JP6020780B1 - 高周波モジュール - Google Patents

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Abstract

高周波モジュールを大型化することなく、送信端子に入力される送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上し、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性の向上を図ることができる技術を提供する。簡素な構成で送信フィルタ14の通過帯域外の減衰特性を劣化させることなくフィルタ特性をさらに改善するための伝搬経路WPを形成することができるので、高周波モジュール1を大型化することなく、送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上することができる。また、送信信号の周波数帯域外のRF信号であって受信信号とほぼ同一の周波数帯域のRF信号が、送信フィルタ14の出力端子14b側の信号経路から受信フィルタ15側に回り込んで受信端子Rxaから出力されることが抑制されるので、送信フィルタ14と受信フィルタ15との間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。

Description

本発明は、送信信号と受信信号とを分波する機能を備える高周波モジュールに関する。
従来、フィルタ回路を備える高周波モジュールが提供され、例えば、図12に示すフィルタ回路500が高周波モジュールに搭載されている(例えば特許文献1参照)。フィルタ回路500は、入力端子501と出力端子502との間に接続されたフィルタ部503と、フィルタ部503に並列に接続された経路504とを備えている。そのため、入力端子501に入力されたRF(Radio Frequency、高周波)信号が通過する信号経路がフィルタ部503の経路と経路504とに分岐しているので、入力端子501にRF信号が入力されると、第1信号505がフィルタ部503を通過し、第2信号506が経路504を通過する。そして、フィルタ部503を通過した第1信号505と経路504を通過した第2信号506とが合成されたRF信号が出力端子502から出力される。
フィルタ部503は、所定の通過帯域が設定されたバンドパスフィルタにより構成され、通過帯域のRF信号を通過させ、通過帯域外のRF信号を減衰させる。しかし、フィルタ部503だけでは通過帯域外のRF信号が所望の値まで減衰できないことがある。そのため、経路504には、インダクタやキャパシタにより構成された補正回路が設けられている。そして、経路504を通過する第2信号506の位相と、フィルタ部503を通過し、さらに減衰させたい第1信号505の位相とが、フィルタ部503の通過帯域外の周波数帯域において逆位相となり、かつ、この周波数帯域において、第1信号505の振幅と第2信号506の信号の振幅とが同一となるように、経路504のインピーダンスが設定されている。
そのため、フィルタ部503の出力側の信号経路と経路504の出力側の信号経路との接続点において、フィルタ部503を通過した第1信号505と経路504を通過した第2信号506とが、フィルタ部503の通過帯域外の周波数帯域において相殺するので、出力端子502から出力される当該周波数帯域のRF信号が減衰される。したがって、フィルタ回路500における通過帯域外のRF信号の減衰特性が向上する。また、フィルタ回路500の通過帯域と異なる通過帯域が設定されたバンドパスフィルタにより構成された他のフィルタ回路がフィルタ回路500に隣接配置されている場合に、フィルタ回路500の通過帯域外のRF信号が出力端子502から出力されることによる他のフィルタ回路への回り込みが抑制される。したがって、隣接配置されたフィルタ回路500と他のフィルタ回路との間のアイソレーション特性を向上させることができる。
特開2012−109818号公報(段落0019〜0023、図1、要約書など)
上記した従来のフィルタ回路500では、所定の通過帯域外のRF信号の減衰特性を改善するために、フィルタ部503を通過する通過帯域外のRF信号と逆位相のRF信号を生成するための補正回路が設けられた経路504をフィルタ部503とは別に設けなければならない。したがって、フィルタ回路500が大型化し、フィルタ回路500を備える高周波モジュールが大型化するという問題があった。
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、高周波モジュールを大型化することなく、送信端子に入力される送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上し、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明の高周波モジュールは、送信信号が入力される送信端子と、前記送信端子に接続され、前記送信信号が通過するグランド端子を備えた送信フィルタと、前記送信フィルタを通過した前記送信信号を出力し、受信信号が入力される共通端子と、前記共通端子に接続され、受信信号が通過する受信フィルタと、前記受信フィルタを通過した前記受信信号を出力する受信端子と、前記共通端子、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタが接続される分岐部と、前記送信端子と前記分岐部とを接続する送信経路と、前記受信端子と前記分岐部とを接続する受信経路と、前記共通端子と前記分岐部とを接続する共通経路と、前記共通経路に接続された整合回路と、一端が前記グランド端子に接続され他端がグランドに接続された、前記送信フィルタの特性調整用のインダクタ回路とを備え、前記インダクタ回路は、前記送信経路、前記共通経路、前記整合回路、および前記受信経路のうちの少なくとも1つと電磁界結合して伝搬経路を形成するよう配置された第1のインダクタと、前記送信経路、前記共通経路、前記整合回路、および前記受信経路と電磁界結合しないように配置された第2のインダクタとを有することを特徴としている。
このように構成された発明では、送信フィルタの特性調整用のインダクタ回路の第1のインダクタと、送信経路、共通経路、整合回路、および受信経路のうちの少なくとも1つとが、電磁界結合(以下、電磁界結合することを「電磁界的に結合する」や「高周波的に接続する」と称する場合もある)することにより伝搬経路が形成される。そして、伝搬経路を通過する送信信号の周波数帯域外における位相特性が、送信端子に入力された送信信号の周波数帯域外における位相特性と異なるので、送信経路を通過する送信信号の周波数帯域外のRF信号と、伝搬経路を通過する信号の周波数帯域外のRF信号とは、高周波モジュール内において合成される際に互いに打ち消し合って減衰する。
したがって、インダクタやキャパシタなどの回路素子を追加して補正回路が構成された従来の構成と比較すると、簡素な構成でフィルタ特性を改善するための伝搬経路を形成することができるので、高周波モジュールを大型化することなく、送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上することができる。また、送信信号の周波数帯域外のRF信号であり受信信号と周波数帯域がほぼ同一のRF信号が、送信フィルタの出力端子側の信号経路から受信フィルタ側に回り込んで受信端子から出力されるのが抑制されるので、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。
ところで、送信経路、共通経路、整合回路、および受信経路のうちの少なくとも1つとインダクタ回路とが電磁界結合するため、送信フィルタの減衰特性を調整するための第1のインダクタのインダクタンスが変動するおそれがある。しかしながら、本願発明のインダクタ回路においては送信経路、共通経路、整合回路、および受信経路と電磁界結合しないように配置された第2のインダクタを備えており、この第2のインダクタを第1のインダクタとは別に独立して設計することにより送信フィルタの減衰特性を改善することができる。したがって、送信フィルタの減衰特性を劣化させることなく、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。
また、前記送信端子、前記受信端子、前記共通端子および前記グランド端子が接続される実装用電極と、前記整合回路と、前記インダクタ回路と、グランドに電気的に接続されるグランド電極とが設けられ、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタが実装されたモジュール基板を備え、前記グランド電極は前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に配置されているとよい。
また、前記モジュール基板が絶縁体層を複数積層して形成した多層基板を備え、前記多層基板内において前記第1のインダクタと前記第2のインダクタが前記グランド電極を挟み込むように配置されていてもよい。
このようにすると、第1、第2のインダクタで発生する磁界による結合をグランド電極で防ぐことができるので、第1、第2のインダクタ間の磁界結合を効果的に抑制することができる。
前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタのいずれか一方がチップ型の表面実装部品により形成されて前記モジュール基板に実装され、他方が前記モジュール基板に設けられた配線電極により形成されていてもよい。
このようにすれば、第1のインダクタと第2のインダクタとの距離を遠くして、第1、第2のインダクタが互いに磁界結合するのを抑制することができるので、送信フィルタの特性をさらに良好に改善することができる。
また、前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとが平面視において重ならないように配置されていてもよい。
このようにすれば、第1、第2のインダクタが互いに磁界結合するのを抑制することができるので、送信フィルタの特性をさらに良好に改善することができる。
また、前記送信フィルタと前記受信フィルタとが一体に形成されて分波器を構成し、前記第2のインダクタが前記分波器内に配置されていてもよい。
このようにすると、第1、第2のインダクタを互いに離して配置することができるので、第1、第2のインダクタが磁界結合するのを効果的に抑制することができる。
本発明によれば、簡素な構成で送信フィルタの通過帯域外の減衰特性を劣化させることなくフィルタ特性をさらに改善するための伝搬経路を形成することができるので、高周波モジュールを大型化することなく、送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上することができる。また、送信信号の周波数帯域外のRF信号であり受信信号とほぼ同一の周波数帯域を有するRF信号が、送信フィルタの出力端子側の信号経路から受信フィルタ側に回り込んで受信端子から出力されることが抑制されるので、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。
本発明の第1実施形態にかかる高周波モジュールを示す断面図である。 図1の高周波モジュールの電気的構成を示す回路ブロック図である。 送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性を示す図である。 送信フィルタの通過特性を示す図である。 本発明の第2実施形態にかかる高周波モジュールを示す断面図である。 図5の高周波モジュールの電気的構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第3実施形態にかかる高周波モジュールの分波器の周囲に配置されたインダクタと整合回路との配置関係を示す平面図である。 本発明の第4実施形態にかかる高周波モジュールの電気的構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第5実施形態にかかる高周波モジュールの電気的構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第6実施形態にかかる高周波モジュールの電気的構成を示す回路ブロック図である。 本発明の高周波モジュールの第7実施形態を示す断面図である。 従来の高周波モジュールが備えるフィルタ回路を示す図である。
<第1実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。なお、図1および図2では、本発明にかかる主要な構成のみが図示されており、説明を簡易なものとするために、その他の構成は図示省略されている。また、後の説明で参照する各図面についても、図1および図2と同様に主要な構成のみが図示されているが、以下の説明においてはその説明は省略する。
(高周波モジュール)
図1および図2に示す高周波モジュール1は、携帯電話や携帯情報端末などの通信携帯端末が備えるマザー基板に搭載されるものであり、この実施形態では、送信フィルタ14および受信フィルタ15が設けられた分波器10(デュプレクサ)と、モジュール基板2と、整合回路3と、インダクタ回路20と、スイッチICやフィルタ、抵抗、コンデンサ、コイルなどの各種の電子部品(図示省略)とを備え、高周波アンテナスイッチモジュールとして形成されている。
また、分波器10、整合回路3を形成するためのチップ型の表面実装部品3a、その他の各種の電子部品は、モジュール基板2の表面である実装面2a上に設けられた部品実装用電極2bに実装される。そして、分波器10、整合回路3などの各電子部品はモジュール基板2に設けられた配線電極4を介してモジュール基板2の裏面に形成された複数の実装用電極5や他の電子部品に電気的に接続される。また、高周波モジュール1において、送信信号が入力される送信端子Txaと、その送信信号を出力するとともに、受信信号が入力される共通端子ANTaと、共通端子ANTaに入力された受信信号を出力する受信端子Rxaと、基板側グランド経路6dに接続されるモジュール基板のグランド端子GNDaとが実装用電極5に接続されている。モジュール基板のグランド端子GNDaは、接地されている。
なお、通信携帯端末が備えるマザー基板上に実装用電極5を介して高周波モジュール1が搭載され、マザー基板と高周波モジュール1との間で送受信信号の入出力が行われる。
モジュール基板2は、この実施形態では、セラミックグリーンシートにより形成された複数の絶縁体層が積層されて一体的に焼成されることでセラミック積層体として形成された多層基板により形成されている。すなわち、各絶縁体層を形成するセラミックグリーンシートは、アルミナおよびガラスなどの混合粉末が有機バインダおよび溶剤などと一緒に混合されたスラリーが成型器によりシート化されたものであり、約1000℃前後の低い温度で、所謂、低温焼成できるように形成されている。そして、所定形状に分割されたセラミックグリーンシートに、レーザー加工などによりビアホールが形成され、形成されたビアホールにAgやCuなどを含む導電性ペーストが充填されたり、ビアフィルめっきが施されることにより層間接続用のビア導体が形成される。また、導電性ペーストをセラミックグリーンシートの主面上に印刷することにより種々の面内導体パターンが形成される。
また、各絶縁体層にビア導体および面内導体パターンが適宜形成されることで、モジュール基板2に分波器10や表面実装部品3aなどの各種の電子部品を接続する配線電極4や部品実装用電極2b、実装用電極5などが形成される。これらの面内導体パターンおよびビア導体によりフィルタ回路や整合回路3を構成するキャパシタやインダクタなどの回路素子が形成される。
なお、モジュール基板2は、樹脂やセラミック、ポリマー材料などを用いたプリント基板、アルミナ系基板、ガラス基板、複合材料基板などを用いた単層基板、多層基板で形成することができ、高周波モジュール1の使用目的に応じて、適宜最適な材質を選択してモジュール基板2を形成すればよい。
整合回路3は、この実施形態では、モジュール基板2の実装面2aに実装されたチップ型の表面実装部品3aにより構成されたインダクタである。具体的には、分波器10の分岐部DIVと、モジュール基板2の共通端子ANTaとを接続する基板側共通経路6cに、整合回路3の一端が接続され、整合回路3の他端がモジュール基板2に設けられた基板側グランド経路6dを介してモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されている。
なお、基板側送信経路6a、基板側受信経路6bおよび基板側共通経路6cの一部は、モジュール基板2に設けられた配線電極4により形成される。また、整合回路3は図2に示す構成に限定されるものではなく、インダクタをキャパシタに置き換えてもよいし、基板側共通経路6cに、インダクタやキャパシタが直列接続されていてもよい。また、インダクタおよびキャパシタが組み合わされて整合回路3が形成されていてもよい。すなわち、整合回路3の回路構成は、基板側共通端子ANTaに接続されるアンテナなどの回路素子と、分波器10とのインピーダンスを整合させるために一般的に使用されるどのような回路構成であってもよい。
また、モジュール基板2には、送信フィルタ14の通過帯域外の減衰特性を調整するために、それぞれの一端が送信フィルタ14に接続され、それぞれの他端がモジュール基板のグランド端子GNDaに接続された、インダクタ回路20、インダクタL2,L3が設けられている。なお、インダクタ回路20およびインダクタL2,L3と、送信フィルタ14との接続状態については後で詳細に説明する。
(分波器)
分波器10は、ウェハレベルパッケージ(WLP)構造を有し、平面視矩形状の素子基板11と、支持層12と、カバー層13とを備えている。そして、支持層12とカバー層13で囲まれた領域にRF信号の通過帯域が異なる送信フィルタ14および受信フィルタ15とが配置されることにより、送信フィルタ14と受信フィルタ15とが一体に形成された分波器10が構成されている。
素子基板11は、この実施形態では、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶などの圧電体により形成されている。また、素子基板11の一方の主面11aの所定領域に、AlやCuなどにより形成されたくし歯電極(IDT電極)や反射器が設けられてSAW(表面弾性波)フィルタが構成されており、本実施形態においては送信フィルタ14および受信フィルタ15がともに主面11a上に形成されている。
また、素子基板11の一方の主面11aには、くし歯電極や反射器に接続される端子電極16が設けられている。そして、各端子電極16それぞれに支持層12およびカバー層13を貫通して形成された電極17が接続され、その電極17には分波器10の分波器内送信端子Txb、分波器内受信端子Rxb、分波器内共通端子ANTb、複数の分波器内グランド端子GNDbが接続されている。なお、送信フィルタ14の入力端子14aと分波器内送信端子Txbとが、素子基板11の一方の主面11aに形成した配線電極や支持層12およびカバー層13を貫通する電極などで形成される分波器内送信経路16aにより接続されている。また、受信フィルタ15の出力端子15bと分波器内受信端子Rxbとが、分波器内送信経路16aと同様な構造を備えた分波器内受信経路16bにより接続されている。また、送信フィルタ14の出力端子14bと分岐部DIVとが分波器内送信経路16aにより接続され、受信フィルタ15の入力端子15aと分岐部DIVとが分波器内受信経路16bにより接続されている。また、各送信フィルタ14および受信フィルタ15(SAWフィルタ素子)それぞれを形成するくし歯電極(IDT電極)や反射器により構成される共振子と、分波器内グランド端子GNDbとが分波器内グランド経路16dにより接続されている。
なお、分波器内送信経路16a、分波器内受信経路16b、分波器内共通経路16c、分波器内グランド経路16dは、素子基板11の一方の主面11aに形成された配線電極(図示省略)、端子電極16により形成されている。
支持層12は、素子基板11の一方の主面11aのくし歯電極および反射器が設けられた所定領域を囲繞して配置される。具体的には、支持層12は、くし歯電極、反射器および端子電極16が設けられた素子基板11の一方の主面11aに、感光性のエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂により樹脂層を形成した後に、フォトリソグラフィの工程を経て、くし歯電極および反射器が設けられた所定領域および端子電極16の領域の樹脂層を取り除くことにより形成される。
カバー層13は、支持層12上に配置されて素子基板11との間に支持層12とともに囲繞された空間を形成し、当該形成された空間内に、送信フィルタ14および受信フィルタ15が配置される。具体的には、カバー層13は、例えば、支持層12に感光性のエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂によりフォトリソグラフィの工程を経て積層された樹脂層の接続孔に、CuやAlのペーストを充填したりビアフィルめっきを施したりして端子電極16に接続される電極17を形成することで形成される。そして、端子電極16に接続されて、各送信フィルタ14および受信フィルタ15(SAWフィルタ素子)それぞれが配置される空間と反対側のカバー層13の主面から露出する電極17に実装用のはんだボール18が形成されて分波器10が形成される。
また、カバー層13がモジュール基板2の実装面2aに対向するように分波器10が実装面2aに実装されることにより、基板側の送信端子Txaと送信フィルタ14の入力端子14aとが分波器内送信端子Txbを介して接続される。また、基板側の受信端子Rxaと受信フィルタ15の出力端子15bとが分波器内受信端子Rxbを介して接続される。また、モジュール基板2の基板側の共通端子ANTaと分波器10の分波器内共通端子ANTbとが基板側共通経路6cにより接続されて、分波器内共通端子ANTbと分岐部DIVとが分波器内共通経路16cを介して接続される。また、モジュール基板2の基板側のグランド端子GNDaと分波器10の各分波器内グランド端子GNDbとが基板側グランド経路6dにより接続されて、各フィルタ14,15のグランド端子GNDbはモジュール基板のグランド端子GNDaを介して接地される。
なお、基板側送信経路6a、基板側受信経路6b、基板側共通経路6c、基板側グランド経路6dそれぞれは、モジュール基板2に設けられた配線電極4により形成されている。また、基板側送信経路6aおよび分波器内送信経路16aにより、送信端子Txaと送信フィルタ14の入力端子14aとを接続する経路と、分岐部DIVと送信フィルタ14の出力端子14bとを接続する経路とが形成され、本発明の「送信経路」が構成されている。また、基板側受信経路6bおよび分波器内受信経路16bにより、受信端子Rxaと受信フィルタ15の出力端子15bとを接続する経路と、分岐部DIVと受信フィルタ15の入力端子15aとを接続する経路とが形成され、本発明の「受信経路」が構成されている。また、基板側共通経路6cおよび分波器内共通経路16cにより、共通端子ANTaと、分岐部DIVとを接続する本発明の「共通経路」が構成されている。
次に、送信フィルタ14および受信フィルタ15の構成について説明する。なお、送信フィルタ14には、送信信号の周波数帯域が通過帯域として設定され、受信フィルタ15には、送信信号の周波数帯域と異なる受信信号の周波数帯域が通過帯域として設定されている。
送信フィルタ14は、分波器内送信端子Txbから入力された第1の周波数帯域の送信信号を分波器内共通端子ANTbに出力するものである。そして、素子基板11の一組の対辺に直交し、分波器内共通端子ANTbを通る仮想線により区分される一方の主面11aの一方領域に、くし歯電極および反射器を有する共振子がラダー型に接続されることにより送信フィルタ14が形成されている。具体的には、送信フィルタ14は、送信フィルタ14の入力端子14aおよび出力端子14bを接続する送信経路(分波器内送信経路)16aに直列に配置される複数(本実施形態では4個)の共振子P1〜P4と、共振子P1〜P4の各接続部と分波器内グランド端子GNDbとの間に接続された複数(本実施形態では3個)の共振子P5〜P7とを備えている。なお、共振子P1〜P4を直列腕共振子、共振子P5〜P7を並列腕共振子とする。
また、並列腕共振子P5は、一端が直列腕共振子P1と入力端子14aとの間の送信経路に接続され、他端が分波器内グランド経路16dを介して分波器内グランド端子GNDbに接続されている。そして、並列腕共振子P5の他端が接続されている分波器内グランド端子GNDbは、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとの直列回路で構成されたインダクタ回路20、基板側グランド経路6dを介してモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されている。
また、並列腕共振子P6は、一端が直列腕共振子P1,P2間の送信経路に接続され、他端が分波器内グランド経路16dを介して分波器内グランド端子GNDbに接続されている。並列腕共振子P6の他端が接続されている分波器内グランド端子GNDbは、インダクタL2及びモジュール基板のグランド端子GNDaを介してグランドに接続されている。また、並列腕共振子P7は、一端が直列腕共振子P3,P4間の送信経路に接続され、他端が分波器内グランド経路16dを介して分波器内グランド端子GNDbに接続されている。並列腕共振子P7が接続されている分波器内グランド端子GNDbは、インダクタL3及びモジュール基板のグランド端子GNDaを介してグランドに接続されている。
また、各インダクタL1a,L1b,L2,L3のインダクタンスが適宜調整されることにより、送信フィルタ14の減衰特性を調整することができる。具体的には、各インダクタL1a,L1b,L2,L3のインダクタンスを調整することにより、送信フィルタ14の通過帯域の低域側もしくは高域側の任意の周波数の位置に減衰極を形成することができる。また、各共振子P1〜P7は、くし歯電極の表面弾性波の進行方向における両側に反射器が配置されて形成されている。また、図示省略されているが、各共振子P1〜P7は、分波器内グランド経路16dを介して分波器内グランド端子GNDbに接続され、基板側グランド経路6dを介してモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されている。
受信フィルタ15は、分波器内共通端子ANTbに入力された第2の周波数帯域の受信信号を分波器内受信端子Rxbに出力するものである。また、受信フィルタ15は、素子基板11の一組の対辺に直交し分波器内共通端子ANTbを通る仮想線により区分される一方の主面11aの他方領域にくし歯電極および反射器を有する複数の共振子が接続されることにより形成されている。また、受信フィルタ15は、例えば、移相器を形成する共振子とバンドパスフィルタを形成する縦結合型の共振子が直列接続されることにより形成されるが、その詳細な説明は省略する。また、上記した送信フィルタ14と同様に図示省略されているが、受信フィルタ15を形成する各共振子は、分波器内グランド経路16dを介して分波器内グランド端子GNDbに接続され、さらに基板側グランド経路6dを介してモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されている。
なお、受信フィルタ15は、2個の分波器内受信端子Rxbが設けられて受信信号を平衡な状態で出力するバランス型に形成されていてもよい。
(分波器10、インダクタ回路20の配置関係について)
この実施形態では、分波器10の送信フィルタ14の特性調整用の各インダクタL1a,L1b,L2,L3は、それぞれ、モジュール基板2に形成された配線電極4により形成されている。そして、インダクタ回路20は、直列接続された第1、第2のインダクタL1a,L1bにより形成されている。また、図1に示すように、第1のインダクタL1aを形成する配線電極4が表面実装部品(インダクタ3b)の直下に配置されて、インダクタL1aを形成する配線電極4と分波器10との間には、例えばモジュール基板のグランド端子GNDaに接続された配線電極4により形成されたシールド用のグランド電極が配置されていない。また、第2のインダクタL1bを形成する配線電極4は、第1のインダクタL1aと平面視において重ならないように配置されている。
したがって、この実施形態では、高周波モジュール1の信号経路をRF信号が流れると、図2および図2中の一点鎖線で囲まれた領域に示すように、第1のインダクタL1aと、整合回路3であるインダクタとが、電磁界結合により高周波的に接続されて、分波器内共通端子ANTbと送信フィルタ14の出力端側の信号経路とを接続される伝搬経路WPが形成される。なお、伝搬経路WPを通過する送信信号の周波数帯域外のRF信号の位相が、送信フィルタ14を通過する送信信号の周波数帯域外のRF信号と逆位相になり、かつ、当該RF信号の振幅がほぼ同一となるように、伝搬経路WPを形成する電磁界的な結合の度合いが調整されている。また、第2のインダクタL1bは、基板側送信経路6a,分波器内送信経路16a、基板側受信経路6b,分波器内受信経路16b、基板側共通経路6c,分波器内共通経路16c、整合回路3、受信フィルタ15と電磁界結合しないように配置されている。
このように形成された高周波モジュール1では、携帯電話などのマザー基板から、実装用電極5および配線電極4を介して分波器10の分波器内送信端子Txbに出力された送信信号は、送信フィルタ14に入力されて所定のフィルタ処理が施されて、分波器内共通端子ANTbからモジュール基板2側に出力され、配線電極4(整合回路3)および実装用電極5を介して携帯電話のマザー基板に出力される。また、携帯電話のアンテナ等から、実装用電極5および配線電極4(整合回路3)を介して分波器10の分波器内共通端子ANTbに入力された受信信号は、受信フィルタ15に入力されて所定のフィルタ処理が施されて、分波器内受信端子Rxbからモジュール基板2側に出力され、配線電極4および実装用電極5を介してマザー基板側に出力される。
(アイソレーション特性、通過特性)
次に、図3を参照して高周波モジュール1のアイソレーション特性について説明し、図4を参照して高周波モジュール1の通過特性について説明する。
図3に示すアイソレーション特性は、受信信号の周波数帯域を含む任意の周波数のRF信号が送信端子Txaに入力されたときに受信端子Rxaにおいて観測されるRF信号の大きさを示したものである。なお、図3の横軸は、送信端子Txaに入力されたRF信号の周波数(GHz)を示し、縦軸は、受信端子Rxbで観測されたRF信号の信号レベル(dB)を示す。
また、図3中の実線Aは、上記したように電磁界的な結合により形成される伝搬経路WPを備え、かつ他の素子と電磁界結合しないように配置したインダクタL1bを備える高周波モジュール1に所定のRF信号が入力されたときのアイソレーション特性を示している。また、同図中の破線Bは、比較例として伝搬経路WPは形成されているが第2のインダクタL1bが設けられていないときのアイソレーション特性を示している。また、同図中の点線Cは、比較例として伝搬経路WPを備えていない高周波モジュールに所定のRF信号が入力されたときのアイソレーション特性を示す。
図3の点線で囲まれた領域に示すように、伝搬経路WPが形成されている場合(実線A、破線B)は、伝搬経路WPが形成されていない場合(点線C)と比較すると、受信信号の周波数帯域(本実施例においては1.8GHz〜1.9GHz)におけるアイソレーション特性が約10dB程度改善されている。
図4に示す通過特性は、送信信号の高調波成分を含む任意の周波数のRF信号が送信端子Txaに入力されたときに共通端子ANTaにおいて観測されるRF信号の大きさを示したものである。なお、図4の横軸は、送信端子Txaに入力されたRF信号の周波数(GHz)を示し、縦軸は、共通端子ANTbで観測されたRF信号の信号レベル(dB)を示す。
また、図4中の実線Aは、上記したように電磁界的な結合により形成される伝搬経路WPを備え、かつ他の素子と電磁界結合しないように配置したインダクタL1bを備える高周波モジュール1に所定のRF信号が入力されたときの通過特性を示している。また、同図中の破線Bは、比較例として伝搬経路WPは形成されているが第2のインダクタL1bが設けられていないときの通過特性を示している。また、同図中の点線Cは、比較例として伝搬経路WPを備えていない高周波モジュールに所定のRF信号が入力されたときの通過特性を示す。
図4の点線で囲まれた領域に示すように、伝搬経路WPが形成されているが形成されているが第2のインダクタL1bが設けられていない場合(破線B)は、第2高調波の周波数帯域において減衰特性が劣化している。一方、第2のインダクタL1bが設けられている場合(実線A)は、第2高調波の周波数帯域において、伝搬経路WPが設けられていない場合(点線C)とほぼ同様の減衰特性である。
以上のように、この実施形態では、共通端子ANTaと分波器10の分波器内共通端子ANTbとを接続する基板側共通経路6cに整合回路3が接続され、送信フィルタ14の特性調整用のインダクタ回路20およびインダクタL2,L3それぞれの一端が送信フィルタ14に接続され他端がモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されている。また、送信フィルタ14に接続されたインダクタ回路20の第1のインダクタL1aと、整合回路3とが電磁界結合により接続されることで、送信フィルタ14の出力端子側の信号経路に接続される伝搬経路WPを形成するように第1のインダクタL1aが配置されている。そのため、送信端子Txaに入力された送信信号を含むRF信号は、送信フィルタ14および伝搬経路WPのそれぞれを通過した後、伝搬経路WPが接続される送信フィルタ14の出力端子側の信号経路において合成される。
ところで、送信フィルタ14から分岐する伝搬経路WPを形成する電磁界結合の度合いは、伝搬経路WPを通過する信号の周波数帯域外のRF信号である2次高調波や3次高調波などの位相特性が、送信フィルタ14を通過する送信信号の2次高調波や3次高調波などと異なるように調整されている。そのため、送信フィルタ14を通過する送信信号の高調波を含むRF信号と、伝搬経路WPを通過する信号の高調波を含むRF信号との位相差が180°になるように整合回路3とインダクタL1aとの電磁界結合が調整されていると、2つのRF信号が合成される際に互いに打ち消し合って減衰する。
したがって、インダクタやキャパシタなどの回路素子を追加して補正回路が構成された従来の構成と比較すると、フィルタ回路が備える既存の構成要素を用いた簡素な構成でフィルタ特性を改善するための伝搬経路WPを形成することができるので、高周波モジュール1を大型化することなく、送信信号の周波数帯域外のRF信号の減衰特性を向上することができる。また、送信信号の周波数帯域外のRF信号であって受信信号とほぼ同一の周波数帯域のRF信号が、送信フィルタ14の出力端子側の信号経路から受信フィルタ15側に回り込んで受信端子Rxaから出力されることが抑制されるため、送信フィルタ14と受信フィルタ15との間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。
また、送信フィルタ14を受信信号の周波数帯域のRF信号が流れると、上記したように、送信信号の周波数帯域外の信号である当該受信信号の周波数帯域のRF信号が打ち消されるので、送信フィルタ14における受信信号の周波数帯域のRF信号の減衰特性が向上する。したがって、受信信号の周波数帯域のRF信号が送信フィルタ14を通過して受信フィルタ15側の信号経路に回り込むのを抑制することができ、送信フィルタ14と受信フィルタ15との間のアイソレーション特性が向上する。
なお、伝搬経路WPを形成する電磁界結合の度合いは、第1のインダクタL1aと電磁界的に結合させたい信号経路と、第1のインダクタL1aとの距離を変化させるように第1のインダクタL1aの配置位置を移動させることにより調整することができる。また、送信端子Txaに入力されるRF信号に含まれる高調波成分や受信信号と同一の周波数帯域のRF信号など、主として減衰させたい周波数帯域に応じて、伝搬経路WPを形成する電界結合(容量性結合)および磁界結合(誘導性結合)それぞれの度合いを設定するとよい。
また、整合回路3と電磁界的に結合することにより、第1のインダクタL1aのインダクタ特性が変動するおそれがある。しかしながら、高周波モジュール1内の他の素子や信号経路と電磁界結合しないように配置された第2のインダクタL1bを所望の減衰特性が得られるように設計することにより送信フィルタ14の減衰特性を改善することができため、送信フィルタ14の特に通過帯域外の周波数帯域における減衰特性を劣化させることなく、送信フィルタ14と受信フィルタ15との間のアイソレーション特性の向上を図ることができる。
また、整合回路3を形成する表面実装部品3aの直下に配置された第1のインダクタL1aを形成する配線電極4と分波器10との間にはモジュール基板のグランド端子GNDaに接続されたシールド用の電極が配置されていないので、整合回路3であるインダクタと、モジュール基板2に設けられた第1のインダクタL1aとをより確実に電磁界的に結合させることができる。
また、弾性波を利用したラダー型の送信フィルタ14の減衰特性を、各共振子P1〜P4の接続部とモジュール基板のグランド端子GNDaとの間に接続された各並列腕共振子P5〜P7に接続されたインダクタ回路20およびインダクタL2,L3により効果的に調整することができる。
また、送信フィルタ14を形成する各直列腕共振子P1〜P4および各並列腕共振子P5〜P7と、受信フィルタ15を形成する各共振子とが形成された素子基板11の一方の主面11aの所定領域を囲繞するように支持層12が配置され、素子基板11との間に支持層12により囲繞された空間が形成されるようにカバー層13が支持層12に積層配置されることにより、ウェハレベルパッケージ(WLP)構造に構成された分波器10がモジュール基板2に実装された実用的な構成の高周波モジュール1を提供することができる。
この実施形態では、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとが平面視において重ならないように配置されているため、第1、第2のインダクタL1a,L1bが互いに電磁界的に結合するのを抑制することができ、送信フィルタ14の特性をさらに良好に改善することができる。
<第2実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第1実施形態について図5および図6を参照して説明する。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図5および図6に示すように、第1のインダクタL1aを形成する配線電極4が分波器10の直下に配置され、第1のインダクタL1aと分波器内送信経路16aあるいは分波器内受信経路16bとが、電磁界結合により高周波的に接続されることにより伝搬経路WPが形成されている点である。また、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとの間には、モジュール基板のグランド端子GNDaに接続された配線電極4により形成されたシールド用のグランド電極30が、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとの電磁界結合を抑制するように、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとの間に配置されている。その他の構成は上記した第1実施形態と同様の構成であるため、同一符号を引用することによりその構成の説明は省略する。
この実施形態では、第1、第2のインダクタL1a,L1bが互いに電磁界的に結合するのをシールド用のグランド電極30により抑制することができる。このような構成にすることにより、第1のインダクタL1aで送信信号の一部を通過させる別の伝搬経路WPを形成してアイソレーション特性を向上できる。また、第2のインダクタL1bが別の伝搬経路WPを形成する第1のインダクタL1aと電磁界的に結合することをシールド用のグランド電極30で抑制することができるので、第2のインダクタL1bにより送信フィルタ14の減衰特性を独立して設計することができるので、送信フィルタ14の特性をさらに良好に改善することができる。なお、第1のインダクタL1aと分波器内共通経路16cとが、電磁界結合により高周波的に接続されることにより伝搬経路WPが形成されていても、同様の効果を奏することができる。
<第3実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第3実施形態について図7を参照して説明する。図7は、高周波モジュール1のモジュール基板2の一部(要部)を実装面2a側から平面視したときの図である。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図7に示すように、第1のインダクタL1aを形成するチップ型の表面実装部品7と、整合回路3を形成するチップ型の表面実装部品3a(インダクタと)が、モジュール基板2の実装面2aに実装され、表面実装部品7と表面実装部品3aとが隣接配置されている点である。また、同図中に示すように、表面実装部品7と、第2のインダクタL1bを形成する配線電極4を配置した領域とは、平面視において重ならないように配置されている。その他の構成は上記した第1実施形態と同様の構成であるため、同一符号を引用することによりその構成の説明は省略する。
この実施形態では、第1のインダクタL1aを形成する表面実装部品7と、整合回路3を形成する表面実装部品3aとが隣接配置されているので、整合回路3と第1のインダクタL1aとを電磁界的に結合させることができる。また、第1のインダクタL1aと第2のインダクタL1bとが互いに離れた位置に配置されているので、第1、第2のインダクタL1a,L1bが互いに電磁界的に結合するのを抑制することができる。
また、第1のインダクタL1aがチップ型の表面実装部品7により形成されているので、モジュール基板2に設けられた配線電極4により第1のインダクタL1aが形成された場合と比較すると、所望のインダクタンス値を持つチップ型のインダクタ(表面実装部品7)を選択することで第1のインダクタL1aのインダクタンスを容易に調整することができる。また、整合回路3がチップ型の表面実装部品3aにより形成されているので、モジュール基板2に設けられた配線電極4により整合回路3が形成された場合と比較すると、2つのチップ型インダクタ(表面実装部品3a,7)の間隔や配置位置を選択することにより、2つのインダクタ(表面実装部品3a,7)の電磁界結合量の調整を容易に行うことができる。
なお、第2のインダクタL1bが他の回路を電磁界的に結合しないように表面実装部品により形成されていてもよいし、第1、第2のインダクタL1bの両方が複数の表面実装部品7により形成されていてもよい。
<第4実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第4実施形態について図8を参照して説明する。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図8に示すように、受信フィルタ15に受信フィルタ15の特性を調整するためのインダクタL4,L5がシャント接続されている点およびそのうちのインダクタL5と第1のインダクタL1aとが電磁界結合することにより接続されて、伝搬経路WPが形成されている点である。このようにしても、高周波モジュール1のアイソレーション特性と減衰特性とを効果的に改善することができる。その他の構成は上記した第1実施形態と同様の構成であるため、同一符号を引用することによりその構成の説明は省略する。
<第5実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第5実施形態について図9を参照して説明する。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図9に示すように、基板側送信経路6aに挿入された整合回路31と第1のインダクタL1aとが電磁界結合することにより、基板側送信経路6aと第1のインダクタL1aとの間に伝搬経路WPが形成されている点である。このようにしても、高周波モジュール1のアイソレーション特性と減衰特性とを効果的に改善することができる。その他の構成は上記した第1実施形態と同様の構成であるため、同一符号を引用することによりその構成の説明は省略する。
<第6実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第6実施形態について図10を参照して説明する。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図10に示すように、基板側受信経路6bに挿入された整合回路32と第1のインダクタL1aとが電磁界結合することにより、基板側受信経路6bと第1のインダクタL1aとの間に伝搬経路が形成されている点である。このようにしても、高周波モジュール1のアイソレーション特性と減衰特性とを効果的に改善することができる。その他の構成は上記した第1実施形態と同様の構成であるため、同一符号を引用することによりその構成の説明は省略する。
<第7実施形態>
本発明にかかる高周波モジュールの第1実施形態について図11を参照して説明する。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図11に示すように、第2のインダクタL1bが、分波器10のカバー層13に設けられた配線電極4により形成されている点である。このようにすると、第1、第2のインダクタL1a,L1bを互いに距離を離して配置することができるので、第1、第2のインダクタL1a,L1bが磁界結合するのを効果的に抑制して、高周波モジュール1のアイソレーション特性と減衰特性とを効果的に改善することができる。また、分波器10内に第2のインダクタL1bを配置することにより、モジュール基板2の第2のインダクタL1bを配置するためのスペースを削減することができるので、高周波モジュール1の小型化を図ることができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、上記した実施形態が備える構成をどのように組み合わせてもよい。例えば、伝搬経路WPを通過する送信信号の周波数帯域外のRF信号の少なくとも位相特性が、送信フィルタ14を通過する送信信号の周波数帯域外のRF信号と異なるように、伝搬経路WPを形成する電磁界的な結合の度合いが調整されていればよい。
また、送信フィルタ14が備えるラダー型のフィルタの構成は上記した例に限定されるものではなく、フィルタ特性を調整するためにシャント接続された共振子を備える構成であれば、どのように送信フィルタ14を形成してもよい。また、受信フィルタ15の構成は、弾性波を利用した共振子を備える構成としてもよいし、一般的なLCフィルタにより受信フィルタ15が形成されていてもよい。また、弾性波を利用したフィルタとしては、SAWフィルタに限らず、バルク弾性波を利用したBAWフィルタにより形成されていてもよい。
また、分波器10の構成は上記したWLP構造に限らず、所謂、パッケージ基板を有するCSP構造にしてもよいし、上記したカバー層13を設けずに、ベアチップ構造の分波器10が直接モジュール基板2の実装面2aに実装される構成でもよい。また、パッケージ基板を有するCSP構造に分波器10が形成されている場合には、パッケージ基板の配線電極により第2のインダクタL1bが形成されていてもよい。
また、上記した実施形態では、モジュール基板2に1個の分波器10が搭載された高周波モジュール1を例に挙げて説明したが、モジュール基板2に2個以上の分波器10を搭載して高周波モジュールを形成してもよい。
また、上記した実施形態では、送信フィルタ14および受信フィルタ15は同一の空間に配置されているが、素子基板11とカバー層13との間に支持層12により囲まれる空間を2個形成し、各空間に送信フィルタ14および受信フィルタ15をそれぞれ配置してもよい。このように構成すると、送信フィルタ14および受信フィルタ15が構造上分離して配置されることにより、例えば送信フィルタ14に電力が印加されることにより発生した熱が、受信フィルタ15の特性に影響を与えるのを抑制することができると共に、送信フィルタ14および受信フィルタ15間のアイソレーション特性の向上をさらに図ることができる。
また、インダクタ回路20がさらにインダクタを備えていてもよいし、第1、第2のインダクタL1a,L1bがどのような順序で送信フィルタ14に接続されていてもよい。また、インダクタ回路20の接続先は、並列腕共振子P5〜P7のうちのいずれであってもよく、例えば、並列腕共振子P6にインダクタ回路20を接続する場合には並列腕共振子P5にインダクタL2を接続し、例えば、並列腕共振子P7にインダクタ回路20を接続する場合には並列腕共振子P5にインダクタL3を接続すればよい。また、複数の並列腕共振子にインダクタ回路20が個別に接続されていてもよい。なお、各インダクタL1a,L1b,L2,L3のインダクタンスは、接続先の共振子の共振・***振周波数や容量などの特性に応じて最適な値に設定すればよい。
また、各インダクタL1a,L1b,L2,L3を形成する配線電極4の形状に関しては特に限定されるものではなく、渦巻き型やミアンダ型、モジュール基板2の層方向に螺旋状に形成されたヘリカル型、ライン型など、適宜、最適な形状を配線電極4により形成すればよい。また、上記した各型における磁束の方向を考慮することにより、配線電極4により形成された第1、第2のインダクタL1a,L1bを互いに電磁界的に結合しないようにして近接配置してもよい。また、第1、第2のインダクタL1a,L1bの両方が表面実装部品7で形成されている場合には、互いの磁束の方向を考慮して配置することにより、第1、第2のインダクタL1a,L1bを互いに電磁界的に結合しないように近接配置してもよい。例えば、互いの磁束が直交するように第1、第2のインダクタL1a,L1bが配置されていればよく、例えば、ヘリカル型に形成されたインダクタと、ビア導体によりライン型に形成されたインダクタとを、互いに電磁界的に結合しないようにモジュール基板2内において積層方向に重ねて配置することができる。
本発明は、送信信号と受信信号とを分波する機能を備える高周波モジュールに広く適用することができる。
1 高周波モジュール
2 モジュール基板
3 整合回路
5 実装用電極
6a 基板側送信経路(送信経路)
6b 基板側受信経路(受信経路)
6c 基板側共通経路(共通経路)
7 表面実装部品
10 分波器
14 送信フィルタ
15 受信フィルタ
16a 分波器内送信経路(送信経路)
16b 分波器内受信経路(受信経路)
16c 分波器内共通経路(共通経路)
20 インダクタ回路
30 グランド電極
ANTa 基板側共通端子(共通端子)
DIV 分岐部
GNDa モジュール基板のグランド端子
GNDb グランド端子
L1a 第1のインダクタ
L1b 第2のインダクタ
P1〜P4 直列腕共振子
P5〜P7 並列腕共振子
Rxa 受信端子
Txa 送信端子
WP 伝搬経路

Claims (6)

  1. 送信信号が入力される送信端子と、
    前記送信端子に接続され、前記送信信号が通過するグランド端子を備えた送信フィルタと、
    前記送信フィルタを通過した前記送信信号を出力し、受信信号が入力される共通端子と、
    前記共通端子に接続され、受信信号が通過する受信フィルタと、
    前記受信フィルタを通過した前記受信信号を出力する受信端子と、
    前記共通端子、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタが接続される分岐部と、
    前記送信端子と前記分岐部とを接続する送信経路と、
    前記受信端子と前記分岐部とを接続する受信経路と、
    前記共通端子と前記分岐部とを接続する共通経路と、
    前記共通経路に接続された整合回路と、
    一端が前記グランド端子に接続され他端がグランドに接続された、前記送信フィルタの特性調整用のインダクタ回路とを備え、
    前記インダクタ回路は、
    前記送信経路、前記共通経路、前記整合回路、および前記受信経路のうちの少なくとも1つと電磁界結合して伝搬経路を形成するよう配置された第1のインダクタと、
    前記送信経路、前記共通経路、前記整合回路、および前記受信経路と電磁界結合しないように配置された第2のインダクタとを有する
    ことを特徴とする高周波モジュール。
  2. 前記送信端子、前記受信端子、前記共通端子および前記グランド端子が接続される実装用電極と、前記整合回路と、前記インダクタ回路と、グランドに電気的に接続されるグランド電極とが設けられ、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタが実装されたモジュール基板を備え、
    前記グランド電極は前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に配置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。
  3. 前記モジュール基板が絶縁体層を複数積層して形成した多層基板を備え、前記多層基板内において前記第1のインダクタと前記第2のインダクタが前記グランド電極を挟み込むように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタのいずれか一方がチップ型の表面実装部品により形成されて前記モジュール基板に実装され、他方が前記モジュール基板に設けられた配線電極により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の高周波モジュール。
  5. 前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとが平面視において重ならないように配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の高周波モジュール。
  6. 前記送信フィルタと前記受信フィルタとが一体に形成されて分波器を構成し、前記第2のインダクタが前記分波器内に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の高周波モジュール。
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