JP4678572B2

JP4678572B2 - 積層型バラントランス及びそれを用いた高周波スイッチモジュール

Info

Publication number: JP4678572B2
Application number: JP2004150783A
Authority: JP
Inventors: 和弘萩原; 茂釼持; 昌幸内田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: JP2005333012A

Description

本発明は、携帯電話、携帯端末などの移動体通信機器に使用され、平衡回路と不平衡回路との接続を行い、インピーダンス変換にも用いられる積層型バラントランス及びそれを用いた高周波スイッチモジュールに関する。

平衡−不平衡変換素子であるバラントランスは、例えば図７に示すように、第1の伝送線路に不平衡端子を備え、第２、第３の伝送線路に二つの平衡端子を備えているものであり、不平衡端子に不平衡伝送線路を接続し、二つの平衡端子にそれぞれ平衡伝送線路の２つの信号線を接続して使用される。そして、第1の伝送線路の不平衡端子から入力された不平衡信号を変換して、第２、第３の伝送線路の二つの平衡端子から出力して、その位相差により平衡信号を出力したり、逆に平衡端子からの平衡信号を不平衡信号に変換して、不平衡端子から出力する。例えば、特許文献１には図７に示す等価回路と、図９の積層図に示すが如く誘電体層に二つの渦巻き型インダクタを並設してなる積層型バラントランスが開示されている。また、特許文献２には第1、第2の伝送線路の一部並びに第1、第3の伝送線路の一部を同一の誘電体層に形成した例が開示されている。

近年の携帯電話や携帯端末の小型化、薄型化により、それらの機器に使用されるバラントランス等の部品にも一層の小型化が求められている。

特開平８−１９１０１６号公報特開２００２−２９９１２７号公報

前記第１の従来例では、前記第１、第２、第３の伝送線路は多数回巻かれた渦巻き構造を有しており、しかも前記第２、第３の伝送線路を構成する２つの渦巻き型インダクタL2、L3が同一誘電体層に並設されているため、回路基板に搭載した場合に実装面積が大きくなり、小型化の要求に対応できないという問題があった。また、前記従来例では積層体側面に各線路の導通をとるための側面電極を形成する必要があり、工程数が増えるという問題もあった。
また、前記第２の従来例でもバラントランスを形成するために多数の層が必要であり低背化の要求に対応できないという問題があった。

実装面積を小さくし、かつ側面電極を不要とするためには図１０に示すように各々の線路を複数の層に分割して形成し、伝送線路と平衡端子、不平衡端子への接続はスルーホールを介して行うという方法がある。しかし、この方法では、前記スルーホールと前記伝送線路とのショートを避けるために、スルーホールは積層方向上方から見てらせん状に接続された導体パターンによって形成されるインダクタ部よりも外側に形成する必要があり、余計なスペースを必要とする。そのため小型化の要求に十分には対応できないという問題があった。

本発明では、小型化が可能で製造工数の少ない積層型バラントランス及びそれを用いた高周波スイッチモジュールを提供することを目的とする。

第１の発明は、導体パターンが形成された複数の誘電体層からなる積層体において第１の伝送線路と当該第１の伝送線路と電磁結合する第２の伝送線路と第３の伝送線路を備え、前記第１の伝送線路は一端が不平衡端子に接続され他端が開放端となり、第２の伝送線路は一端が接地され他端が第１の平衡端子に接続され、第３の伝送線路は一端が接地され他端が第２の平衡端子に接続される積層型バラントランスであって、各伝送線路と平衡端子、不平衡端子とはスルーホールによって接続され、前記第１、第２、第３の伝送線路はそれぞれ前記複数の誘電体層の表面に形成された複数の導体パターンを電気的にらせん状に接続してなり、かつ前記第１の伝送線路からなるインダクタと第２の伝送線路からなるインダクタ、並びに第１の伝送線路からなるインダクタと第３の伝送線路からなるインダクタはそれぞれ積層方向上面からみて重なる様に配置され、第１の伝送線路は第２、第３の伝送線路よりも上層に配置され、第１の伝送線路を構成する導体パターンのうち不平衡端子と接続される一端を含む導体パターンは第１の伝送線路を構成する他の導体パターンよりも上層に配置され、第２第３の伝送線路を構成する導体パターンのうち平衡端子と接続される一端を含む導体パターンは第２第３の伝送線路を構成する他の導体パターンよりも下層に配置されている積層型バラントランスである。ここで各層における導体パターンの巻き数を一巻き以下とすることは望ましい構成である。

本発明により、各層における伝送線路の巻き数を削減することができるため積層型バラントランスの実装面積を小さくすることが可能となる。また平衡端子、不平衡端子への接続部を含む伝送線路が他の全ての伝送線路よりも上層または下層にあるため、平衡端子、不平衡端子と伝送線路を接続するスルーホールは積層方向上面から見て前記伝送線路によって構成されるらせん状インダクタと重なる場所に配置したとしても他の伝送線路と短絡する恐れが無く、積層型バラントランスの省スペース化が可能となる。また、積層体側面に側面電極を形成する必要がないため側面電極の製造工程を削減することが可能である。

第２の発明は、複数の誘電体層の表面に形成された複数の導体パターンを電気的にらせん状に接続してなる積層型バラントランスであって、前記複数の導体パターンのうち一部の導体パターンについて、その太さが他の導体パターンと異なるようになした積層型バラントランスである。

本発明により、平衡端子への出力振幅差の調整を一部の導体パターンの幅を変更するだけで簡便に行えるので出力振幅差の調整が容易であり、また従来出力振幅差の調整の為に平衡端子に接続されていたコンデンサ電極を削除できるため積層数の低減と積層体の低背化が一層可能となる。
また、他の発明は、複数の誘電体層からなる積層体の内部及び表面に形成した電極パターンと、積層体上に搭載した搭載部品を用いて構成した高周波スイッチモジュールにおいて、バランおよび分波器および不要周波数成分を減衰するフィルタ回路および高周波スイッチ回路を具備し、前記バランに前記いずれかの構造の積層型バラントランスを用いたことを特徴とする高周波スイッチモジュールである。

本発明によると、小型で製造工数の少ない積層型バラントランス及び高周波スイッチモジュールを提供できる。

本発明の実施例について、以下詳細に説明する。図１は積層型バラントランスの分解斜視図である。この積層体は、低温焼成が可能なセラミック誘電体材料からなり、厚さが１０μｍ〜２００μｍのグリーンシート上に印刷することで所望の電極パターンを形成し、前記電極パターンを有する複数のグリーンシートを積層して一体化し、一体焼成することにより製造することが出来る。この積層体の内部構造を積層順に従って説明する。尚、バラントランスの等価回路図を図７に示す
まず、上層のグリーンシート１には、第1の伝送線路の一部を構成するライン電極La1とLa３が構成されており、前記ライン電極La1は前記積層体の不平衡端子Inに接続するための接続部が設けられ、前記ライン電極La３の一端は第１の伝送線路における開放端となっている。
次に、グリーンシート２には、第1の伝送線路の一部を構成するライン電極La２が形成されている。
グリーンシート３には、第２第３の伝送線路の一部を構成するライン電極Ｌｂ２が形成されている。
グリーンシート４には、第２の伝送線路の一部を構成するライン電極Lb１及び第３の伝送線路の一部を構成するライン電極Lb３が形成されている。
グリーンシート５には、平衡出力のバランス特性調整用のコンデンサ電極C１、C２が形成されている
グリーンシート６には、アース電極が形成されている。以上のグリーンシート１〜６を順次積層して積層体とする。

グリーンシート１〜６に形成されたライン電極とコンデンサ電極はスルーホール（図中、黒丸で示した）で適宜接続され、第1の伝送線路L1a、L1bと第２の伝送線路L２と第３の伝送線路L３を構成する。

前記グリーンシート４に形成されたライン電極Lb１はC１を介して平衡端子OUT１へと接続され、ライン電極Lb３はC２を介して平衡端子OUT２へと接続される。

前記グリーンシート３に形成されたライン電極Lb２の左半分は第２の伝送線路の一部を形成しており、ライン電極Lb２の右半分は第３の伝送線路の一部を形成している。ライン電極Lb２の中央部はスルーホールを介してアース電極へと接地されている。

従来の構造では図１０に示すように、例えば不平衡端子Inに接続される伝送線路La1よりも上層に他の伝送線路La2があった。そのため不平衡端子へと接続するスルーホールとLa2の短絡を避けるために当該スルーホール接続部は積層方向上面から見てLa2よりも外側まで引き出される必要があった。本発明の積層体においては、不平衡端子Inに接続される伝送線路は他の線路よりも上層に配置されている。そのためLa1と不平衡端子を接続するスルーホールはLa1の端部にそのまま接続することが可能であり余計な引出しは不要となり省スペース化が実現できる。
Lb1、Lb3と平衡端子への接続についての省スペース化も同様の理由により実現可能となる。

以上のようにして得られた積層体を鋼刃で碁盤目状に個々に分割した後、セッタ等の焼成治具上に配置して大気中９００℃で焼成することで焼成体を得た。なおここでは焼成前に鋼刃で個々に分割しているが、圧着体に鋼刃で分割溝を刻設形成した後焼成を行い、その後の任意の工程で分割しても良い。

その後、この焼成体に、Ｎｉめっき或いはＡｕめっきの電界又は無電界めっき処理を行うことで本発明による積層型バラントランスを得た。

第２の発明による積層型バラントランスの分解斜視図を図２に示す。ここでは例としてLb３の線路のみを太くしている。このように一部の線路の幅を他の線路と異なる幅にすることで出力振幅差を調整することが可能であり、コンデンサ電極Ｃ１、Ｃ２を削除することが可能である。

図２に示した積層型バラントランスの出力振幅差を図４に、出力位相差を図５に示す。ここでは一例としてLb３以外のライン電極の幅を０．１ｍｍとしてLb３の幅を変化させた場合の特性変化を示している。全ての伝送線路の幅が等しく０．１ｍｍであった場合、図５より５．０ＧＨｚ帯域における出力位相差はほぼ１８０度で望ましいが出力振幅差は約０.２５ｄＢとやや大きくなっている。そのため出力位相差を変えずに出力振幅差だけ調整したい。このときに伝送線路Lb3の幅を±０．０２ｍｍ変化させてみると図４、図５に示すとおり出力振幅差のみ選択的に調整可能であり線幅０．１２ｍｍが望ましいことが分かる。このように第１〜第３の伝送線路を構成するライン電極のうち一部の線幅を他のライン電極と異なる値にすることで容易に出力振幅差の調整が可能となり、図１のグリーンシート５に示したようなコンデンサパターンＣ１、Ｃ２が不要となる。

通信機内において積層型バラントランスが使用される際にはバランの平衡端子にはＬＮＡ等の部品が接続される。ＬＮＡ等の部品を安定して動作させるために積層型バラントランスの平衡端子には所定の直流電圧がバイアス電圧として印加されていることを求められることがある。そのようなバイアス電圧の印加を可能にする為の回路を図８に、積層構造を図３に示す。図示のように図２に対しグリーンシート５にコンデンサパターンＣ３を設け、また図中ＶＣで示す電圧端子に所定の直流電圧を印加することで、平衡端子にバイアス電圧を印加することが可能となる。

本発明により積層型バラントランスは積層体内部において省スペース化が実現できるため、他の部品との複合化も容易である。複合化の実施形態として第３の発明に挙げた高周波スイッチモジュールがある。一例として本発明を適用したデュアルバンド高周波スイッチモジュールのブロック図を図６に示す。この高周波スイッチモジュールでは異なる周波数帯AとBの高周波信号の送受信切り替えを行うものであり、アンテナ端子と周波数帯A、Bにそれぞれ対応した送信端子Tx1、Tx2と周波数帯Aに対応した平衡受信端子Rx1＋、Rx1−と周波数帯Bに対応した平衡受信端子Rx2＋、Rx2−を有する。

送信時にはTx1端子またはTx2端子から入った高周波信号は分波器ｄｉｐ１とスイッチ回路ＳＷを介してアンテナ端子ＡＮＴへと流れる。また受信時にはアンテナ端子ＡＮＴから入った信号はスイッチ回路ＳＷを介して分波器ｄｉｐ２へと流れる。分波器ｄｉｐ２において周波数帯Aの受信信号はフィルタＦ１へと振り分けられる。フィルタＦ１では周波数帯Aに対応した周波数信号を通し不要周波数帯を遮断する。フィルタＦ１を通過した受信信号は上記で示した構造を有するバラントランスＢ１を介することで平衡出力端子Rx1＋、Rx１−へと出力される。周波数帯Bの受信信号は分波器ｄｉｐ２からフィルタＦ２へと振り分けられる。フィルタＦ２では周波数帯Bに対応した周波数信号を通し不要周波数帯を遮断する。フィルタＦ２を通過した受信信号は上記で示した構造を有するバラントランスＢ２を介することで平衡出力端子Rx2+、Rx2−へと出力される。

この高周波スイッチモジュールにおける分波器、フィルタ、バラントランスは積層体内部に形成された電極パターンにより構成されている。またスイッチ回路は積層体内部に形成された電極パターンと積層体外部の搭載部品から構成される。このスイッチ回路はPINダイオードを用いてもよいし、またGaAｓスイッチ等を用いても良い。

本発明によると、小型で製造工程の少ない積層型バラントランス及びそれを用いた高周波スイッチモジュールを提供できるので、移動体通信機器の小型多機能化、低コスト化への寄与は大きい。

本発明の実施例（第1の発明）に係るバラントランスを積層基板で構成した場合の、各層の分解斜視図である。本発明の他の実施例（第2の発明）に係るバラントランスを積層基板で構成した場合の、各層の分解斜視図である。本発明の更に他の実施例に係るバラントランスを積層基板で構成した場合の、各層の分解斜視図である。図２の実施例に係るバラントランスの出力振幅差を示す図である。図２の実施例に係るバラントランスの出力位相差を示す図である。本発明に係るバラントランスを適用した高周波スイッチモジュールのブロック図である。バラントランスの等価回路である。本発明の他の実施例に係るバラントランスの等価回路である。従来の積層型バラントランスの各層の分解斜視図の一例である。従来の積層型バラントランスの各層の分解斜視図の他の例である。

符号の説明

ＩＮ：バラントランスの不平衡端子
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２：バラントランスの平衡端子
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌａ１〜３：バラントランスの第１の伝送線路
Ｌ２、Ｌｂ１、Ｌｂ２（左半分）：バラントランスの第２の伝送線路
Ｌ３、Ｌｂ２（右半分）、Ｌｂ３：バラントランスの第３の伝送線路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：コンデンサ電極
ｅ１：アース電極
Ａｎｔ：アンテナ端子
Ｔｘ１：送信端子（周波数帯域Ａ）
Ｔｘ２：送信端子（周波数帯域Ｂ）
Ｒｘ１＋、Ｒｘ１−：平衡受信端子（周波数帯域Ａ）
Ｒｘ２＋、Ｒｘ２−：平衡受信端子（周波数帯域Ｂ）
ＶＣ：電源端子
ｄｉｐ１、ｄｉｐ２：分波器
Ｆ１、Ｆ２：フィルタ
Ｂ１、Ｂ２：バラントランス
ＳＷ：スイッチ回路
１〜６：グリーンシート

Claims

導体パターンが形成された複数の誘電体層からなる積層体において第１の伝送線路と当該第１の伝送線路と電磁結合する第２の伝送線路と第３の伝送線路を備え、前記第１の伝送線路は一端が不平衡端子に接続され他端が開放端となり、第２の伝送線路は一端が接地され他端が第１の平衡端子に接続され、第３の伝送線路は一端が接地され他端が第２の平衡端子に接続される積層型バラントランスであって、
各伝送線路と平衡端子、不平衡端子とはスルーホールによって接続され、前記第１、第２、第３の伝送線路はそれぞれ前記複数の誘電体層の表面に形成された複数の導体パターンを電気的にらせん状に接続してなり、かつ前記第１の伝送線路からなるインダクタと第２の伝送線路からなるインダクタ、並びに第１の伝送線路からなるインダクタと第３の伝送線路からなるインダクタはそれぞれ積層方向上方からみて重なる様に配置され、
第１の伝送線路は第２、第３の伝送線路よりも上層に配置され、第１の伝送線路を構成する導体パターンのうち不平衡端子と接続される一端を含む導体パターンは第１の伝送線路を構成する他の導体パターンよりも上層に配置され、第２第３の伝送線路を構成する導体パターンのうち平衡端子と接続される一端を含む導体パターンは第２第３の伝送線路を構成する他の導体パターンよりも下層に配置されていることを特徴とする積層型バラントランス。
前記複数の導体パターンのうち一部の導体パターンについて、その太さが他の導体パターンと異なることを特徴とする請求項１に記載された積層型バラントランス。
複数の誘電体層からなる積層体の内部及び表面に形成した電極パターンと、積層体上に搭載した搭載部品を用いて構成した高周波スイッチモジュールにおいて、バランおよび分波器および不要周波数成分を減衰するフィルタ回路および高周波スイッチ回路を具備し、前記バランに請求項１又は２にて記載された構造の積層型バラントランスを用いたことを特徴とする高周波スイッチモジュール。