JP4688043B2 - 高周波モジュール及びこれを用いた通信機 - Google Patents
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Description
従来、複数のシステムに対応した小型軽量の高周波回路部品として、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が特許文献1に開示されている。また、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許文献2で提案されている。
カプラ回路Coupler1、Coupler2はパワーアンプの出力を検出しモニタして安定動作を可能にしている。バンドパスフィルタSAW1、SAW2、SAW3はアンテナANTからの受信信号のうち不要周波数成分を除去し、必要成分だけをローノイズアンプに送る。従って、EGSM送信端子TxとDCS/PCS送信端子Txの前段にはパワーアンプHPA1、HPA2が設けられ、EGSM受信端子RxとDCS受信端子Rx及びPCS受信端子Rxの後段にはローノイズアンプLNA1、LNA2、LNA3が設けられている。
また、前記帯状のシールド電極は、長手方向に複数に分割されていることが好ましい。
また、前記高周波モジュールは、積層基板内に電極パターンにより構成した回路素子と前記積層基板に搭載した回路素子とを用いて、アンテナスイッチ回路、ローパスフィルタ回路、カプラ回路及び高周波増幅器回路を一体化しており、前記カプラ回路は、前記高周波増幅器回路の出力をモニタする機能を有し、前記スイッチ回路と前記高周波増幅器回路との間に配置されており、前記カプラ回路は主線路と副線路を有し、前記主線路と副線路は前記積層基板内に電極パターンにより構成され、前記主線路用の電極パターンと前記副線路用の電極パターンとは前記積層体内の異なる誘電体層に設けられ、且つ前記主線路用の電極パターンと前記副線路用の電極パターンとは積層方向の上下方向に分かれて配置されていることが好ましい。
さらに、前記ローパスフィルタ回路の伝送線路を構成する電極パターンと前記副線路を構成する電極パターンは、前記主線路を構成する電極パターンを設けた誘電体層に対して、積層方向の同じ一方側に配置されていることが好ましい。
また、本発明の通信機は、前記いずれかの高周波モジュールを搭載したことを特徴とする。
ってコイル状に形成し、当該副線路を構成する複数の誘電体層の下層に前記カプラの主線路を2つ以上の異なる誘電体層にわたって形成することが望ましい。また、主線路もコイル状に形成することが望ましい。このように、いわばコイル型方向性結合器とすることにより、スペースを有効利用して小型化が出来る。そして電流の向きが同方向となり近接する伝送線路間の磁界は強め合いカップリング率が増大し、小さなスペースで線路長をより短くすることができ、主線路を通過する信号の損失を低減できる。
このように、副線路及び主線路の上下方向にグランド電極と実質的に同じ効果を持つシールド電極が配置され、並びに積層基板内のスイッチ回路部分、高周波増幅器回路部分との間にグランドに通じる縦列したスルーホール電極が配置されているので、カプラの主線路及び副線路からの磁力線が周辺回路へ伝播することが阻止されると同時に周辺回路からの不要ノイズの伝播も阻止されるため、アイソレーションの向上と結合特性の安定化が同時に実現可能となる。また、アンテナスイッチ回路と高周波増幅器回路の相互干渉も防止される。
まず、異なる周波数帯ごとに水平方向の領域を分けて設けることにより、異なる周波数帯の主線路と副線路が積層基板の上下方向で(基板の上から投影して)重なることがなく相互干渉が起こらない。
また、異なる送信系ごとに誘電体層の水平方向の別領域に分けて配置されたカプラの主線路又は副線路は、誘電体層の(水平方向)中心線に対し略対称に配置されることにより、異なる送信経路間のアイソレーションが向上し、結果的にモジュールのアンテナ端子からの高調波発生量を低減できる。また、誘電体基板内の電極配置が面内に対して対称となり、誘電体内部の電極密度を均一化できる。一般的に同時焼成セラミックス基板の製造プロセスにおいては、その焼成工程の前後において誘電体基板がある比率で収縮する。この比率は基板のセラミックス材と電極材の密度により変化するため、誘電体内部の電極密度を均一化することにより、焼成後の基板寸法を精度良くコントロールすることが可能となる。
このようにすると、送信信号が通る主線路とは異なる層にローパスフィルタの伝送線路が形成されるので、送信信号の干渉が抑制されアイソレーションが良くなり、ローパスフィルタの減衰特性レベルが向上し、結果的にモジュールのアンテナ端子からの高調波発生量を低減できる。
このように、主線路を副線路よりも積層基板の下層に位置することにより、主線路は、シールド電極(グランド電極)に近い配置が容易となる。これにより主線路からの漏れ磁界が少なくなり、さらに高調波発生量を低減できる。また副線路の一端には50Ω抵抗により終端する必要があるが、副線路を積層基板上の上部に配置することにより、前記50Ωへの引き回しを最短にすることが可能となり、更なる小型化が可能となる。
前記ローパスフィルタの伝送線路および前記高周波増幅器モジュール部の出力段の整合回路を構成する伝送線路のインピーダンスは出来る限り大きい方が望ましく、伝送線路とグランドの間隔を出来るだけ大きく設定する必要がある。このため、カップラの副線路、ローパスフィルタの伝送線路、高周波増幅器モジュール部の出力段の整合回路を構成する伝送線路を誘電体基板厚み方向に対してより上層側に、概ね誘電体基板厚みの略1/3より上層側に形成する。これによりモジュールの通過損失特性、減衰量特性を向上することが可能となる。
このように積層基板の上下方向の領域で各電極パターンをまとめて形成し、これらをグランド電極で区分けしているので上下素子間の干渉が抑制される。
また、本発明の高周波モジュールにおいて、カプラの副線路の一端に50Ω終端を接続し、他端をカップリングポートとして外部電極に接続することができる。これにより異なる送信系に対応した複数の独立したカップリングポートを具備した高周波モジュールが提供される。
また、本発明の高周波モジュールにおいて、異なる送信系に対応した複数の副線路を積層基板内で直列接続し、かつ一端を50Ωで終端し、他端をカップリングポートとして外部電極に接続することができる。これにより、異なる送信系に対応した単一のカップリングポートを具備した高周波モジュールを提供できる。
本発明によれば上記した高周波モジュールを搭載することにより小型軽量で電力付加効率の高い通信機となすことができる。
先ず、一般に携帯電話システムでは、周囲の携帯電話機との混信を避けるため、基地局から携帯電話へ向けて、発信出力が交信に必要な最小限度のパワーとなるように制御信号(パワーコントロール信号)が送られている。この制御信号に基づいて動作するAPC(Automatic Power Control)回路によって、送信側出力段の高周波増幅器では、その送信出力が通話に必要な出力となるようにゲート電圧が制御される。これは実際に高周波増幅器から出力されている電力をカプラによりモニタして得られた検知信号と、基地局からのパワーコントロール信号とを比較し制御される。このように、携帯電話の通信システムでは周囲環境に適応するよう出力を可変させて通話を行うことにより、他の携帯電話との間で混信を生じ難くくし、通話品質を安定維持できるように構築されている。
尚、欧州のデジタル携帯電話のシステムにおいて高周波増幅器の出力検出回路は大きく分けて2つの方式がある。一つは高周波増幅器の出力端子にカプラ回路を取り付け、出力電力を検出する方式と、もう一つの方式は高周波増幅器部に1〜10Ω程度の抵抗を付け、電圧降下から消費電力を求め、高周波電力に換算する方式の2つである。一般的に前者は積層体への回路形成で実現され、後者には色々な種類の派生手段がある。例えば搭載部品や半導体チップへの回路集積で実現される等である。本発明は、前者の方式で出力電力をカプラでモニタする場合である。
また、アンテナANTとダイプレクサDipの間に一端が接地されたインダクタLfを静電気破壊対策の為に挿入している。これは人体などに帯電した電荷がアンテナ端子から印加された場合、電圧サージによりPINダイオードやGaAs半導体などが破壊される可能性があり、インダクタLfは、この電圧サージをGNDへ逃がす働きをする。
す。高周波増幅器側の整合回路端の出力端子EGSM Poは、図1の送信端子EGSM Tx に接続し、増幅した送信信号をアンテナスイッチ側に送る役割を果たす。出力端子EGSM P0には、直流カットコンデンサca4を介して、伝送線路lm1の一端が接続される。伝送線路lm1には一端を接地されたコンデンサca13、ca14、ca15が接続されて出力整合回路を構成する。伝送線路lm1の他端は、バイポーラトランジスタGQ3のコレクタに接続される。
まず、積層基板の左右の領域の間にはスルーホール電極を介して最下層裏面のグランドに通じるシールド電極SGを設けている。シールド電極は寸法配置的に余裕がある場合は全部のグリーンシートに設けることが望ましいが、多くの場合はそれが出来ないのでグリーンシート3、9等に示すように帯状のシールド電極SG2、SG6であったり、また同様に裏面のグランド電極に繋がるスルーホール電極HG1〜HG4等のように間欠的に縦列して、いわば簾状に設けることでシールド電極の作用をなすことができる。このようなシールド電極SG、HGを設けることで各電極パターンの配置設計が簡易になり高周波部品間の相互干渉が抑制できる。高周波増幅器の発振等の不安定動作を防止できる。また必要信号(送信信号)と不要信号とのスプリアス発生を抑えることができ、通過特性の悪化を防止できるものである。
グリーンシート2には、スルーホール電極を縦列して設けたシールド電極HG1、カプラ1の副線路Lcg2とカプラ2の副線路Lcd2、パワーアンプの整合回路の伝送線路lm1およびlm5、さらにローパスフィルタLPF1の伝送線路Lg1とローパスフィルタLPF2の伝送線路Ld1を構成するコイル状の電極パターンも同一層に設けている。このときパワーアンプの整合回路の伝送線路lm1、lm5とローパスフィルタの伝送線路Lg1、Ld1の間にカップラの副線路Lcg2、Lcd2が配置され、なお且つカプラ1の副線路Lcg2とカプラ2の副線路Lcd2とをそれぞれ異なる領域で、かつシートの水平方向の中心線CLに対しほぼ対象の位置と形状となるコイル状の電極パターンを設けている。
グリーンシート8には前述のようにシールド電極SG5が形成されている。
そして、各グリーンシートに設けたカプラの副線路Lcg2、Lcd2及び主線路Lcg1、Lcd1の全ては上から見たとき前記シールド電極SG1とSG5との間に挟まれた状態に配置されている。
グリーンシート10裏面のほぼ中央部にはグランド電極GNDが形成され、その外周部に、ANT端子、受信端GRx、DRx、PRx端子、パワーアンプ入力端子Gin、Din、アンテナスイッチ制御端子VC1、VC2、VC3、カップラ出力端子CP1、CP2、バンドセレクト端子BS、APC制御端子、パワーアンプ電源端子VCC1、VCC2、VCC3、VCC4およびGND端子が配置されている。
よって、携帯電話やPDA等の小型情報端末などの通信機に搭載することで小型軽量化のニーズに答えることが出来る。
HPA:ハイパワーアンプ
Dip:ダイプレクサ(分波器、分波回路)
SW:スイッチ回路
LPF:ローパスフィルタ回路
Coupler:カプラ回路
SAW:弾性表面波フィルタ
lf1〜lf3、lg1〜lg3、ld1〜ld3、lp1〜lp3、lm1〜lm8、Lf、Ld:インダクタ、伝送線路
cf1〜cf4、cg1〜cg4、cd1〜cd4、cp1〜cp4、ca1〜ca18、Cd、Cp:コンデンサ
GQ1〜GQ3、DQ1〜DQ3:トランジスタ
Dg1、Dg2、Dd1、Dd2、Dp1、Dp2:PINダイオード
SG、SG1〜SG7:グランド電極
HG、HG1〜HG4:スルーホールによるグランド電極
Claims (5)
- 複数の誘電体層を積層してなる積層基板に、複数の回路機能ブロックを構成した高周波モジュールにおいて、
前記積層基板の裏面に形成されたグランド電極及びその外周部に形成される端子と
前記裏面に形成されたグランド電極に通じるスルーホール電極を縦列して設けられたシールド電極とを備え、
前記シールド電極は隣接する回路機能ブロック間に配置され、
積層方向から見て、前記隣接する回路機能ブロックに渡って重なるように、互いに異なる誘電体層に形成されたグランド電極が前記積層基板内に複数設けられ、
前記シールド電極は、前記積層基板内に設けられた前記複数のグランド電極に接続されており、
前記複数のグランド電極が形成された誘電体層以外の誘電体層において、前記シールド電極に接続された帯状のシールド電極が形成され、積層方向から見て前記帯状のシールド電極は少なくともどちらか一端が前記裏面に形成されたグランド電極よりも前記誘電体層の外周側に配置されており、
かつ、前記帯状のシールド電極が形成された層と、前記帯状のシールド電極が形成されない層が隣接して積層されていることを特徴とする高周波モジュール。 - 前記帯状のシールド電極は、長手方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の高周波モジュール。
- 前記高周波モジュールは、積層基板内に電極パターンにより構成した回路素子と前記積層基板に搭載した回路素子とを用いて、アンテナスイッチ回路、ローパスフィルタ回路、カプラ回路及び高周波増幅器回路を一体化しており、
前記カプラ回路は、前記高周波増幅器回路の出力をモニタする機能を有し、前記スイッチ回路と前記高周波増幅器回路との間に配置されており、前記カプラ回路は主線路と副線路を有し、前記主線路と副線路は前記積層基板内に電極パターンにより構成され、前記主線路用の電極パターンと前記副線路用の電極パターンとは前記積層体内の異なる誘電体層に設けられ、且つ前記主線路用の電極パターンと前記副線路用の電極パターンとは積層方向の上下方向に分かれて配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の高周波モジュール。 - 前記ローパスフィルタ回路の伝送線路を構成する電極パターンと前記副線路を構成する電極パターンは、前記主線路を構成する電極パターンを設けた誘電体層に対して、積層方向の同じ一方側に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の高周波モジュール。
- 請求項1〜4の何れかに記載の高周波モジュールを搭載したことを特徴とする通信機。
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