WO2005057803A1 - 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 PDF

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WO2005057803A1
WO2005057803A1 PCT/JP2004/018595 JP2004018595W WO2005057803A1 WO 2005057803 A1 WO2005057803 A1 WO 2005057803A1 JP 2004018595 W JP2004018595 W JP 2004018595W WO 2005057803 A1 WO2005057803 A1 WO 2005057803A1
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WO
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circuit
frequency
band
branching
port
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Application number
PCT/JP2004/018595
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shigeru Kemmochi
Keisuke Fukamachi
Kazuhiro Hagiwara
Masayuki Uchida
Original Assignee
Hitachi Metals, Ltd.
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0053Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band
    • H04B1/0057Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band using diplexing or multiplexing filters for selecting the desired band
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40Circuits
    • H04B1/44Transmit/receive switching

Definitions

  • Multi-band high-frequency circuit multi-band high-frequency circuit component, and multi-band communication device using the same
  • the present invention relates to a wireless communication device that performs wireless transmission between electronic and electrical devices, and in particular, a multi-band high-frequency circuit, a multi-band high-frequency circuit component that can be shared by at least two communication systems, and that can receive diversity. And a multi-band communication device using the same.
  • WLAN wireless LAN
  • PC peripherals such as personal computers (PCs), printers, hard disks, and broadband routers, faxes, refrigerators, standard televisions (SDTVs), high-definition televisions (HDTVs), electronic devices such as cameras, videos, mobile phones, and automobiles
  • SDTVs standard televisions
  • HDTVs high-definition televisions
  • electronic devices such as cameras, videos, mobile phones, and automobiles It is adopted as a signal transmission means that replaces a key inside a vehicle or on an airplane, and wireless data transmission is performed between respective electronic appliances.
  • IEEE802.11a has OFDM
  • IEEE802.11h As a standard for making IEEE802.11a usable in Europe.
  • 802.1 lb is a DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) system that supports high-speed communication at 5.5 Mbps and 11 Mbps, and can be used freely without a wireless license.
  • the 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) band is used.
  • ⁇ 802.1 lg supports high-speed data communication at a maximum of 54 Mbps by using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiples) modulation scheme.
  • GHz band is used.
  • IEEE 802.1 la and IEEE 802.1 lh are used as the first communication system,
  • IEEE802.11b and IEEE802.11g may be described as the second communication system.
  • a multi-band communication device using such a WLAN is described in JP-A-2003-169008.
  • This multi-band communication device consists of two dual-band antennas that can transmit and receive in two communication systems (IEEE802. Ha, IEEE802. Ib) with different communication frequency bands, and modulates the transmission data in each communication system and It comprises two transmitting / receiving sections for demodulating data, a plurality of switch means for connecting the antenna to the transmitting / receiving section, respectively, and switch control means for controlling switching of the switch means, and is capable of diversity reception. (See Figure 33).
  • JP-A-2002-033714 describes a multi-band communication device provided with one multi-band antenna.
  • This multi-band communication device includes a 2.4 GHz band front end circuit and a 5 GHz band front end circuit equipped with a switch circuit, an amplifier, a mixer, etc. It has a switch circuit SW1 connected to the band antenna, switch circuits SW2 and SW3 for switching between the transmission and reception circuits, and a switch circuit SW4 connected to the intermediate frequency filter BPF (see FIG. 34).
  • CSMA carrier detection multiple access method
  • Carrier Sense Multiple Access is adopted, and it is standardized to perform frequency scan first and search for receivable frequency channels (carrier sense) before starting communication.
  • the antenna ANT1 is connected to the 802.11a transmission / reception unit by six SPDT (single-pole / double-throw) switch means (SW1-SW6). Connect the antenna ANT2 to the receiving terminal Rx of the 802.11b transceiver at the same time.
  • the 802.11a transmitter / receiver scans in the 5 GHz band, and in parallel, the 802.11b transmitter / receiver scans in the 2.4 GHz band to detect all available receivable channels.
  • the received signal in the 5 GHz band received by the dual-band antenna ANT1 is compared with the received signal in the 2.4 GHz band received by the dual-band antenna ANT2, and the desired signal of the two communication systems is selected. As the active communication system select.
  • the antenna connected to the transmission / reception device of the selected communication system is changed to the other antenna, the reception is performed without changing the reception channel, and the reception signals of the two antennas are compared.
  • the antenna which can perform better reception is selected as the active antenna and diversity reception is performed.
  • one dual-band antenna ANT1 scans the received signals in the 2.4 GHz band and the 5 GHz band, and detects all available receivable channels. Then, when desired for communication, a channel of the communication system is selected.
  • a channel of a communication system is selected based on a result of comparing received signals obtained by connecting to a different antenna for each communication system or connecting to one antenna.
  • the effects of noise from other communication systems and electronic devices and the effects of disturbances such as fading cannot be ignored, and the channel of the communication system to be selected is erroneously recognized as a busy state or the amplitude of the received signal The communication system with the largest is not selected.
  • the TPC function is, for example, when the terminal and the base station are close to each other, when good communication can be performed even when the transmission power is suppressed, the transmission power is suppressed, and the power consumption is suppressed to a necessary minimum level.
  • the TPC function is to be realized by the multi-band communication device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-169008, if the IEEE802.11a transmission / reception unit and the switch circuit SW3, and the IEEE802.11b transmission / reception unit and the switch circuit SW4 A coupling circuit (e.g., a directional coupler) must be connected to each of the components, and a detection signal of the directional coupler force must be input to the detection circuit, and the output signal must be controlled based on the obtained detection voltage.
  • a coupling circuit e.g., a directional coupler
  • this method requires a directional coupler, a detector diode, and a smoothing circuit in both the 2.4 GHz band and the 5 GHz band, and when the control circuit is shared, the 2.4 GHz band and the 5 GHz band are used.
  • An analog switch that selects the detection voltage terminal is also required. For this reason, there are problems such as an increase in the number of parts, making it difficult to reduce the size of the communication device.
  • a filter circuit for removing unnecessary frequency components included in the transmission signal and the reception signal is required in addition to the diversity switch, the transmission circuit, and the switch circuit for switching the reception circuit.
  • a balanced-unbalanced conversion circuit that converts unbalanced signals into balanced signals and an impedance conversion circuit are also required.
  • the first object of the present invention is to provide a multi-purpose communication system that can be shared by at least two communication systems.
  • a multi-band high-frequency circuit capable of selecting the most desirable wireless communication channel substantially without being affected by noise and fading, and a multi-band high-frequency circuit capable of performing diversity reception It is to provide.
  • a second object of the present invention is to switch the connection between the multiband antenna and the transmission side circuit and the reception side circuit with a small number of switch means, and with a small number of parts, a coupling circuit, a filter circuit, and a balanced-unbalanced circuit.
  • An object of the present invention is to provide a multi-band high-frequency circuit including a balance conversion circuit and an impedance conversion circuit.
  • a third object of the present invention is to provide a multi-band high-frequency circuit component in which the multi-band high-frequency circuit has a small three-dimensional laminated structure.
  • a fourth object of the present invention is to provide a multi-band transmission / reception unit that modulates transmission data in each communication system and demodulates received data, and a switch circuit control unit that controls switching of the high-frequency switch. To provide a communication device.
  • a multiband high-frequency circuit for performing wireless communication of a plurality of communication systems having different communication frequencies includes a switching element that switches connection between a plurality of multiband antennas and a transmission side circuit and a reception side circuit.
  • a second branching circuit disposed between the first branching circuit and the receiving side circuit for branching a high-frequency signal according to the frequency band of the communication system.
  • the demultiplexing circuit has a low-frequency side filter circuit and a high-frequency side filter circuit, and uses a band-pass filter circuit as the low-frequency side filter circuit of the second demultiplexing circuit;
  • a band-pass filter circuit is arranged between the low-frequency filter circuit of the second branching circuit and the receiving circuit, and a band is connected between the second branching circuit and the low-frequency receiving circuit.
  • a path filter, the high-frequency switch circuit has first to fourth ports, the first port is connected to the first multi-band antenna via a matching circuit, and the second port is connected to another matching band. Connected to the second multi-band antenna via a circuit, and the third port is connected to the first branching circuit.
  • the fourth port is connected to a second demultiplexer circuit, and controls the switching element to an ON state or an OFF state to select a multi-band antenna for performing wireless communication, and to select the multi-band antenna.
  • the connection between the multi-band antenna and the transmission-side circuit or the connection with the reception-side circuit is switched.
  • a multi-band high-frequency circuit for performing wireless communication of a plurality of communication systems having different communication frequencies switches a connection between one multi-band antenna and a transmission side circuit and a reception side circuit.
  • a high-frequency switch circuit provided with a switching element; a first branching circuit disposed between the high-frequency switch circuit and a transmission side circuit, for branching a high-frequency signal according to a frequency band of the communication system;
  • a second branching circuit disposed between the high-frequency switch circuit and the receiving side circuit for branching a high-frequency signal according to a frequency band of the communication system; the first branching circuit and the second branching circuit;
  • the second branching circuit has a low-frequency side filter circuit and a high-frequency side filter circuit, respectively, and uses a band-pass filter circuit as a low-frequency side filter circuit of the second branching circuit.
  • a band-pass filter circuit is arranged between the low-frequency filter circuit of the second branching circuit and the receiving circuit, and a band is connected between the second branching circuit and the low-frequency receiving circuit.
  • a path filter, the high-frequency switch circuit has first to third ports, the first port is connected to the first multi-band antenna via a matching circuit, and the second port is connected to the first multi-band antenna.
  • the third port is connected to a second branching circuit, and the third port is connected to a second branching circuit, and the switching element is controlled to an ON state or an OFF state to connect a multiband antenna to a transmitting side circuit, or Switch the connection with the receiving circuit.
  • the band-pass filter circuit has a pass band of, for example, 2.4 GHz to 2.5 GHz, and is a high-frequency circuit that is hardly affected by removing noise by attenuating a high-frequency signal outside the band.
  • a coupling circuit for extracting a part of transmission power for a plurality of communication systems can be arranged between the high-frequency switch circuit and the first branching circuit.
  • Either a matching circuit is provided between the coupling circuit and the detection circuit using the coupling circuit as a coupling capacitor, or the coupling circuit is used as a directional coupler having a main line and a sub line, and one end of the sub line is connected to a detection circuit. It is preferable to provide a matching circuit between the two.
  • Each of the first and second demultiplexing circuits is configured by connecting a low-frequency filter circuit and a high-frequency filter circuit in parallel using one end as a common port, and the low-frequency filter circuit is connected to a 2.4 GHz A high-frequency signal in the 5 GHz band, but a filter circuit that passes the high-frequency signal in the 5 GHz band but attenuates the transmission signal in the 2.4 GHz band. is there.
  • the low frequency side filter circuit of the second branching circuit is composed of a phase circuit and a band pass filter circuit having a pass band of 2.4 GHz band, and the high frequency of the band pass filter circuit is formed by the phase circuit. It is preferable to adjust the impedance in the 5 GHz band as viewed from the switch circuit side to a high impedance. With this configuration, it is possible to reduce the number of circuit elements in the low-frequency side filter circuit and to obtain excellent pass band characteristics and out-of-band attenuation.
  • the low-frequency filter circuit is preferably a low-pass filter circuit, a high-pass filter circuit and a low-pass filter circuit, or a high-frequency filter circuit is preferably a bypass filter circuit or a band-pass filter circuit. It is preferred that
  • the multi-band high-frequency circuit includes a first balanced-unbalanced conversion circuit disposed between a low-frequency filter circuit and a reception circuit of the second branching circuit; A second balanced-unbalanced conversion circuit disposed between the high-frequency filter circuit of the second branching circuit and the reception-side circuit.
  • the multiband high-frequency circuit modulates transmission data in each communication system and demodulates received data, and a switch circuit control unit that controls switching of the high-frequency switch. Is provided.
  • the multiband high-frequency circuit component of the present invention includes the multiband high-frequency circuit, includes a laminate of a substrate having an electrode pattern, and an element mounted on a surface of the laminate, and constitutes the high-frequency circuit. At least a part of the inductance element and the capacitance element among the circuit elements to be formed is constituted by the electrode pattern, and at least the switching element is mounted on the surface of the laminated substrate.
  • a multi-band communication device includes the multi-band high-frequency circuit. The invention's effect
  • the multiband high-frequency circuit of the present invention can select the most desirable wireless communication channel substantially without being affected by noise, fading, and the like, and perform diversity reception in data communication by WLAN. It is. In addition, it is possible to switch the connection between the multi-band antenna and the circuits on the transmitting and receiving sides while suppressing power consumption with a small number of switches.
  • the high-frequency circuit of the present invention can be formed into a high-frequency circuit component having a small three-dimensional laminated structure. Further, it is possible to provide a multi-band communication apparatus including a transmission / reception unit that modulates transmission data in each communication system and demodulates reception data, and a switch circuit control unit that controls switching of the high-frequency switch.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a circuit of a multi-band communication device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a multi-band high-frequency circuit according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a multi-band high-frequency circuit according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of a DPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of another example of the DPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the DPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the DPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of a branching circuit used in the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of another example of the branching circuit used in the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of a filter circuit used in the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of another example of the filter circuit used in the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the filter circuit used in the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the filter circuit used in the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of a balanced-unbalanced circuit used in the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing an equivalent circuit of another example of the balanced-unbalanced circuit used in the present invention.
  • Garden 16] is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the balanced-unbalanced circuit used in the present invention.
  • Garden 17] is a block diagram showing a multi-band high-frequency circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit of an example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing an equivalent circuit of another example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a multi-band high-frequency circuit according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the SPST switch used in the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram showing an equivalent circuit of still another example of the SPDT switch used in the present invention.
  • FIG. 26 is a perspective view showing a multi-band high-frequency circuit component according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is an exploded perspective view showing a part of a laminated substrate constituting the multiband high-frequency circuit component of the present invention.
  • FIG. 28 is an exploded perspective view showing the remaining part of the multilayer substrate constituting the multiband high-frequency circuit component of the present invention.
  • FIG. 29 is a diagram showing an equivalent circuit of a multi-band high-frequency circuit according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a block diagram showing a multi-band high-frequency circuit according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a diagram showing an equivalent circuit of a multiband high-frequency circuit according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram showing an equivalent circuit of a multi-band high-frequency circuit according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 33 is a block diagram showing a conventional multi-band communication device.
  • FIG. 34 is a block diagram showing another conventional multi-band communication device.
  • FIG. 1 shows a circuit of a multi-band communication device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • This multi-band communication device includes two multi-band antennas ANTl and ANT2 capable of transmitting and receiving in the 2.4 GHz band and the 5 GHz band, a high-frequency switch for switching the connection between the multi-band antenna and a transmitting circuit and a receiving circuit, and a plurality of multi-band antennas.
  • RF-IC which includes a switch circuit control unit for controlling and a received signal amplifier, balanced-unbalanced conversion circuits 53 and 54 that convert balanced signals to unbalanced signals, and this balanced-unbalanced conversion It comprises amplifiers PA1 and PA2 for transmission signals connected to the circuit.
  • the balance-unbalance conversion circuits 53 and 54, the amplifiers PA1 and PA2 for transmission signals, and the coupling circuit are provided in the transmission / reception circuit unit RF-IC.
  • the first communication system is IEEE802.11a
  • the second communication system is IEEE802.11a
  • IEEE802.11b The power of IEEE802.11b
  • each circuit unit may be used for each communication system.
  • FIG. 2 shows an example of the high-frequency circuit section 1
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit of the high-frequency circuit section 1.
  • the multi-band high-frequency circuit (high-frequency circuit section 1) of the present invention has a basic configuration including a high-frequency switch circuit 10 and first and second demultiplexers 20 and 25 connected thereto.
  • the multi-band high-frequency circuit according to the present embodiment has a structure in which a plurality of multi-band antennas and a plurality of demultiplexing circuits are connected to a high-frequency DPDT (double-pole double-throw) switch circuit 10 having four ports.
  • the first multi-band antenna ANT1 is connected to the first port 10a of the switch circuit 10 via a matching circuit composed of a coupling capacitor C1 also serving as a DC cut capacitor.
  • the second multiband antenna ANT2 is connected to the port 10b via a matching circuit composed of a coupling capacitor C2, and the first port 20c is connected to a first branching circuit 20 for branching a transmission signal.
  • a second branching circuit 25 for branching the received signal is connected to the fourth port 10d.
  • a filter circuit 60 is connected to the third port 20c of the first branching circuit 20, a filter circuit 30 and a balance-unbalance conversion circuit 50 are connected to the second port 25b of the second branching circuit 25, A filter circuit 40 and a balance-unbalance conversion circuit 55 are connected to the third port 25c.
  • the high-frequency switch circuit 10 mainly includes a switching element such as a field effect transistor (FET) or a diode, and may appropriately include an inductance element and a capacitance element.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the high-frequency switch circuit 10. As shown in FIG. This high-frequency switch circuit 10 connects four field-effect transistors to a series of four signal paths arranged in a ring shape, and, among the four signal paths, the third port 10c and the fourth port 10d side.
  • the DC cut capacitor C is connected in series with the switch, and the number of switching elements arranged in the high-frequency signal path is small, so that the loss due to the switching element is small.
  • a voltage (for example, +1-+5 V) higher than the threshold value at which the field-effect transistor operates is applied (High) to the control terminal VI of the high-frequency switch circuit 10, and the control terminal V2 becomes lower than the threshold value.
  • the voltage is 0 V (Low), for example, will be described in detail below.
  • the field-effect transistors FET1 and FET4 are turned on, and the field-effect transistors FET2 and FET3 are turned off. Therefore, the high-frequency signal input from the port 10c (the first branching circuit side) of the high-frequency switch circuit 10 is turned on in the field-effect transistor FET1 And is transmitted to port 10a (the first multiband antenna side).
  • the field effect transistor FET3 is in the OFF state, leakage of the high-frequency signal to the port 10b (the second multiband antenna side) is almost negligible and the field effect transistor FET2 is also in the OFF state due to its isolation characteristics. There is almost no leakage of high-frequency signals to 10d (the second branching circuit side).
  • a high-frequency signal input from the port 10b (on the side of the second multi-band antenna) of the high-frequency switch circuit 10 passes through the field-effect transistor FET4 in the ON state, and the port 10d (on the side of the second branching circuit). ).
  • the field-effect transistor FET2 since the field-effect transistor FET2 is in the OFF state, the leakage of the high-frequency signal to the port 10a (the first multiband antenna side) is almost zero and the field-effect transistor FET3 is also in the OFF state. Most of the high-frequency signal leaks to the branching circuit side).
  • a voltage for example, + 1— + 5 V
  • the control terminal VI is set to 0 V at a voltage that is equal to or lower than the threshold.
  • the field effect transistors FET2 and FET3 are turned on, and the field effect transistors FET1 and FET4 are turned off. Therefore, the high-frequency signal input from the port 10a of the high-frequency switch circuit 10 (on the first multi-band antenna side) passes through the field-effect transistor FET2 in the ON state and is transmitted to the port 10d (on the second branching circuit side). Is done.
  • the high-frequency signal input from port 10c (first branching circuit side) of high-frequency switch circuit 10 passes through field-effect transistor FET3 in the ON state and is transmitted to port 10b (second multiband antenna side). Is done.
  • a frequency scan is performed to search for a receivable frequency channel (carrier scan).
  • the high-frequency switch circuit 10 is controlled by the switch circuit control unit so as to be in the connection mode 1 in Table 1, for example.
  • the second multi-band antenna ANT2 and the second demultiplexer 25 are connected, and the receiving circuits of the two communication systems are connected to one multi-band antenna.
  • the second branching circuit 25 connected to the fourth port 10d of the high-frequency switch circuit 10 is capable of transmitting a high-frequency signal in the 2.4 GHz band (IEEE802.11b) and a high-frequency signal in the 5 GHz band (802.11a).
  • a low-frequency filter circuit that attenuates high-frequency signals in the 5 GHz band (IEEE802.11a) and a high-frequency filter circuit that attenuates transmission signals in the 2.4 GHz band (IEEE802.11b) .
  • the low-frequency filter circuit is configured by a low-pass filter circuit including an inductance element and a capacitance element
  • the high-frequency filter circuit is configured by a high-pass filter circuit.
  • the high-frequency signal of the 2.4 GHz band is The force appearing at the third port 25c of the second port 25b does not appear at the third port 25c, and the high-frequency signal in the 5 GHz band does not appear at the third port 25c of the second branching circuit 2. .
  • the high frequency signal in the 2.4 GHz band and the high frequency signal in the 5 GHz band can be split.
  • the high-frequency signal appearing at the second port 25 b has its noise component removed by the band-pass filter circuit 30, and the balanced-unbalanced conversion circuit 50 balances the high-frequency signal from the unbalanced signal.
  • the signal is converted to a signal and input to the IEEE802.11b receiver circuit.
  • the high-frequency signal appearing at the third port 25c passes through the filter circuit 40 and the balanced-unbalanced conversion circuit 55, and is input to the 802.1 la receiving circuit.
  • the receiver circuit of IEEE802.11a scans in the 5 GHz band, and in parallel with this, the 802.lib transmitter / receiver scans in the 2.4 GHz band to receive all signals that can be received. Detect all channels.
  • the switch circuit 10 is controlled by the switch circuit control unit so that the connection mode 2 is set.
  • the first multi-band antenna ANT1 is connected to the second branching circuit 25 on the receiving circuit side.
  • the IEEE802.11a receiving circuit scans in the 5 GHz band, and in parallel, the IEEE802.11b transmitting and receiving unit scans in the 2.4 GHz band and receives all receivable signals. Detect channel.
  • a channel of the communication system to be activated is selected, and reception signals received by the first and second dual-band antennas ANT1 and ANT2 are compared in amplitude to perform the communication.
  • the selected multi-band antenna is connected to the first branching circuit 20 via the third port 10c of the high-frequency switch circuit 10.
  • the first branching circuit 20 includes a low-frequency filter circuit that attenuates a 5 GHz band (IEEE802.11a) high-frequency signal and a 5 GHz band (IEEE802.11a) high-frequency signal that passes a 2.4 GHz band (IEEE802.11b) high frequency signal. It consists of a combination with a high-frequency filter circuit that attenuates the transmission signal in the 2.4 GHz band (IEEE802.11b) that allows the high-frequency signal of .11a) to pass.
  • the low frequency side filter circuit is configured by a low pass filter circuit
  • the high frequency side filter circuit is configured by a high pass filter circuit.
  • the 2.4 GHz band high frequency signal input from the IEEE 802. lib transmission circuit to the second port 20b of the first branching circuit 20 passes through the low frequency side filter circuit to the first port 20a. Although it does appear at the third port 20c, it does not appear at the third port 20c.
  • the 5 GHz band high-frequency signal input from the IEEE 802.11a transmitting circuit to the third port 20c of the first demultiplexer passes through the high-frequency filter circuit. The force that appears at the first port 20a via the second port 20b. In this way, the high frequency signal in the 2.4 GHz band and the high frequency signal in the 5 GHz band can be split. Note that the term “combining” is used in some cases because high-frequency signals in the 2.4 GHz band and the 5 GHz band are extracted from the same port.
  • the high-frequency signal appearing at the first port 20a is input to the third port 10c of the switch circuit, and is radiated from the multi-band antenna.
  • FIGS. 5 to 7 show equivalent circuits of another example of the switch circuit 10.
  • FIG. These equivalent circuits mainly consist of switching elements such as field effect transistor FETs and diodes D1 and D4, and have appropriate inductance elements and capacitance elements.For example, two SPDT (single pole double throw) switches are used. Can be configured.
  • the first and second demultiplexing circuits 20, 25 each include an inductance element and a capacitance element.
  • the low-pass filter circuit, the high-pass filter circuit and the band-pass filter circuit thus formed are appropriately combined.
  • FIGS. 8 and 9 show equivalent circuits of examples of the demultiplexing circuits 20 and 25.
  • the filter circuits 30, 40, and 60 are each composed of a low-pass filter circuit, a high-pass filter circuit, and / or a band-pass filter circuit. These filter circuits are appropriately selected according to the amount of out-of-band attenuation of the branching circuits 20 and 25.
  • FIG. 1013 shows an equivalent circuit of another example of the filter circuits 30, 40, and 60.
  • the balance-unbalance conversion circuits 50 and 55 are configured by an inductance element and a capacitance element, and can also have an impedance conversion function. Examples of the equivalent circuit are shown in Figs. If an unbalanced input-balanced output type SAW filter is used, the filter circuit and the balanced-unbalanced conversion circuit can be realized with one circuit element, so that the number of parts can be reduced, and the cost and size of the high-frequency circuit can be reduced. Achieved. SAW filters with different input impedance and output impedance may be used. In this case, an impedance conversion function may be provided. FBAR filters other than SAW filters can also be used.
  • the multiband high-frequency circuit configured using the above-described various demultiplexing circuits, filter circuits, balanced-unbalanced conversion circuits, and / or switch circuits is similar to the multiband high-frequency circuit illustrated in FIG. Demonstrates excellent functions.
  • an SPST (single-pole single-throw) switch is provided between the high-frequency switch circuit 10 and the second demultiplexer circuit 25.
  • a circuit 11 is provided.
  • the SPST switch circuit 11 is composed of a switching element, an inductance element, and a capacitance element as shown in, for example, FIG. 22-25, and outputs a signal when the port 10c of the high-frequency switch circuit 10 is connected to the port 10a or the port 10b. Through the It is controlled to shut off.
  • FIGS. 27 and 28 show the configuration of each layer of the laminated substrate 100 constituting the high-frequency circuit component.
  • the laminated substrate 100 is made of a ceramic dielectric that can be sintered at a low temperature of, for example, 1000 ° C. or less, and has a thickness of 10 200 ⁇ m formed by forming a predetermined electrode pattern by printing a conductive paste such as Ag or Cu. It can be manufactured by stacking multiple ceramic green sheets and sintering them together.
  • a ground electrode GND that covers almost the entire surface is formed on the surface of the lowermost green sheet 15, and terminal electrodes for mounting on a circuit board are formed on the back surface.
  • Terminal electrodes are antenna ports ANT1 and ANT2, transmission ports Txl and Tx2 to which unbalanced signals are input, reception ports Rxl +, Rxl-, Rx2 +, and Rx2- to which balanced signals are output, a ground port GND, and a switch. It has control ports VI and V2 for circuit control, each of which is connected to an electrode pattern on the upper green sheet via a via hole (shown as a black circle in the figure) formed in the green sheet.
  • the terminal electrodes are LGA (Land Grid Array), but BGA (Ball Grid Array) or the like can also be adopted.
  • green sheets 114 are laminated.
  • the inductance elements that make up the first and second demultiplexing circuits 20, 25, filter circuits 30, 40, 60, and balanced-unbalanced conversion circuits 50, 55 are provided by transmission lines and capacitances.
  • the elements are formed by a predetermined electrode pattern, and are appropriately connected via via holes.
  • Matching circuits 80 and 85 arranged between the filter circuits 30 and 40 and the balance-unbalance conversion circuits 50 and 55 are formed by transmission lines having a predetermined line length.
  • the inductance element and the capacitance element can be mounted on the multilayer substrate 100 as a chip inductor and a chip capacitor.
  • Each circuit is three-dimensionally formed on the laminated substrate 100. Are separated by a ground electrode GND or are arranged so that they do not overlap in the stacking direction to prevent unnecessary electromagnetic interference.
  • the transmission line, through which high-frequency signals in the 5 GHz band pass, and other electrode patterns should be separated by at least 50 / m to prevent electromagnetic interference.
  • the dielectric for example, ceramics containing Al, Si, and Sr as main components and Ti, Bi, Cu, Mn, Na, K, and the like as subcomponents, Al, Si, and Sr as main components, Ca, Ceramics containing multiple components of Pb, Na, K, etc., ceramics containing Al, Mg, Si and Gd, and ceramics containing Al, Si, Zr and Mg are listed.
  • the dielectric constant of the dielectric is preferably about 515.
  • a resin or a resin Z ceramic composite can be used.
  • an electrode pattern may be formed on a dielectric substrate mainly composed of A10 by a high-temperature sinterable metal conductor such as tungsten or molybdenum by HTCC (high-temperature co-fired ceramic) technology.
  • a plurality of land electrodes are formed on the green sheet 1, and a DPDT switch (GaAs FET) and a coupling capacitor that is not built in the laminated substrate are mounted as chip components on the land electrodes.
  • the land electrodes are connected to connection lines and circuit elements in the laminated substrate via via holes.
  • a switch in a bare state may be mounted on a land electrode and sealed with a resin or a tube.
  • a resin or a tube Such a multi-band high-frequency circuit component is suitable for miniaturization.
  • the RF-IC and the baseband IC that constitute the transmission / reception circuit unit may be combined into a laminated substrate.
  • FIG. 29 shows an equivalent circuit of another example of the multiband high-frequency circuit.
  • the low frequency side filter circuit of the second branching circuit 25 is composed of a phase circuit Lfrl and a band pass filter circuit 30 having a pass band of 2.4 GHz band. Is a point.
  • the phase circuit Lfrl appropriately adjusts the phase of the high-frequency signal, so that when the band-pass filter circuit 30 is viewed from the high-frequency switch circuit side, the impedance in the 5 GHz band is set to high impedance, and the receiving circuit in the 2.4 GHz band receives the 5 GHz band.
  • the multiband high-frequency circuit can be configured with a small number of circuit elements.
  • FIG. 30 to FIG. 32 show the multi-band high-frequency circuit of this example.
  • Fig. 30 shows the transmission side circuit of a multiband high-frequency circuit including a coupling circuit.
  • a part of the transmission power corresponding to a plurality of communication systems is provided between the high-frequency switch circuit 10 and the first branching circuit 20 of the multi-band high-frequency circuit of the first embodiment so as to provide the TPC function.
  • a coupling circuit 150 for extracting the data is arranged.
  • a part of the output power is detected from the high frequency signals of the 2.4 GHz band and the 5 GHz band by the coupling circuit 150 and the detection circuit 300 including the detection diode (Schottky diode).
  • the coupling circuit 150 is constituted by, for example, a directional coupler or a coupling capacitor.
  • one coupling circuit is used in the 2.4 GHz band and the 5 GHz band.
  • the coupling degree of the coupling circuit is larger in the 5 GHz band than in the 2.4 GHz band, and the difference is about 5 dB.
  • the difference in the degree of coupling is directly reflected in the detection voltage, and the detection voltage for the output power from the amplifier differs. Therefore, by arranging the matching circuit 200 between the coupling circuit 150 and the detection circuit 300, the impedance of the coupling circuit 150 in the 2.4 GHz band is matched with the impedance of the detection circuit 300, and the coupling degree (detection voltage The large detection voltage can be obtained even in the 2.4 GHz band where is small.
  • the matching circuit preferably includes a shunt inductor connected to the output port 150c of the coupling circuit 150, and a phase circuit connected between the coupling circuit 150 and the detection diode.
  • a shunt inductor connected to the output port 150c of the coupling circuit 150
  • a phase circuit connected between the coupling circuit 150 and the detection diode.
  • FIG. 31 shows an equivalent circuit of a coupling circuit section of a multi-band high-frequency circuit using a directional coupler as coupling circuit 150.
  • the directional coupler includes a main line STL1, a sub line STL2, and a resistor R1, and a transmission signal from the first branching circuit 20 is input from an input port 150b of the directional coupler 150, and is output from an output port 150a. Is output to The main line STL1 and sub line STL2 are electromagnetically coupled, and a part of the transmission signal is output to the coupling port 150c.
  • the matching circuit 200 includes a shunt inductor Lss and a phase circuit Lsi. It is set to match the input impedance of the circuit 300. The amplitude is adjusted by the shunt inductor Lss, and the phase is adjusted by the phase circuit Lsi.
  • the anode of the detection diode Dk is connected to the matching circuit 200, and the power source is connected to a voltage smoothing circuit composed of a shunt-connected capacitor Ck and a resistor Rk.
  • the high-frequency signal from the coupling circuit 150 is input to the detection diode Dk, and only the high-frequency signal exceeding its forward voltage propagates to the power source, is converted to a DC voltage by the smoothing circuit, and is connected to the output side of the detection circuit 300.
  • the detected voltage is input to the comparison control means.
  • the comparison control means 400 includes an operational amplifier, a resistor, a control transistor, and the like.
  • the comparison control means 400 compares an input reference signal with a detection signal given from the detection diode Dk and determines that the level difference between the two signals is zero. The output power of the amplifier is changed so that
  • FIG. 32 shows a high-frequency circuit in which the coupling circuit portion shown in FIG. 31 is configured by a coupling capacitor Ccl.
  • the degree of coupling in the 5 GHz band is about 5 dB greater than the degree of coupling in the 2.4 GHz band.
  • the detection voltage in the 5 GHz band is increased by increasing the detection voltage in the 2.4 GHz band by the matching circuit 200. Can be reduced.
  • the multiband high-frequency circuit of the present invention can select the most desirable channel in wireless communication that is not easily affected by noise and fading in WLAN data communication, and can perform diversity reception. .
  • the multi-band high-frequency circuit of the present invention can also switch the connection between the multi-band antenna and the transmission-side circuit and the reception-side circuit while suppressing power consumption with a small number of switches.
  • Each communication is performed by a high-frequency circuit component in which the above-described high-frequency circuit has a small three-dimensional laminated structure.
  • a multi-band communication device including a transmission / reception unit that modulates transmission data in the system and demodulates reception data, and a switch circuit control unit that controls switching of the high-frequency switch is obtained.
  • the multi-band high-frequency circuit of the present invention having such features includes personal computers, PC peripheral devices (printers, hard disks, broadband routers, etc.), electronic devices (FAX, refrigerator, standard television, high-definition television, camera, Video, mobile phones, etc.), signal transmission means in automobiles and aircraft.
  • PC peripheral devices printing, hard disks, broadband routers, etc.
  • electronic devices FAX, refrigerator, standard television, high-definition television, camera, Video, mobile phones, etc.

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Description

明 細 書
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
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.il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ヮ ィャ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レ、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:直交周波数多重分害 ij)変調方式を用レ、 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 ΙΕΕΕ802· 1 lb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 ΙΕΕΕ802· 1 lg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 IEEE802.1 la、 IEEE802.1 lh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. Ha, IEEE802. l ib)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ィッチ手段と、前記 スィッチ手段の切り換え制御を行うスィ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、スィッチ回路や増 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帯のフロントェン 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 るスィッチ回路 SW1、送受信回路を切り替えるスィッチ回路 SW2, SW3と、中間周波数 フィルタ BPFに接続するスィッチ回路 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)のスィッチ手段(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. l ib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、通信に望ましレ、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レ、こと力 S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 )、 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レ、なかった。
[0015] また従来のマルチバンド通信装置では、多くのスィ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、スィッチ手段の数に応じて制御が複雑化する。またスィ ツ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、多数のスィ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つた問 題もあった。またスィ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、少なレ、スィッチ手段で 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 ΙΕΕΕ802· 1 lh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、スィッチ回路等 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ぐ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送受信部とスィッチ回路 SW3の間、及び、 IEEE802.11b送受信部 とスィッチ回路 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 結合器力 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レ、。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ィ ツチも必要である。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、ダイバーシティスィッチや送信回路、受信回路を切 り替えるスィッチ回路の他にも、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、マノレ 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
発明が解決しょうとする課題
[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、ノイズゃフエ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、少ないスィ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、前記高周波スィッチの切り替えを制御するスィッチ回路制御部を 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ィッチ回路と、 前記高周波スィ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 数帯域に応じて高周波信号を分波する第 1の分波回路と、前記高周波スィッチ回路 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高周波信 号を分波する第 2の分波回路とを有し、前記第 1の分波回路と前記第 2の分波回路 は、それぞれ低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路を有し、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力、、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 配置して、前記第 2の分波回路から低周波側の受信側回路との間にバンドパスフィ ルタを設け、前記高周波スィッチ回路は第 1乃至第 4のポートを有し、第 1のポートは 整合回路を介して第 1のマルチバンドアンテナと接続され、第 2のポートは他の整合 回路を介して第 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、無線通信を行うマルチバンドアンテナを選 択するとともに、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、一つ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ィッチ回路と 、前記高周波スィ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 波数帯域に応じて高周波信号を分波する第 1の分波回路と、前記高周波スィッチ回 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高周波 信号を分波する第 2の分波回路とを有し、前記第 1の分波回路と前記第 2の分波回 路は、それぞれ低周波側フィルタ回路と高周波側フィルタ回路を有し、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力、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 配置して、前記第 2の分波回路から低周波側の受信側回路との間にバンドパスフィ ルタを設け、前記高周波スィッチ回路は第 1乃至第 3のポートを有し、第 1のポートは 整合回路を介して第 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 1の分波 回路と接続され、第 3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] 前記高周波スィッチ回路と前記第 1の分波回路との間に、複数の通信システムに対 する送信電力の一部を取り出す結合回路を配置することができる。前記結合回路を 結合コンデンサとして前記結合回路と検波回路との間に整合回路を備えるか、前記 結合回路を主線路と副線路を備えた方向性結合器として前記副線路の一端側と検 波回路との間に整合回路を備えるのが好ましい。 [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 2.4 GHz帯の高周波信号を通過させるが 5 GHz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 5 GHz帯の高周波信号を通過させるが 2.4 GHz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 2.4 GHz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ィッチ回路側から見た時の 5 GHz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ぐ前記高周波側フィ ルタ回路はバ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 の平衡ー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、前記高周波スィッチの切り替 えを制御するスィ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基板の積層体と前記積層体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。また少ないスィッチ手 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 すること力 S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、前記高周波スィッチの切り替えを制御するスィ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スィ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スィ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スィ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スィ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ー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ー不平衡回路の他の例の等価回路を示す図である。 園 16]本発明に用いる平衡ー不平衡回路のさらに他の例の等価回路を示す図である 園 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。
園 18]本発明に用いる SPDTスィ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スィ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スィッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。 園 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。
園 22]本発明に用いる SPSTスィッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。 園 23]本発明に用いる SPDTスィッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。
[図 24]本発明に用いる SPDTスィッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。 園 25]本発明に用いる SPDTスィッチのさらに他の例の等価回路を示す図である。 園 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。
園 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。
園 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。
園 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。
園 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。
園 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。
園 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。
園 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。 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、 2.4 GHz帯及び 5 GHz帯で送受信が可能な 2つのマルチ バンドアンテナ ANTl, 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ィ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.Uaの送 受信部、及び IEEE802.11bの送受信部と、前記高周波スィッチの切り替えを制御する スィッチ回路制御部と、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としている力 本発明はこれに限定されなレ、。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、高周波スィッチ回路 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)の高周波スィ ツチ回路 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、 スィッチ回路 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及び平衡ー不平衡変換回路 50が接続し、第 3 のポート 25cにはフィルタ回路 40及び平衡ー不平衡変換回路 55が接続している。
[0042] 高周波スィッチ回路 10は、電界効果型トランジスタ(FET)やダイオード等のスィッチ 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。高周波スィッチ回路 10の一構成例を図 4に示す。この高周波スィッチ回路 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ツ 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] スィ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 VI, V2に与えられる と、高周波スィッチ回路 10の各ポート間は表 1に示すように接続される。
[0044] [表 1]
Figure imgf000013_0001
[0045] 高周波スィッチ回路 10のコントロール端子 VI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力 SOFF状態となる。そのため、高周波スィッチ回路 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ぐかつ電 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、高周波スィッチ回路 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 なぐ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レ、。
[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 VIは閾値以下の電圧の電圧で 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、高周波スイツ 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、高周波スィッチ回路 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レ、、受信可能な周波数チャンネルを探索する(キヤリアス 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、スイツ チ回路制御部により高周波スィッチ回路 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] 高周波スィッチ回路 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力 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、 5 GHz帯(IEEE802.11a)の高周波信号を通過 させる力 2.4 GHz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、低周波数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 数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、スィッチ回路 10の第 4のポー ト 10dに現れる高周波信号のうち、 2.4 GHz帯の高周波信号は第 2の分波回路 25の第 2のポート 25bに現れる力 第 3のポート 25cには現れず、 5 GHz帯の高周波信号は第 2の分波回路 2の第 3のポート 25cに現れる力 第 2のポート 25bには現れなレ、。このよ うにして、 2.4 GHz帯の高周波信号と 5 GHz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、平衡ー不平衡変換回路 50により不 平衡信号から平衡信号に変換されて IEEE802. l ib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及び平衡ー不平衡変換回路 55 を経て ΙΕΕΕ802· 1 la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 5 GHz帯でスキ ヤンし、これと並行し 802. lib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、スィッチ回路 10をスィ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 5 GHz帯でスキャンし、これと並行してIEEE802.11bの送受信部では2.4 GHz帯でスキヤ 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 選択すること力 Sできる。キャリアセンスで全てのチャンネノレが使用中(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、 高周波スィッチ回路 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、 2.4 GHz帯(IEEE802.11b)の高周波信号を通過させる力 5 GHz 帯(IEEE802.11a)の高周波信号を減衰させる低周波数側フィルタ回路と、 5 GHz帯( IEEE802.11a)の高周波信号を通過させる力 2.4 GHz帯(IEEE802.11b)の送信信号 を減衰させる高周波数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 数側フィルタ回路をローパスフィルタ回路で構成し、高周波数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. lib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 2.4 GHz帯の高周波信号は、低周波数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 5 GHz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に現れる力 第 2のポート 20bには現れなレ、。このように して、 2.4 GHz帯の高周波信号と 5 GHz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 2.4 GHz帯及び 5 GHz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、前記スィッチ回路の第 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] スィッチ回路 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)スィ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] 平衡ー不平衡変換回路 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 14一 16に示す。 不平衡入力一平衡出力型の SAWフィルタを用いれば、フィルタ回路と平衡ー不平衡 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 の低コストィ匕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フィルタ以外 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/又はスイツ 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、 高周波スィッチ回路 10として SPDTスィッチ 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、スィッチ回 路以外は図 1一 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スィッチ 12として は、図 18 20に示すスィ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、 高周波スィッチ回路 10と第 2の分波回路 25との間に SPST (単極単投)スィッチ回路 11 を配置するのが好ましい。 SPSTスィッチ回路 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、高周波スィ ツチ回路 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, 60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°C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 10 200 μ m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 こと力 S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 Txl, Tx2と、平 衡信号が出力される受信ポート Rxl+, Rxl-, 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 VI、 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 、 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 1一 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と平衡ー不平衡変換回路 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 50 / m以上 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含むセラミツ タスが挙げられる。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 Z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、 A1 0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スイツ 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] ベア状態のスィ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 Lfrl 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で構成されてレ、る点である。 位相回路 Lfrl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 高周波スィ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 Lfrl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は本例のマルチバンド高周波回路を示す。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ィッチ回路 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、 2.4 GHz帯及び 5 GHz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、 2.4 GHz帯及び 5 GHz帯で 1つの結合 回路を用いる。前記結合回路の結合度は 5 GHz帯の方が 2.4 GHz帯より大きぐその 差は 5 dB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、 2.4 GHz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 2.4 GHz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 レ、。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、 2.4 GHz 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レ、る。シャントインダクタ Lssにより振幅調整を行レ、、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、力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 のみが力ソードへ伝播し、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 Ccl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 Ccl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ぐ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ゃフ エージング等の影響を受けにくぐ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、少ないスィ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 スィッチの切り替えを制御するスィ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。
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、パーソナルコンビュ 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

請求の範囲
[1] 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ィッチ回路と、
前記高周波スィ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 波数帯域に応じて高周波信号を分波する第 1の分波回路と、
前記高周波スィ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 波数帯域に応じて高周波信号を分波する第 2の分波回路とを有し、
前記第 1の分波回路と前記第 2の分波回路は、それぞれ低周波側フィルタ回路と 高周波側フィルタ回路を有し、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力、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て、前記第 2の分波回路から低周 波側の受信側回路との間にバンドパスフィルタを設け、
前記高周波スィッチ回路は第 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、無線通信を行うマ ルチバンドアンテナを選択するとともに、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ることを特徴とするマルチバン ド高周波回路。
[2] 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、
1つ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ィッチ回路と、
前記高周波スィ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 波数帯域に応じて高周波信号を分波する第 1の分波回路と、 前記高周波スィ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 波数帯域に応じて高周波信号を分波する第 2の分波回路とを有し、
前記第 1の分波回路と前記第 2の分波回路は、それぞれ低周波側フィルタ回路と 高周波側フィルタ回路を有し、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て、前記第 2の分波回路から低周 波側の受信側回路との間にバンドパスフィルタを設け、
前記高周波スィッチ回路は第 1乃至第 3のポートを有し、第 1のポートは整合回路を 介して第 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 1の分波回路と接続 され、第 3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〇N状態あるいは OFF状態に制御して、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ることを特徴とす るマルチバンド高周波回路。
[3] 請求項 1又は 2に記載のマルチバンド高周波回路において、前記高周波スィッチ回 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結合 回路を配置したことを特徴とするマルチバンド高周波回路。
[4] 請求項 3に記載のマルチバンド高周波回路において、前記結合回路を結合コンデ ンサとし、前記結合回路と検波回路との間に配置された整合回路を備えることを特徴 とするマルチバンド高周波回路。
[5] 請求項 3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、主線路と 副線路を備えた方向性結合器であり、前記副線路の一端側に接続された接地抵抗 と、前記副線路の他端側と検波回路との間の整合回路とを具備することを特徴とする マルチバンド高周波回路。
[6] 請求項 1一 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 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 2.4 GHz帯の 高周波信号を通過させるが 5 GHz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 5 GHz帯の高周波信号を通過させる力 GHz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。
[7] 請求項 6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 2.4 GHz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、高周波スィッチ回路側から見たバンドパスフィ ルタ回路の 5 GHz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。
[8] 請求項 1一 7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の平衡一不平 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の平衡ー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。
[9] 請求項 1一 8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、前記高周波スィッチ の切り替えを制御するスィ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。
[10] 請求項 1一 9のいずれかに記載の高周波回路に用いられ、前記高周波回路を有す 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基板の積層体と前 記積層体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。
[11] 請求項 1一 10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。
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