り出す一つの結合回路を配置し、前記結合回路と検波回路との間に、複数の通信システムにおいて相対的に低周波数帯の通信システムの周波数にて調整された整合回路が配置されたことを特徴とする。
【００２７】
前記バンドパスフィルタ回路は、例えば2.4 GHz〜2.5 GHzを通過帯域とするものであり、帯域外の高周波信号を減衰させることでノイズを除き、その影響を受け難い高周波回路としている。
【００２８】
前記結合回路は方向性結合器又は結合コンデンサであり、前記整合回路は、前記結合回路に接続された振幅調整用のシャントインダクタと、前記シャントインダクタと前記検波回路との間に接続された位相調整用の位相回路とを有し、もって、通信システム間での検波電圧の差を小さくすることができる。また前記検波回路と接続する比較制御手段を備え、前記検波回路からの検出信号と基準信号との比較結果に基づいて増幅器の出力電圧を変化させても良い。
［００２９］ 前記第１及び第２の分波回路のそれぞれは、一端側を共通ポートとして低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路を並列接続してなり、前記低周波側フィルタ回路は２．４ＧＨｚ帯の高周波信号を通過させるが５ＧＨｚ帯の高周波信号を減衰させるフィルタ回路であり、前記高周波側フィルタは５ＧＨｚ帯の高周波信号を通過させるが２．４ＧＨｚ帯の送信信号を減衰させるフィルタ回路である。
［００３０］ 前記第２の分波回路の低周波側フィルタ回路を、位相回路と２．４ＧＨｚ帯を通過帯域とするバンドパスフィルタ回路で構成し、前記位相回路によって前記バンドパスフィルタ回路の高周波スイッチ回路側から見た時の５ＧＨｚ帯におけるインピーダンスを、高インピーダンスに調整するのが好ましい。この構成により、低周波側フィルタ回路の回路素子数を減じるとともに、優れた通過帯域特性と帯域外減衰量を得ることができる。
［００３１］ 前記低周波側フィルタ回路はローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路、又はバンドパスフィルタ回路であるのが好ましく、前記高周波側フィルタ回路はハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路であるのが好ましい。
［００３２］ 好ましい実施態様では、マルチバンド高周波回路は、前記第２の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第１の平衡−不平衡変換回路と、前記第２の分波回路の高周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第２の平衡−不平衡変換回路とを備える。
［００３３］ 別の好ましい実施態様では、マルチバンド高周波回路は、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備える。
［００３４］ 本発明のマルチバンド高周波回路部品は上記マルチバンド高周波回路を有し、電極パターンを有する積層基板と前記積層基板の表面に搭載された素子を具備し、前記高周波回路を構成する回路素子のうちインダクタンス素子及びキャパシタンス素子の少なくとも一部は前記電極パターンにより構成され、少なくとも前記スイッチング素子は前記積層基板の表面に搭載されていることを特徴とする。
［００３５］ 本発明のマルチバンド通信装置は前記マルチバンド高周波回路又は前記マルチバンド高周波回路部品を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のマルチバンド高周波回路は、WLANによるデータ通信において、ノイズやフェージング等の影響を実質的に受けずに最も望ましい無線通信チャンネルを選択することでき、またダイバーシティ受信を行うことが可能である。また少ないスイッチ手段で電力消費を抑えながらマルチバンドアンテナと送信側回路、受信側回路との接続を切り替えることが可能である。
【００３７】
本発明の高周波回路は小型の三次元積層構造を有する高周波回路部品に構成することができる。さらに各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施態様によるマルチバンド通信装置の回路を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図４】本発明に用いるDPDTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図５】本発明に用いるDPDTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図６】本発明に用いるDPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図７】本発明に用いるDPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図８】本発明に用いる分波回路の一例の等価回路を示す図である。
【図９】本発明に用いる分波回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１０】本発明に用いるフィルタ回路の一例の等価回路を示す図である。
【図１１】本発明に用いるフィルタ回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１２】本発明に用いるフィルタ回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１３】本発明に用いるフィルタ回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１４】本発明に用いる平衡−不平衡回路の一例の等価回路を示す図である。
【図１５】本発明に用いる平衡−不平衡回路の他の例の等価回路を示す図である。
【図１６】本発明に用いる平衡−不平衡回路のさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図１８】本発明に用いるSPDTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図１９】本発明に用いるSPDTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図２０】本発明に用いるSPDTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図２２】本発明に用いるSPSTスイッチの一例の等価回路を示す図である。
【図２３】本発明に用いるSPSTスイッチの他の例の等価回路を示す図である。
【図２４】本発明に用いるSPSTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２５】本発明に用いるSPSTスイッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
【図２６】本発明の一実施態様によるマルチバンド高周波回路部品を示す斜視図である。
【図２７】本発明のマルチバンド高周波回路部品を構成する積層基板の一部を示す分解斜視図である。
【図２８】本発明のマルチバンド高周波回路部品を構成する積層基板の残部を示す分解斜視図である。
【図２９】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３０】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路を示すブロック図である。
【図３１】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３２】本発明のさらに他の実施態様によるマルチバンド高周波回路の等価回路を示す図である。
【図３３】従来のマルチバンド通信装置を示すブロック図である。
【図３４】別の従来のマルチバンド通信装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
［００３９］ 本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明する。
【実施例１】
図１は本発明の好ましい実施態様によるマルチバンド通信装置の回路を示す。このマルチバンド通信装置は、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯で送受信が可能な２つのマルチバンドアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２と、前記マルチバンドアンテナと送信回路及び受信回路との接続を切り替える高周波スイッチや複数の分波回路を備えた高周波回路部１と、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調するＩＥＥＥ８０２．１１ａの送受信部、及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部と、受信信号増幅器とを備えた送受信回路部ＲＦ−ＩＣと、平衡信号を不平衡信号に変換する平衡−不平衡変換回路５３，５４と、この平衡−不平衡変換回路と接続する送信信号用の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２とを具備する。他の態様として、平衡−不平衡変換回路５３，５４や送信信号用の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２、結合回路を送受信回路部ＲＦ−ＩＣに備えるものもある。
［００４０］ 本例では第１の通信システムをＩＥＥＥ８０２．１１ａとし、第２の通信システムをＩＥＥＥ８０２．１１ｂとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、前記のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｈはＩＥＥＥ８０２．１１ａと同じ周波数帯で、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇはＩＥＥＥ８０２．１１ｂと同じ周波数帯であるので、それぞれの回路部を各通信システムに使用しても良い。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇをともに扱う場合、変調方式が異なるため、それぞれに対応可能な送受信部が必要となる。
［００４１］ 図２は高周波回路部１の一例を示し、図３は高周波回路部１の等価回路を示す。本発明のマルチバンド高周波回路（高周波回路部１）は、高周波スイッチ回路１０と、これに接続された第１及び第２の分波回路２０，２５を基本構成とする。本実施例におけるマルチバンド高周波回路は、４つのポートを備えたＤＰＤＴ（双極双投）の高周波スイッチ回路１０に、複数のマルチバンドアンテナと複数の分波回路が接続されたもので、高周波スイッチ回路１０の第１のポート１０ａには、ＤＣカットコンデンサを兼ねる結合コンデンサＣ１からなる整合回路を介して第１のマルチバンドアンテナＡＮＴ１が接続し、第２のポート10bには、結合コンデンサC2からなる整合回路を介して第２のマルチバンドアンテナANT2が接続し、第３のポート10cには、送信信号を分波する第１の分波回路20が接続し、第４のポート10dには、受信信号を分波する第２の分波回路25が接続している。第１の分波回路20の第３ポート20cにはフィルタ回路60が接続し、第２の分波回路25の第２ポート25bにはフィルタ回路30及び平衡−不平衡変換回路50が接続し、第３のポート25cにはフィルタ回路40及び平衡−不平衡変換回路55が接続している。
【００４２】
高周波スイッチ回路10は、電界効果型トランジスタ（FET）やダイオード等のスイッチング素子を主構成とし、適宜インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を具備しても良い。高周波スイッチ回路10の一構成例を図４に示す。この高周波スイッチ回路10は、リング状に配置された４つの信号経路に４つの電界効果トランジスタをシリーズに接続するとともに、４つの信号経路のうち、第３のポート10c及び第４のポート10d側にDCカットコンデンサＣを直列接続したものであり、高周波信号の経路に配置されるスイッチング素子の数が少ないために、スイッチング素子による損失が少ない。
【００４３】
スイッチ回路制御部により制御された電圧がコントロール端子V1，V2に与えられると、高周波スイッチ回路10の各ポート間は表１に示すように接続される。
【００４４】
【表１】
高周波スイッチ回路10のコントロール端子V1に、電界効果型トランジスタが動作する閾値以上の電圧（例えば、+1〜+5 V）を印加（High）して、コントロール端子V2は閾値以下の電圧で例えば0 V（Low）とした場合について、以下詳細に説明する。
【００４６】
この場合、電界効果型トランジスタFET1とFET4がON状態、電界効果型トランジスタFET2とFET3がOFF状態となる。そのため、高周波スイッチ回路10のポート10c（第１の分波回路側）から入力した高周波信号はON状態の電界効果型トランジスタFET1を通過し、ポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）に伝送される。このとき電界効果型トランジスタFET3はOFF状態なので、そのアイソレーション特性によってポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）への高周波信号の漏洩はほとんどなく、かつ電界効果型トランジスタFET2もOFF状態なのでポート10d（第２の分波回路側）への高周波信号の漏洩もほとんどない。
【００４７】
一方、高周波スイッチ回路10のポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）から入力した高周波信号は、ON状態の電界効果型トランジスタFET4を通過し、ポート10d（第２の分波回路側）に伝送される。このとき、電界効果型トランジスタFET2はOFF状態なので、ポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）への高周波信号の漏洩はほとんどなく、かつ電界効果型トランジスタFET3もOFF状態なので、ポート10c（第１の分波回路側）への高周波信号の漏洩もほとんどない。
【００４８】
次にコントロール端子V2に電界効果型トランジスタが動作する閾値以上の電圧（例えば、+1〜+5 V）を印加し、コントロール端子V1は閾値以下の電圧で0 Vとした場合について説明する。この場合、電界効果型トランジスタFET２とFET３がON状態、電界効果型トランジスタFET１とFET4がOFF状態となる。そのため、高周波スイッチ回路10のポート10a（第１のマルチバンドアンテナ側）から入力した高周波信号はON状態の電界効果型トランジスタFET２を通過し、ポート10d（第２の分波回路側）に伝送される。一方、高周波スイッチ回路10のポート10c（第１の分波回路側）から入力した高周波信号は、ON状態の電界効果型トランジスタFET3を通過し、ポート10b（第２のマルチバンドアンテナ側）に伝送される。
【００４９】
本発明のマルチバンド高周波回路において送受信を行う場合、まず通信を開始する前に周波数スキャンを行い、受信可能な周波数チャンネルを探索する（キャリアスキャン）。スキャン動作を行う場合には、例えば表１の接続モード１となるように、スイッチ回路制御部により高周波スイッチ回路10を制御する。このとき、第２のマルチバンドアンテナANT2と第２の分波回路25とが接続され、一つのマルチバンドアンテナに２つの通信システムの受信回路が接続する。
【００５０】
高周波スイッチ回路10の第４のポート10dと接続する第２の分波回路25は、2.4 GHz帯（IEEE802.11b）の高周波信号を通過させるが、5 GHz帯（802.11a）の高周波信号を減衰させる低周波側フィルタ回路と、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を通過させるが、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の送信信号を減衰させる高周波側フィルタ回路とを組み合わせて構成される。本実施例では、低周波側フィルタ回路はインダクタンス素子及びキャパシタンス素子からなるローパスフィルタ回路により構成し、高周波側フィルタ回路はハイパスフィルタ回路により構成している。
［００５１］ このような構成により、マルチバンドアンテナに入射し、高周波スイッチ回路１０の第４のポート１０ｄに現れる高周波信号のうち、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号は第２の分波回路２５の第２のポート２５ｂに現れるが、第３のポート２５ｃには現れず、５ＧＨｚ帯の高周波信号は第２の分波回路２５の第３のポート２５ｃに現れるが、第２のポート２５ｂには現れない。このようにして、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号と５ＧＨｚ帯の高周波信号とを分波することができる。
［００５２］ 第２の分波回路２５において、その第２のポート２５ｂに現れた高周波信号は、バンドパスフィルタ回路３０によりノイズ成分が除去され、平衡−不平衡変換回路５０により不平衡信号から平衡信号に変換されてＩＥＥＥ８０２．１１ｂの受信回路に入力する。また第３のポート２５ｃに現れた高周波信号は、フィルタ回路４０及び平衡−不平衡変換回路５５を経てＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路に入力する。
［００５３］ 得られた高周波信号に基づいて、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路部では５ＧＨｚ帯でスキャンし、これと並行し８０２．１１ｂ送受信部では２．４ＧＨｚ帯でスキャンして、受信可能な全てのチャンネルを検出する。
［００５４］ 次に接続モード２となるように、スイッチ回路１０をスイッチ回路制御部により制御する。このとき、第１のマルチバンドアンテナＡＮＴ１と受信回路側の第２の分波回路２５とが接続される。得られた高周波信号に基づいて、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの受信回路部では５ＧＨｚ帯でスキャンし、これと並行してＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送受信部では２．４ＧＨｚ帯でスキャンして、受信可能な全てのチャンネルを検出する。
［００５５］ 周波数スキャンの結果に基づいて、アクティブにする通信システムのチャンネルを選択するとともに、第１及び第２のデュアルバンドアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２で受信した受信信号を振幅で比較して、前記通信システムの送受信回路と接続するマルチバンドアンテナを選択する。
［００５６］ 従って、フェージング等の外乱が生じても最も好ましい通信システムを選択してダイバーシティ受信を行うことができる。またフィルタ回路によってノイズを除いた受信信号によりキャリアセンスを行うことにより、無線通信において最も望ましいチャンネルを選択することができる。キャリアセンスで全てのチャンネルが使用中（ビジー）であると判断された場合、一定時間経過した後、再度キャリアセンスを行う。
［００５７］ 次いで、選択されたチャンネルで送信を行う。選択されたマルチバンドアンテナを、高周波スイッチ回路１０の第３のポート１０ｃを介して第１の分波回路２０と接続する。第１の分波回路２０は、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の高周波信号を通過させるが、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を減衰させる低周波側フィルタ回路と、５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の高周波信号を通過させるが、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の送信信号を減衰させる高周波側フィルタ回路との組合せからなる。本実施例では、低周波側フィルタ回路をローパスフィルタ回路で構成し、高周波側フィルタ回路をハイパスフィルタ回路で構成している。
［００５８］ このためＩＥＥＥ８０２．１１ｂの送信回路から第１の分波回路２０の第２のポート２０ｂに入力する２．４ＧＨｚ帯の高周波信号は、低周波側フィルタ回路を介して第１のポート２０ａに現れるが、第３のポート２０ｃには現れず、他方、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの送信回路から第１の分波回路の第３のポート２０ｃに入力する５ＧＨｚ帯の高周波信号は、高周波側フィルタ回路を介して第１のポート２０ａに現れるが、第２のポート２０ｂには現れない。このようにして、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号と５ＧＨｚ帯の高周波信号とを分波することができる。なお、同じポートから２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の高周波信号を取り出すことから、「合成する」と表現することもある。
［００５９］ 第１のポート２０ａに現れた高周波信号は、前記スイッチ回路の第３のポート１０ｃに入力し、前記マルチバンドアンテナから放射される。
［００６０］ スイッチ回路１０の他の例の等価回路を図５〜図７に示す。これらの等価回路は、電界効果トランジスタＦＥＴやダイオードＤ１〜Ｄ４等のスイッチング素子を主構成とし、適宜インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を有するものであり、例えば２つのＳＰＤＴ（単極双投）スイッチを用いて構成することができる。
［００６１］ 第１及び第２の分波回路２０，２５は、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成されたローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路及びバンドパスフィルタ回路を適宜組み合わせて構成される。分波回路２０，２５の一例の等価回路を図８及び９に示す。
［００６２］ フィルタ回路３０、４０、６０も同様にローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路及び／又はバンドパスフィルタ回路で構成される。これらのフィルタ回路は分波回路２０，２５の帯域外減衰量により適宜選択する。フィルタ回路３０、４０、６０の他の例の等価回路を図１０〜１３に示す。
［００６３］ 平衡−不平衡変換回路５０，５５はインダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成され、インピーダンス変換機能も具備し得る。その等価回路の例を図１４〜１６に示す。不平衡入力−平衡出力型のＳＡＷフィルタを用いれば、フィルタ回路と平衡−不平衡変換回路とを一つの回路素子で実現できるので、部品点数が削減でき、高周波回路の低コスト化及び小型化が達成される。入力インピーダンスと出力インピーダンスの異なるＳＡＷフィルタを用いても良い。この場合、インピーダンス変換機能も具備し得る。ＳＡＷフィルタの代わりにＦＢＡＲフィルタを用いることもできる。
［００６４］ 上記の種々の分波回路、フィルタ回路、平衡−不平衡変換回路及び／又はスイッチ回路を用いて構成したマルチバンド高周波回路は、図３に示すマルチバンド高周波回路と同様に優れた機能を発揮する。
［００６５］ 複数のマルチバンドアンテナを配置できない場合、図１７のブロック図に示すように、高周波スイッチ回路１０としてＳＰＤＴスイッチ１２を使用すれば、一つのマルチバンドアンテナと接続するマルチバンド高周波回路を得ることができる。この場合、スイッチ回路以外は図１〜３に示す実施態様と同様であるので、ダイバーシティ受信以外は、実施例１のマルチバンド高周波回路と同様の機能を発揮する。ＳＰＤＴスイッチ１２としては、図１８〜２０に示すスイッチ回路を適宜用いることができる。
［００６６］ 送信側回路と受信側回路とのアイソレーションを確保する場合、図２１に示すように、高周波スイッチ回路１０と第２の分波回路２５との間にＳＰＳＴ（単極単投）スイッチ回路１１を配置するのが好ましい。ＳＰＳＴスイッチ回路１１は、例えば図２２〜２５に示すように、スイッチング素子、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子で構成され、高周波スイッチ回路１０のポート１０ｃがポート１０ａ又はポート１０ｂに接続される場合に信号の通過を遮断するように制御される。
［００６７］
【実施例２】
図３に示す等価回路を有するマルチバンド高周波回路を積層基板に構成した例を図２６〜２８に示す。図２６は、第１及び第２の分波回路２０，２５、フィルタ回路３０，４０，６０、第１及び第２の平衡−不平衡回路５０，５５等を積層基板の内外に設けたマルチバンド高周波回路部品の外観を示す。図２７及び２８は高周波回路部品を構成する積層基板１００の各層の構成を示す。
［００６８］ 積層基板１００は、例えば１０００℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体からなり、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷して所定の電極パターンを形成した厚さ１０〜２００μｍの複数のセラミックグリーンシートを積層し、一体的に焼結することにより製造することができる。
［００６９］ 最下層のグリーンシート１５の表面にはほぼ全面を覆うグランド電極ＧＮＤが形成されており、裏面には回路基板に実装するための端子電極が形成されている。端子電極はアンテナポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２と、不平衡信号が入力する送信ポートＴｘ１，Ｔｘ２と、平衡信号が出力される受信ポートＲｘ１＋，Ｒｘ１−，Ｒｘ２＋，ＲＸ２−と、グランドポートＧＮＤと、スイッチ回路制御用のコントロールポートＶ１、Ｖ２を有し、それぞれがグリーンシートに形成されたビアホール（図中、黒丸で表示）を介して上層のグリーンシート上の電極パターンに接続されている。本実施例では端子電極をＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）としているが、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等も採用することができる。
［００７０］ グリーンシート１５の上にはグリーンシート１〜１４が積層される。これらのグリーンシート上で、第１及び第２の分波回路２０，２５、フィルタ回路３０，４０，６０、平衡−不平衡変換回路５０，５５を構成するインダクタンス素子は伝送線路により、またキャパシタンス素子は所定の電極パターンにより形成され、ビアホールを介して適宜接続されている。フィルタ回路３０，４０と平衡−不平衡変換回路５０，５５との間に配置される整合回路８０，８５は、所定の線路長の伝送線路により形成されている。インダクタンス素子及びキャパシタンス素子は、当然チップインダクタ及びチップコンデンサとして積層基板１００上に実装することも可能である。
【００７１】
各回路は積層基板100に三次元的に構成されるが、回路を構成する電極パターンは相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、グランド電極GNDにより分離されるか、積層方向に重ならないように配置されている。5 GHz帯の高周波信号が通過する伝送線路と他の電極パターンは、電磁気的な干渉を防ぐために少なくとも50μm離間する。
【００７２】
誘電体としては、例えばAl，Si及びSrを主成分として、Ti，Bi，Cu，Mn，Na，K等を副成分とするセラミックス、Al，Si及びSrを主成分として、Ca，Pb，Na，K等を複成分とするセラミックス、Al，Ｍg，Si及びGdを含むセラミックス、Al，Si，Zr及びＭg含むセラミックスが挙げられる。誘電体の誘電率は５〜15程度が好ましい。またセラミック誘電体の他に、樹脂や、樹脂／セラミック複合材を用いることも可能である。さらにHTCC（高温同時焼成セラミック）技術により、Al2O3を主体とする誘電体基板上に、タングステンやモリブデン等の高温焼結可能な金属導体により電極パターンを形成しても良い。
【００７３】
グリーンシート１には複数のランド電極が形成されており、ランド電極にDPDTスイッチ（GaAs FET）や、積層基板に内蔵されないカップリングコンデンサがチップ部品として搭載されている。ランド電極はビアホールを介して積層基板内の接続線路や回路素子と接続している。
【００７４】
ベア状態のスイッチをランド電極に実装し、樹脂や管で封止しても良い。このようなマルチバンド高周波回路部品は小型化に適する。なお送受信回路部を構成するRF-ICやベースバンドICも積層基板に複合化して良い。
【００７５】
実施例３
図29はマルチバンド高周波回路の他の例の等価回路を示す。このマルチバンド高周波回路の特徴的は、第２の分波回路25の低周波側フィルタ回路が、位相回路Lfr1と2.4 GHz帯を通過帯域とするバンドパスフィルタ回路30で構成されている点である。位相回路Lfr1は高周波信号の位相を適宜調整し、もってバンドパスフィルタ回路30を高周波スイッチ回路側から見た時に、5 GHz帯におけるインピーダンスを高インピーダンスとし、2.4 GHz帯の受信回路に5 GHz帯の高周波信号が漏洩するのを防ぐ。この例では、位相回路Lfr1を伝送線路とすることにより、マルチバンド高周波回路を少ない回路素子で構成することができる。
【００７６】
実施例４
図３０〜図３２はマルチバンド高周波回路の他の例を示す。図３０は結合回路を含むマルチバンド高周波回路の送信側回路を示す。この例では、ＴＰＣ機能を付与するように、実施例１のマルチバンド高周波回路の高周波スイッチ回路１０と第１の分波回路２０との間に、複数の通信システムに対応する送信電力の一部を取り出す結合回路１５０を配置したものである。
［００７７］ 本実施例では、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の高周波信号から、結合回路１５０及び検波ダイオード（ショットキダイオード）を含む検波回路３００で出力電力の一部を検出する。このようにアンテナ出力端に近いところで出力電力をモニタすることにより、検波精度が向上している。結合回路１５０は、例えば方向性結合器や結合コンデンサにより構成される。
［００７８］ 本実施例のマルチバンド高周波回路では、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯で１つの結合回路を用いる。前記結合回路の結合度は５ＧＨｚ帯の方が２．４ＧＨｚ帯より大きく、その差は５ｄＢ程度にもなる。結合度の差はそのまま検波電圧に反映し、増幅器からの出力電力に対する検波電圧は異なる。そこで、結合回路１５０と検波回路３００との間に整合回路２００を配置することにより、２．４ＧＨｚ帯における結合回路１５０のインピーダンスと、検波回路３００のインピーダンスとを整合させ、もって結合度（検波電圧）が小さい２．４ＧＨｚ帯においても大きな検波電圧を得ることができる。
［００７９］ 前記整合回路は、結合回路１５０の出力ポート１５０ｃに接続されたシャントインダクタと、結合回路１５０と検波ダイオードの間に接続された位相回路とで構成するのが好ましい。この整合回路のスミスチャート上での整合調整では、シャントインダクタによる振幅調整と、位相回路による位相調整を個別に行うことができる。これにより、２．４ＧＨｚ帯における結合回路と検波回路とのインピーダンス整合が簡単になる。
［００８０］ 図３１は、結合回路１５０として方向性結合器を用いたマルチバンド高周波回路の結合回路部の等価回路を示す。前記方向性結合器は、主線路ＳＴＬ１、副線路ＳＴＬ２及び抵抗Ｒ１により構成され、第１の分波回路２０からの送信信号が方向性結合器１５０の入力ポート１５０ｂから入力され、出力ポート１５０ａに出力される。主線路ＳＴＬ１、副線路ＳＴＬ２は、電磁気的に結合しており、送信信号の一部が結合ポート１５０ｃに出力される。
【００８１】
整合回路200は、シャントインダクタLss及び位相回路Lsiにより構成され、シャントインダクタLss、及び位相回路Lsiの定数は、2.4 GHz帯において方向性結合回路の結合ポート150cの出力インピーダンスと、検波回路300の入力インピーダンスとを整合するように設定されている。シャントインダクタLssにより振幅調整を行い、位相回路Lsiにより位相調整を行う。
【００８２】
検波ダイオードDkのアノードは整合回路200に接続し、カソードはシャント接続されたコンデンサCk及び抵抗Rkからなる電圧平滑回路に接続している。結合回路150からの高周波信号は検波ダイオードDkに入力され、その順電圧を超えた高周波信号のみがカソードへ伝播し、平滑回路で直流電圧に変換され、検波回路300の出力側に接続した比較制御手段に検波電圧として入力する。
【００８３】
比較制御手段400は、演算増幅器、抵抗、制御トランジスタ等により構成されており、入力された基準信号と検波ダイオードDkから与えられる検出信号とを比較してその両信号のレベル差が零になるように増幅器の出力電力を変化させる。
【００８４】
高周波回路の他の例として、図32は、図31に示す結合回路部分を結合コンデンサCc1で構成した高周波回路を示す。この結合回路においても2.4 GHz帯の結合度より5 GHz帯の結合度の方が5 dB程度大きいため、整合回路200により2.4 GHz帯の検波電圧を増加させることにより、5 GHz帯の検波電圧との偏差を小さくすることができる。
【００８５】
結合回路部分を結合コンデンサCc1で構成した回路でも、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数が削減でき、小型化が可能である。従って、このような高周波回路は、TPC機能を備えたIEEE802.11hの通信システムに好適である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のマルチバンド高周波回路は、WLANによるデータ通信においてノイズやフェージング等の影響を受けにくく、無線通信において最も望ましいチャンネルを選択することでき、またダイバーシティ受信を行うことが可能である。本発明のマルチバンド高周波回路はまた、少ないスイッチ手段で電力消費を抑えながらマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えることが可能である。
【００８７】
上記高周波回路を小型の三次元積層構造にした高周波回路部品により、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部を備えたマルチバンド通信装置が得られる。
【００８８】
このような特徴を有する本発明のマルチバンド高周波回路は、パーソナルコンピュータ、PCの周辺機器（プリンタ、ハードディスク、ブロードバンドルータ等）、電子機器（FAX、冷蔵庫、標準テレビ、高品位テレビ、カメラ、ビデオ、携帯電話等）、自動車内や航空機内の信号伝達手段に好適である。
Claims (10)
- 通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行うマルチバンド高周波回路であって、
複数のマルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、
前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、
前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、
前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、
前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、
前記高周波スイッチ回路は第1乃至第4のポートを有し、第1のポートは第1のマルチバンドアンテナと接続され、第2のポートは第2のマルチバンドアンテナと接続され、第3のポートは第1の分波回路と接続され、第4のポートは第2の分波回路と接続されており、
前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナの何れかを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、マルチバンドアンテナごとに、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて並行して検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルと無線通信を行うマルチバンドアンテナを選択した後、選択されたマルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信することを特徴とするマルチバンド高周波回路。 - 通信周波数が異なる複数の通信システムの無線通信を行うマルチバンド高周波回路であって、
マルチバンドアンテナと送信側回路及び受信側回路との接続を切り替えるスイッチング素子を備えた高周波スイッチ回路と、
前記高周波スイッチ回路と送信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により送信信号を分波する第1の分波回路と、
前記高周波スイッチ回路と受信側回路との間に配置され、前記通信システムの周波数帯域に応じて低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路により受信信号を分波する第2の分波回路とを有し、
前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路としてバンドパスフィルタ回路を用いるか、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間にバンドパスフィルタ回路を配置し、
前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路としてハイパスフィルタ回路又はバンドパスフィルタ回路を用い、
前記スイッチング素子をON状態あるいはOFF状態に制御して、マルチバンドアンテナを第2の分波回路を介して複数の通信システムの受信側回路と接続し、受信可能な周波数チャンネルを複数の通信システムにおいて検出するとともに、受信信号の比較結果に基づいて、いずれか一つの通信システムの周波数チャンネルを選択した後、マルチバンドアンテナと送信側回路との接続、あるいは受信側回路との接続を切り替えて送受信するとともに、
前記高周波スイッチ回路と前記第1の分波回路との間に、複数の通信システムの送信電力を取り出す一つの結合回路を配置し、前記結合回路と検波回路との間に、複数の通信システムにおいて相対的に低周波数帯の通信システムの周波数にて調整された整合回路が配置されたことを特徴とするマルチバンド高周波回路。 - 請求項2に記載のマルチバンド高周波回路において、
前記結合回路は方向性結合器又は結合コンデンサであり、
前記整合回路は、前記結合回路に接続された振幅調整用のシャントインダクタと、前記シャントインダクタと前記検波回路との間に接続された位相調整用の位相回路とを有し、
もって、通信システム間での検波電圧の差を小さくすることを特徴とするマルチバンド高周波回路。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のマルチバンド高周波回路において、前記第1及び第2の分波回路のそれぞれは、一端側を共通ポートとし、低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路を並列接続してなり、前記低周波側フィルタ回路は2.4GHz帯の高周波信号を通過させるが5GHz帯の高周波信号を減衰させるフィルタ回路であり、前記高周波側フィルタは5GHz帯の高周波信号を通過させるが2.4GHz帯の送信信号を減衰させるフィルタ回路であることを特徴とするマルチバンド高周波回路。
- 請求項4に記載のマルチバンド高周波回路において、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路が位相回路と2.4GHz帯を通過帯域とするバンドパスフィルタ回路で構成されてなり、前記位相回路は、高周波スイッチ回路側から見たバンドパスフィルタ回路の5GHz帯におけるインピーダンスを高インピーダンスに調整することを特徴とするマルチバンド高周波回路。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のマルチバンド高周波回路において、前記第2の分波回路の低周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第1の平衡−不平衡変換回路と、前記第2の分波回路の高周波側フィルタ回路と受信側回路との間に配置される第2の平衡−不平衡変換回路とを備えたことを特徴とするマルチバンド高周波回路。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のマルチバンド高周波回路において、各通信システムでの送信データを変調し、受信データを復調する送受信部と、前記高周波スイッチの切り替えを制御するスイッチ回路制御部とを備えたことを特徴とするマルチバンド高周波回路。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の高周波回路を有するマルチバンド高周波回路部品であって、電極パターンを有する積層基板と前記積層基板の表面に搭載された素子を具備し、前記高周波回路を構成する回路素子のうちインダクタンス素子及びキャパシタンス素子の少なくとも一部は前記電極パターンにより構成され、少なくとも前記スイッチング素子は前記積層基板の表面に搭載されていることを特徴とするマルチバンド高周波回路部品。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のマルチバンド高周波回路を具備することを特徴とするマルチバンド通信装置。
- 請求項8に記載のマルチバンド高周波回路部品を具備することを特徴とするマルチバンド通信装置。
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