WO2014013765A1 - アンテナマッチングデバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an antenna matching device that performs impedance matching between a broadband antenna and an RF circuit.
- each communication specification uses a different frequency band.
- the conventional information communication terminal is provided with a separate antenna for each communication specification, that is, for each frequency band of a high-frequency signal to be transmitted and received.
- an antenna capable of transmitting and receiving a high-frequency signal in a wide frequency band (broadband) including each frequency band of a plurality of communication specifications is used.
- a wide frequency band including each frequency band of a plurality of communication specifications.
- an antenna capable of transmitting and receiving from a 800 MHz band to a 2 GHz band may be used.
- the antenna device of Patent Document 1 describes an antenna matching device that can be switched by a switch between an antenna and an RF circuit.
- FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a conventional antenna matching device as shown in Patent Document 1.
- the conventional antenna matching device 10P is connected to the antenna 101 via the antenna side terminal PANT .
- Antenna matching device 10P is connected to the RF circuit unit 102 via the RF terminal P RF.
- the switch 12P is a so-called SPDT switch, and connects the first selection terminal or the second selection terminal by switching to a common terminal.
- the common terminal is connected to the RF side terminal PRF .
- the first selection terminal is directly connected to the antenna side terminal P ANT only through the transmission line. This route becomes the first transmission route 111P.
- the second selection terminal is connected to the antenna side terminal P ANT via the inductor 11P. This route becomes the second transmission route 112P.
- the switch 12P is controlled to be switched according to the transmission / reception frequency.
- the first selection terminal first transmission path 111P
- the second selection terminal second transmission path 112P
- the impedance between the antenna 101 and the RF circuit unit 102 is set to match at the first frequency. Accordingly, if the first transmission path 111P is selected by the switch 12P and the antenna 101 and the RF circuit unit 102 are connected, the reflection loss (return loss) of the communication signal at the first frequency can be reduced. Become.
- the inductance of the inductor 11P connected to the second selection path 112P is set as appropriate, and the impedance between the antenna 101 and the RF circuit unit 102 is set to match at the second frequency. Accordingly, when the second transmission path 112P is selected by the switch 12P and the antenna 101 and the RF circuit unit 102 are connected, the reflection loss of the communication signal at the second frequency can be reduced.
- the transmission loss of the antenna matching device 1P as a whole cannot be suppressed sufficiently low for all frequencies to be transmitted due to the transmission loss by the switch 12P.
- An object of the present invention is to provide an antenna matching device capable of performing impedance matching so that a transmission loss is a predetermined value or less with respect to a frequency band of each communication signal included in a wide frequency band.
- the present invention relates to an antenna matching device that is connected between an antenna and an RF circuit unit and performs impedance matching between the antenna and the RF circuit unit, and has the following characteristics.
- a second transmission path configured to include a switch is provided in parallel.
- the first switch is conductive, the second transmission path is selected, and the transmission loss at the second frequency corresponding to the impedance characteristic of the antenna can be suppressed to a predetermined value or less.
- the first switch is open, the first transmission path is selected, and the reflection loss at the first frequency impedance-matched according to the element value of the first impedance adjustment element can be suppressed to a predetermined value or less.
- no transmission loss is caused by the switch at the first frequency because no switch is used. Therefore, the transmission loss when the first transmission path is selected and the first frequency is transmitted can be reduced, and the transmission loss at the first frequency as the antenna matching device can be suppressed to a predetermined value or less.
- the antenna matching device of the present invention may have the following configuration.
- the antenna matching device includes a third transmission path in which a second impedance adjustment element and a second switch are connected in series.
- the third transmission path is connected in parallel to the first transmission path and the second transmission path between the antenna side terminal and the RF side terminal.
- the second impedance adjustment element is connected between the second switch and the antenna side terminal.
- the impedance of the antenna side terminal viewed from the second switch can be close to 50 ⁇ . Thereby, the transmission loss of the third transmission path can be further reduced.
- the element value of the first impedance adjustment element is determined so that impedance matching is performed in the frequency band of the signal having the lowest antenna gain among the frequency bands to be used. Is preferred.
- the transmission loss of the switch is larger than the transmission loss of the impedance adjustment element.
- the transmission loss of the impedance adjusting element is smaller than the transmission loss of the switch. Therefore, by using this configuration, it is possible to transmit a signal that is most desired to avoid transmission loss to the lowest loss between the antenna and the RF circuit unit.
- the antenna matching device of the present invention preferably includes a shunt connection type impedance adjustment unit including a third impedance adjustment element connected between the RF side terminal and the ground.
- impedance matching between the antenna and the RF circuit unit can be performed using a shunt connection type impedance adjustment unit. Thereby, impedance matching can be performed so as to further reduce the reflection loss.
- the antenna matching device of the present invention preferably has the following configuration.
- the shunt connection type impedance adjustment unit includes a third switch connected between the third impedance adjustment element and the RF side terminal, and a series circuit of the fourth switch and the fourth impedance adjustment element. Prepare. A series circuit of the fourth switch and the fourth impedance adjusting element is connected in parallel to the third switch. The fourth impedance adjustment element is arranged on the third impedance adjustment element side with respect to the fourth switch.
- This configuration shows a more specific aspect of the shunt connection type impedance adjustment unit.
- the impedance adjustment amount of the shunt connection type impedance adjustment unit can be switched according to the frequency of the signal to be transmitted. Thereby, more appropriate impedance matching can be performed for each of a plurality of communication signals having different frequencies.
- the antenna matching device of the present invention preferably has the following configuration.
- the antenna matching device is formed by a laminate formed by laminating dielectric layers on which conductor patterns constituting the circuit of the antenna matching device are formed.
- the plurality of switches includes at least two mounting type switch elements. In the laminate, a recess is formed from the bottom side. Each mounting type switch element is mounted on each of the top surface of the laminate and a surface substantially parallel to the top surface of the recess.
- the stacked switch elements are arranged so as to overlap each other when the laminate is viewed in plan.
- an antenna matching device can be formed in a small area.
- the antenna matching device of the present invention preferably has the following configuration.
- the mounting type switch element mounted on the top surface and the mounting type switch element mounted on the surface substantially parallel to the top surface of the recess are on the side connected to the RF side terminal when mounted on the laminate.
- the mounting terminals are arranged on the same side with respect to the mounting type switch element body.
- the present invention it is possible to realize a transmission loss equal to or less than a required value for each of a plurality of communication signals having different use frequency bands included in a wide frequency band.
- 1 is a block diagram of an antenna matching device and a wireless communication apparatus including the antenna matching device according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram explaining the operation
- FIG. 1 It is a block diagram of a radio
- FIG. 1 is a block diagram of an antenna matching device and a wireless communication apparatus including the antenna matching device according to the first embodiment of the present invention.
- the antenna matching device 10 includes an antenna side terminal P ANT and an RF side terminal P RF .
- the antenna side terminal P ANT is connected to the antenna 101.
- the RF side terminal P RF is connected to the RF circuit unit 102.
- the antenna matching device 10, the antenna 101, and the RF circuit unit 102 constitute a front-end module (wireless communication apparatus) for wireless communication.
- the antenna 101 has a shape capable of transmitting and receiving a high-frequency signal in a wide frequency band (broadband), and is formed by a conductor line, for example.
- the antenna 101 has a shape capable of transmitting and receiving from 800 MHz to 2 GHz, for example.
- the antenna 101 is not capable of transmitting and receiving at the same high gain at all frequencies in the transmittable and receiveable frequency bands, and has a predetermined frequency band (a frequency band with a small loss) and a predetermined gain.
- the frequency band in which the gain is not obtained is mixed.
- the antenna 101 can obtain the highest gain in the frequency band of 1.8 GHz to 2.0 GHz, and 1.8 GHz to 2.0 GHz in the frequency band of 1.4 GHz to 1.6 GHz.
- the gain is somewhat lower than that of the frequency band, and in the frequency band near 800 MHz, the gain is further reduced. That is, when the antenna 101 is connected to the RF circuit unit 102 as it is, the signal can be transmitted to the RF circuit unit 102 with the lowest loss in the vicinity of 2.0 GHz.
- the RF circuit unit 102 includes, for example, a high-frequency switch circuit that switches between a VCO that generates a communication signal to be transmitted and a demodulation unit that demodulates the received communication signal and connects the antenna 101 to the antenna 101. It consists of a circuit for transmitting and receiving.
- the antenna matching device 10 includes an inductor 11 and a switch 12.
- the inductor 11 corresponds to a “first impedance adjusting element” of the present invention.
- the inductor 11 may be realized by a mounted chip component, or may be realized by a conductor line having a predetermined length, width, and shape.
- the switch 12 corresponds to the “first switch” of the present invention.
- the switch 12 is an element that switches between opening and closing based on an external control signal.
- the switch 12 is a so-called SPST (Single-Pole / Single-Throw) switch.
- the inductor 11 and the switch 12 are connected in parallel between the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF .
- the inductor 11 and the switch 12 are specifically connected between the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF as shown below.
- One end of the inductor 11 is connected to the antenna side terminal P ANT , and the other end of the inductor 11 is connected to the RF side terminal P RF .
- a path connecting the antenna-side terminal P ANT and the RF-side terminal P RF only through the inductor 11 is the first transmission path 111.
- One end of the switch 12 is connected to the antenna side terminal P ANT , and the other end of the switch 12 is connected to the RF side terminal P RF .
- a path through which the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF are connected via the switch 12 alone is the second transmission path 112.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation mode of the antenna matching device 10 of the present embodiment.
- 2A shows a case where the switch 12 is conductive
- FIG. 2B shows a case where the switch 12 is open.
- a case where a high-frequency signal received by the antenna 101 is transmitted to the RF circuit 102 will be described. Since the received signal has a signal level lower than that of the transmitted signal, the effect of the antenna matching device 10 appears more clearly by considering such reception.
- the impedance to the high-frequency signal is increased by the inductance of the inductor 11.
- the frequency to be transmitted through the second transmission path 112 is 1.8 GHz to 2.0 GHz, which is the higher frequency side in the frequency band transmitted by the wireless communication device, the first transmission path 111 in the frequency band.
- the impedance of becomes higher.
- the 1st transmission path 111 side will be in the open state seeing from the antenna side terminal PANT . Therefore, the high frequency signal is transmitted from the antenna 101 to the RF circuit unit 102 mainly through the second transmission path 112.
- the antenna 101 can obtain the highest gain from 1.8 GHz to 2.0 GHz, the antenna 101 and the RF circuit unit 102 are thus connected only via the second transmission path 112, that is, the switch 12.
- a high frequency signal of 1.8 GHz to 2.0 GHz can be transmitted from the antenna 101 to the RF circuit unit 102 with low loss.
- the gain of the antenna 101 in this band is high, so that a high frequency signal can be input to the RF circuit unit 102 at a necessary level.
- the inductor 11 has a function of adjusting the impedance so that the effective length of the antenna 101 is increased. Therefore, when receiving a high-frequency signal via the inductor 11, the matching between the antenna and the RF circuit can be adjusted according to the inductance of the inductor 11 even at a frequency lower than the highest gain frequency in the antenna 101. . For this reason, reflection loss can be reduced and high gain can be obtained.
- the antenna 101 can obtain the highest gain from 1.8 GHz to 2.0 GHz, the gain from 850 MHz to 900 MHz is increased by appropriately setting the inductance of the inductor 11. be able to.
- the antenna 101 and the RF circuit unit 102 are connected via the first transmission path 111, that is, the inductor 11, a high-frequency signal of 850 MHz to 900 MHz (a low-frequency signal in a frequency band transmitted by the wireless communication device) is transmitted.
- the antenna 101 can transmit to the RF circuit unit 102 with low loss.
- one SPST switch may be used to switch and transmit signals of two types of frequency bands, and the antenna matching device can be made smaller than the conventional SPDT switch.
- FIG. 3 is a block diagram of an antenna matching device and a wireless communication apparatus including the antenna matching device according to the second embodiment of the present invention.
- the antenna matching device 10A according to the present embodiment is obtained by adding the third transmission path 113, and other configurations are related to the first embodiment. It is the same as the antenna matching device 10.
- the antenna matching device 10 ⁇ / b> A includes a switch 13 and an inductor 14.
- the switch 13 corresponds to a “second switch” of the present invention.
- the switch 13 is an element that switches between open and conductive based on an external control signal.
- the switch 13 is a so-called SPST (Single-Pole / Single-Throw) switch.
- the inductor 14 corresponds to a “second impedance adjusting element” of the present invention.
- the inductor 14 may be realized by a mounted chip component, or may be realized by a conductor line having a predetermined length, width, and shape.
- the switch 13 and the inductor 14 are connected in series between the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF . At this time, the series circuit of the switch 13 and the inductor 14 is connected in parallel with the inductor 11 and the switch 12.
- the switch 13 and the inductor 11 are connected as shown below between the antenna-side terminal P ANT and the RF-side terminal P RF .
- One end of the inductor 14 is connected to the antenna side terminal P ANT , and the other end of the inductor 11 is connected to one end of the switch 13.
- the other end of the switch 13 is connected to the RF side terminal PRF .
- a path through which the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF are connected via a series circuit of the inductor 14 and the switch 13 is a third transmission path 113.
- FIG. 4 is a block diagram illustrating an operation mode of the antenna matching device 10A of the present embodiment.
- 4A shows the case where the switch 12 is conductive and the switch 13 is open
- FIG. 4B shows the case where both the switch 12 and the switch 13 are open
- FIG. 4C shows the case where the switch 12 is open.
- the case where the switch 13 is conductive is shown.
- FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of circuit loss in each operation mode in the antenna matching device of the present embodiment. 5 (A) shows the case of the operation mode of FIG. 4 (A)
- FIG. 5 (B) shows the case of the operation mode of FIG. 4 (B)
- FIG. 5 (C) shows the case of FIG.
- the circuit loss is a transmission loss of a high-frequency signal passing through the antenna matching device, and does not include the influence of the reflection loss. Note that this embodiment also shows a case where a high-frequency signal received by the antenna 101 is transmitted to the RF circuit 102.
- the impedance to the high-frequency signal is increased by the inductance of the inductor 11, as in the first embodiment.
- the 1st transmission path 111 side will be in the open state seeing from the antenna side terminal PANT . Therefore, the high frequency signal is transmitted from the antenna 101 to the RF circuit unit 102 only through the second transmission path 112.
- a high frequency signal of 1.8 GHz to 2.0 GHz can be transmitted from the antenna 101 to the RF circuit unit 102 with low loss.
- a frequency band near 800 MHz has the lowest gain in the used frequency band, and corresponds to a signal having a frequency at which the signal is desired to be transmitted with the lowest loss of the present invention.
- the inductor 11 has a function of adjusting the impedance so that the effective length of the antenna 101 is increased. Therefore, when a high-frequency signal is received via the inductor 11, the matching between the antenna and the RF circuit can be adjusted according to the inductance of the inductor 11 even at a frequency lower than the highest gain frequency in the antenna 101. it can. For this reason, reflection loss can be reduced and high gain can be obtained.
- a high frequency signal of 850 MHz to 900 MHz received by the antenna 101 can be input to the RF circuit unit 102 with low loss.
- the inductor 11 and the inductor 14 have a function of adjusting the impedance so that the effective length of the antenna 101 is increased. Therefore, when receiving a high frequency signal via the parallel circuit of the inductor 11 and the inductor 14, the frequency is lower than the frequency having the highest gain in the antenna 101 by a frequency corresponding to the inductance of the parallel circuit of the inductor 11 and the inductor 14. The position can be adjusted to obtain a high gain. At this time, the inductance of the parallel circuit of the inductor 11 and the inductor 14 is smaller than the single inductance of the inductor 11.
- the parallel circuit of the inductor 11 and the inductor 14 allows the frequency band of 850 MHz to 900 MHz, the antenna
- the gain in a predetermined frequency band between the frequency band of 1.8 GHz and 2.0 GHz where the gain of 101 is high can be increased.
- the gain in the frequency band near 1.5 GHz can be increased.
- the antenna 101 and the RF circuit unit 102 are connected via the first and third transmission paths 111 and 113, that is, the parallel circuit of the inductor 11 and the inductor 14, for example, a high-frequency signal in the vicinity of 1.5 GHz (the wireless A medium frequency signal in a frequency band transmitted by the communication apparatus) can be transmitted from the antenna 101 to the RF circuit unit 102 with low loss.
- the first transmission path 111 can transmit a high-frequency signal without passing through a switch
- the first transmission path 111 and the third transmission path 113 are both provided with a switch. Thus, transmission loss can be reduced.
- the use of the configuration of the present application significantly increases the circuit loss in the frequency band near 1.5 GHz as compared with the conventional configuration (configuration using the SP3T switch). Can be improved.
- a high-frequency signal in the frequency band near 1.5 GHz received by the antenna 101 can be input to the RF circuit unit 102 with low loss.
- the configuration of the present embodiment it is possible to transmit a high-frequency signal so that transmission loss is less than or equal to a desired level in a plurality of frequency bands within a predetermined frequency band.
- two SPST switches may be used to switch and transmit signals in three types of frequency bands, and the antenna matching device can be made smaller than the conventional SP3T switch.
- the inductor 14 is connected to the antenna side terminal P ANT side (antenna 101 side) of the switch 13. However, the inductor 14 is connected to the RF side terminal P RF side (RF circuit 102 side). You can also However, with the configuration for connecting the antenna terminal P ANT side inductor 14 of the switch 13, it is possible to make the impedance viewed antenna side terminal P ANT from the switch 13 to the 50 [Omega. Therefore, transmission loss can be further reduced.
- FIG. 6 is a block diagram of an antenna matching device and a wireless communication apparatus including the antenna matching device according to the third embodiment of the present invention.
- the antenna matching device 10B according to the present embodiment is obtained by adding a shunt connection type impedance adjusting unit 20 as compared with the antenna matching device 10A according to the second embodiment. This is the same as the antenna matching device 10A according to the embodiment.
- the impedance adjustment unit 20 includes switches 21 and 23 and inductors 22, 24 and 30.
- the inductor 30 is connected between the RF side terminal P RF and the ground.
- the switches 21 and 23 are SPST switches. One ends of the switch 21 and the switch 23 are connected to the RF side terminal PRF . The other end of the switch 21 is connected to one end of the inductor 24. The other end of the switch 23 is connected to the other end of the inductor 24. In other words, the inductor 24 is connected between the other end of the switch 21 and the other end of the switch 23. Furthermore, in other words, the series circuit of the switch 23 and the inductor 24 and the switch 21 are connected in parallel.
- the other end of the switch 21 and one end of the inductor 24 are connected to one end of the inductor 22.
- the other end of the inductor 22 is connected to the ground.
- the series circuit of the switch 23 and the inductor 24 and the parallel circuit of the switch 21 and the inductor 22 are connected in series between the RF side terminal P RF and the ground.
- the switches 21 and 23 are appropriately controlled to be conductive and open as the switches 12 and 13 are controlled to be conductive and open.
- a shunt connection type impedance adjusting unit is configured only by the inductor 30.
- a parallel circuit of the inductor 30 and the inductor 22 forms a shunt connection type impedance adjusting unit.
- a shunt connection type impedance adjustment unit is configured by the parallel circuit of the inductors 22 and 24 and the inductor 30 in parallel.
- the shunt connection type impedance can be adjusted more than the configuration using the conventional SP3T switch.
- the adjustment unit can be reduced in size. Thereby, an antenna matching device can be reduced in size.
- the inductor 22 is selected when the switch 21 is conductive and the switch 23 is open, and when the switch 21 is open and the switch 23 is conductive, the series inductor of the inductors 22 and 24 is selected. Selected.
- FIG. 7 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the Q of the shunt connection type impedance adjusting unit according to the third embodiment of the present invention and the Q of the conventional configuration.
- the solid line indicates the Q of the configuration of the present embodiment
- the broken line indicates the Q of the conventional configuration.
- L22 indicates a case where the switch 21 is conductive and the switch 23 is open and the inductor 22 is selected
- L22 + L24 is a case where the switch 21 is open and the switch 23 is conductive and the inductors 22 and 24 are connected in series.
- the case where an inductor is selected is shown.
- the conventional configuration refers to a structure in which switches are connected in series for each inductor. Therefore, the state of L22 + L24 indicates a state where an inductor of L3 equivalent to L22 + L24 is selected alone.
- FIG. 8 is a side sectional view of the antenna matching device of the present embodiment.
- the circuit elements for realizing the inductor and the conductor patterns for realizing the detailed circuit are not shown.
- the antenna matching device 10B includes a laminate 900.
- the laminated body 900 is formed by laminating a predetermined number of dielectric layers on which conductor patterns are formed. With this conductor pattern, a circuit configuration for connecting each circuit element (inductor or switch) of the antenna matching device 10B described above is realized.
- a mounting pattern is formed on the top surface of the multilayer body 900, and the mounting type switch element 921 is mounted. In addition, a plurality of mounted inductor elements that implement each inductor are mounted.
- the above-described switches 12 and 21 are incorporated in the mounting type switch element 921.
- the mounting type switch element 921 has a rectangular shape in plan view, for example, and includes one side surface and the other side surface facing each other. The terminals on the antenna side terminal P ANT side of the switches 12 and 21 are arranged on one side surface, and the terminals on the RF side terminal P RF side of the switches 12 and 21 are arranged on the other side surface.
- a recess 910 is formed leaving a range of a predetermined width along the outer periphery.
- the recess 910 is formed with an area and depth that can accommodate the mounting switch 922.
- a land conductor for mounting the mounting switch 922 is formed on the top surface of the recess 910 (a surface parallel to the top surface of the multilayer body 900).
- the mounting type switch element 922 includes switches 13 and 23.
- the mounting type switch element 922 also has the same shape as the mounting type switch element 921, the terminals on the ground GND side of the switches 13 and 23 are arranged on one side surface, and the terminals on the RF side terminal P RF side of the switches 13 and 23 are It is arranged on the other side surface.
- the mounting type switch element 922 is mounted on the multilayer body 900 so as to be connected to the land conductor in the recess 910. With this configuration, the mounting type switch element 922 is mounted so as to be accommodated in the stacked body 900.
- the mounting switch element 922 is disposed so as to face the mounting switch element 921.
- the mounting switch element 922 is disposed so as to overlap the mounting switch element 921 when the multilayer body 900 is viewed in plan, and the switch element 12 and the switch element 13 overlap in the stacking direction.
- the area of the multilayer body 900 in plan view can be made smaller than the aspect in which the mounting type switch elements 921 and 922 are both mounted on the top surface.
- the laminated body 900 can be reduced in size and size.
- Land conductors 931 and 932 for external connection are formed on the outer peripheral portion of the bottom surface of the multilayer body 900.
- the land conductor 931 is a terminal corresponding to the antenna side terminal P ANT of the antenna matching device 10B.
- the land conductor 932 is a terminal corresponding to the RF side terminal P RF of the antenna matching device 10B.
- the mounting type switch elements 921 and 922 are mounted such that the terminal on the RF side terminal P RF side is on the land conductor 932 side.
- the mounting type switch elements 921, 922 that is, the terminals on the RF side terminal P RF side of the switches 11, 12, 21, 23 can be arranged so as to be close to the land conductor 932. it can.
- the wiring pattern in the laminated body 900 can be simplified and the area of the laminated body 900 can be reduced.
- the connection distance between the switch elements 12 and 13 and the antenna-side terminal P ANT can be formed short with the same line length.
- the influence of the line length between the antenna side terminal P ANT and the antenna matching device 10B on the transmission characteristics of the high frequency signal can be minimized.
- FIG. 8 shows an example in which the mounting switch element 921 is disposed on the top surface of the multilayer body 900 and the mounting switch element 922 is disposed in the recess 910 of the multilayer body 900, the reverse may be possible.
- the switch 12 and 21 was implement
- a mounting type switch element may be individually formed for each switch.
- one transmission path may be configured to connect the antenna side terminal P ANT and the RF side terminal P RF without using a switch.
- the transmission path of the high-frequency signal for which the transmission loss is to be minimized may be a transmission path that does not pass through a switch. This is because the transmission loss of the inductor is smaller than the transmission loss of the switch as described above.
- 10, 10A, 10B, 10P antenna matching device, 11, 11P, 14, 22, 24, 30: inductor, 12, 12P, 13, 21, 23: switch, 20: impedance adjustment unit, 101: Antenna, 102: RF circuit section, 111, 111P: first transmission path, 112, 112P: second transmission path, 113: Third transmission path, 900: laminate 901: Top surface, 902: bottom surface, 910: a recess, 921, 922: mounting type switch elements, 931, 932: Land conductor
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Abstract
広い周波数帯域内に含まれる各通信信号の周波数帯域に対して伝送損失が所定値以下となるようにインピーダンスマッチングを行う。アンテナマッチングデバイス(10)は、アンテナ(101)に接続するアンテナ側端子(PANT)と、RF回路部(102)に接続するRF側端子(PRF)とを備える。アンテナ側端子(PANT)とRF側端子(PRF)とは、第1伝送経路(111)としてインダクタ(11)のみを介して接続されている。アンテナ側端子(PANT)とRF側端子(PRF)とは、第2伝送経路(112)としてスイッチ(12)のみを介して接続されている。スイッチ(12)はSPSTスイッチであり、高周波信号の周波数に応じて、スイッチ(12)の開放、導通を切り替えることで、第1伝送経路(111)と第2伝送経路(112)とを選択する。
Description
本発明は、広帯域アンテナとRF回路との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスに関するものである。
通信仕様の多様化に伴って、複数種類の高周波信号を通信可能な情報通信端末が必要とされている。各通信仕様は、それぞれに使用する周波数帯域が異なる。このため、従来の情報通信端末には、通信仕様毎にすなわち送受信する高周波信号の周波数帯域毎に、個別のアンテナが備えられていた。
しかしながら、情報通信端末の小型化に伴って、アンテナを共通化することが求められている。このため、複数の通信仕様の各周波数帯域を含む広い周波数帯域(広帯域)で、高周波信号を送受信可能なアンテナが利用されている。例えば、現在の携帯型電話機等では、800MHz帯から2GHz帯を送受信可能なアンテナが利用されていることがある。
このような広帯域を送受信可能なアンテナ(広帯域アンテナ)を用いた場合、各通信仕様の周波数帯域毎に、RF回路部とインピーダンスマッチングを行わなければならない。例えば、特許文献1のアンテナ装置では、アンテナとRF回路との間に、スイッチによって切り替え可能なアンテナマッチングデバイスが記載されている。
図9は、特許文献1に示すような従来のアンテナマッチングデバイスの回路構成図である。従来のアンテナマッチングデバイス10Pは、アンテナ側端子PANTを介してアンテナ101に接続されている。アンテナマッチングデバイス10Pは、RF側端子PRFを介してRF回路部102に接続されている。
スイッチ12Pは、いわゆるSPDTスイッチであり、第1選択端子もしくは第2選択端子を共通端子に切り替えて接続する。共通端子は、RF側端子PRFに接続されている。第1選択端子は、伝送線路のみを介して直接にアンテナ側端子PANTに接続されている。この経路が第1伝送経路111Pとなる。第2選択端子は、インダクタ11Pを介してアンテナ側端子PANTに接続されている。この経路が第2伝送経路112Pとなる。
このような構成のアンテナマッチングデバイスでは、送受信する周波数によって、スイッチ12Pを切り替え制御する。周波数の低い第1周波数の通信信号を送受信する場合には、第1選択端子(第1伝送経路111P)を選択する。周波数の高い第2周波数の通信信号を送受信する場合には、第2選択端子(第2伝送経路112P)を選択する。
このような構成において、アンテナ101とRF回路部102を直接接続した場合に、アンテナ101とRF回路部102とのインピーダンスが第1周波数でマッチングするように設定しておく。これにより、スイッチ12Pによって、第1伝送経路111Pを選択してアンテナ101とRF回路部102とを接続すれば、第1周波数での通信信号の反射損失(リターンロス)を低減することが可能になる。
そして、第2選択経路112Pに接続されるインダクタ11Pのインダクタンスを適宜設定し、アンテナ101とRF回路部102とのインピーダンスが第2周波数でマッチングするように設定しておく。これにより、スイッチ12Pによって、第2伝送経路112Pを選択してアンテナ101とRF回路部102とを接続すれば、第2周波数での通信信号の反射損失を低減することが可能になる。
しかしながら、上述の従来の構成では、全ての伝送経路がスイッチを介している。したがって、どの周波数の通信信号を選択する場合でも、通信信号がスイッチを経由する。スイッチは、必ず伝送損失を有するので、どの周波数の通信信号を伝送する場合であってもスイッチによる伝送損失が発生してしまう。そして、スイッチによる伝送損失は、インダクタやキャパシタのような単独の受動素子を経由する際に生じる伝送損失よりも大きい。
したがって、アンテナマッチングデバイス1Pによって反射損失を低下させても、スイッチ12Pによる伝送損失によって、アンテナマッチングデバイス1P全体としての伝送損失を、伝送する全ての周波数に対して十分に低く抑えることができない。
本発明の目的は、広い周波数帯域内に含まれる各通信信号の周波数帯域に対して伝送損失が所定値以下となるようにインピーダンスマッチングを行うことができるアンテナマッチングデバイスを提供することにある。
この発明は、アンテナとRF回路部との間に接続され、アンテナとRF回路部との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスに関するものであり、次の特徴を有する。本発明のアンテナマッチングデバイスでは、アンテナに接続するアンテナ側端子と、RF回路部に接続するRF側端子との間に、第1のインピーダンス調整素子のみを接続した第1伝送経路と、第1のスイッチを含むように構成された第2伝送経路と、を並列に備える。
この構成では、第1のスイッチが導通ならば、第2伝送経路が選択され、アンテナのインピーダンス特性に応じた第2の周波数での伝送損失を所定値以下に抑圧できる。第1のスイッチが開放ならば、第1伝送経路が選択され、第1のインピーダンス調整素子の素子値に応じてインピーダンスマッチングされた第1の周波数での反射損失を所定値以下に抑圧できる。この際、第1の周波数では、スイッチを介さないので、スイッチによる伝送損失は生じない。したがって、第1伝送経路を選択して第1の周波数を伝送した際の伝送損失を低くすることができ、アンテナマッチングデバイスとしての第1の周波数での伝送損失も所定値以下に抑圧できる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であってもよい。アンテナマッチングデバイスは、第2のインピーダンス調整素子と第2のスイッチとを直列接続した第3伝送経路を備える。第3伝送経路は、アンテナ側端子とRF側端子との間に、第1伝送経路および第2伝送経路に並列に接続されている。
この構成では、第3伝送経路を備えることで、さらに別の周波数での伝送損失も所定値以下に抑圧できる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、第2のインピーダンス調整素子は、第2のスイッチとアンテナ側端子との間に接続されていることが好ましい。
この構成では、第2のスイッチから見たアンテナ側端子のインピーダンスを50Ωに近づけることができる。これにより、第3伝送経路の伝送損失をさらに低くすることができる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、第1のインピーダンス調整素子は、使用する周波数帯域のうちアンテナの利得が最も低い信号の周波数帯域でインピーダンスマッチングされるように、素子値が決定されていることが好ましい。
上述の従来技術に示したように、スイッチの伝送損失は、インピーダンス調整素子の伝送損失よりも大きい。言い換えれば、インピーダンス調整素子の伝送損失は、スイッチの伝送損失よりも小さい。したがって、この構成を用いることで、最も伝送損失の発生を避けたい信号を、アンテナとRF回路部との間で最も低損失に伝送することができる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、RF側端子とグランドとの間に接続された第3のインピーダンス調整素子を含むシャント接続型のインピーダンス調整部を備えることが好ましい。
この構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部も用いてアンテナとRF回路部との間のインピーダンスマッチングを行うことができる。これにより、反射損失をさらに低減させるように、インピーダンスマッチングを行うことができる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であることが好ましい。シャント接続型のインピーダンス調整部は、第3のインピーダンス調整素子とRF側端子との間に接続された第3のスイッチと、第4のスイッチと第4のインピーダンス調整素子との直列回路と、を備える。第4のスイッチと第4のインピーダンス調整素子との直列回路は、第3のスイッチに対して並列接続されている。第4のインピーダンス調整素子は、第4のスイッチに対して第3のインピーダンス調整素子側に配置されている。
この構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部のより具体的な態様を示している。このような構成では、伝送する信号の周波数に応じて、シャント接続型のインピーダンス調整部のインピーダンス調整量を切り替えることができる。これにより、それぞれに周波数が異なる複数の通信信号毎に、より適切なインピーダンスマッチングを行うことができる。
この際、第3のスイッチにおける第3のインピーダンス調整素子側と、第4のスイッチにおける第3のインピーダンス調整素子側との間に、第4のインピーダンス調整素子を接続することで、スイッチの寄生容量の影響を低減でき、スイッチとインピーダンス調整素子との組合せによる特性劣化を抑制できる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であることが好ましい。アンテナマッチングデバイスは、該アンテナマッチングデバイスの回路を構成する導体パターンが形成された誘電体層を積層してなる積層体によって形成されている。複数のスイッチは、少なくとも二つの実装型スイッチ素子からなる。積層体には、底面側から凹部が形成されている。各実装型スイッチ素子は、積層体の天面と、凹部における天面に略平行な面とに、それぞれ実装されている。
この構成では、積層体を平面視して、実装型スイッチ素子が重なり合うように配置される。これにより、実装型スイッチ素子を天面にのみ実装する態様と比較して、アンテナマッチングデバイスを小面積で形成することができる。
また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であることが好ましい。天面に実装される実装型スイッチ素子と、凹部の天面に略平行な面に実装される実装型スイッチ素子は、積層体に実装されている状態において、RF側端子に接続される側の実装用端子が実装型スイッチ素子本体に対して同じ側に配置されている。
この発明によれば、広い周波数帯域内に含まれる使用周波数帯域が異なる複数の通信信号のそれぞれに対して、要求される値以下の伝送損失を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび高周波フロントエンドモジュールについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。
アンテナマッチングデバイス10は、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFとを備える。アンテナ側端子PANTは、アンテナ101に接続されている。RF側端子PRFは、RF回路部102に接続されている。これらアンテナマッチングデバイス10、アンテナ101、RF回路部102によって無線通信のフロントエンドモジュール(無線通信装置)を構成している。
ここで、アンテナ101は、広い周波数帯域(広帯域)で高周波信号を送受信できる形状からなり、例えば導体ラインよって形成されている。アンテナ101は、例えば、800MHzから2GHzまでを送受信できる形状からなる。ただし、アンテナ101は、送受信可能な周波数帯域の中で、全ての周波数で同じように高い利得で送受信できるものではなく、所定の高い利得が得られる周波数帯域(損失の小さな周波数帯域)と、所定の利得が得られない周波数帯域(損失の大きな周波数帯域)とが混在するものである。例えば、使用する3つの周波数帯域において、アンテナ101は、1.8GHzから2.0GHzの周波数帯域で最も高い利得が得られ、1.4GHzから1.6GHzの周波数帯域では1.8GHzから2.0GHzの周波数帯域よりも或程度利得が低く、800MHz付近の周波数帯域では、それと比較して、さらに利得が低くなるような構造である。すなわち、アンテナ101は、そのままRF回路部102に接続した場合、2.0GHz付近において、最も低損失で信号を、RF回路部102に伝送することができる。
RF回路部102は、例えば送信する通信信号を生成するVCOと、受信した通信信号を復調する復調部とを切り替えてアンテナ101に接続する高周波スイッチ回路等からなり、複数種類の通信信号をアンテナ101で送受信するための回路からなる。
アンテナマッチングデバイス10は、インダクタ11と、スイッチ12とを備える。インダクタ11は、本発明の「第1のインピーダンス調整素子」に相当する。インダクタ11は、実装型のチップ部品で実現してもよく、所定の長さ、幅、形状からなる導体ラインで実現してもよい。
スイッチ12は、本発明の「第1のスイッチ」に相当する。スイッチ12は、外部からの制御信号に基づいて、開放、導通を切り替える素子である。スイッチ12は、所謂、SPST(Single-Pole/Single-Throw)スイッチである。
インダクタ11とスイッチ12は、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFとの間に並列接続されている。言い換えれば、インダクタ11とスイッチ12は、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFとの間において、具体的に次に示すように接続されている。
インダクタ11の一方端は、アンテナ側端子PANTに接続されており、インダクタ11の他方端は、RF側端子PRFに接続されている。このインダクタ11のみを介してアンテナ側端子PANTとRF側端子PRFが接続される経路が第1伝送経路111となる。
スイッチ12の一方端は、アンテナ側端子PANTに接続されており、スイッチ12の他方端は、RF側端子PRFに接続されている。このスイッチ12のみを介してアンテナ側端子PANTとRF側端子PRFが接続される経路が第2伝送経路112となる。
次に、本実施形態のアンテナマッチングデバイス10の動作態様について説明する。図2は、本実施形態のアンテナマッチングデバイス10の動作態様を説明するブロック図である。図2(A)はスイッチ12が導通の場合を示し、図2(B)はスイッチ12が開放の場合を示す。なお、以下では、アンテナ101で受信した高周波信号をRF回路102に伝送する場合を示す。受信信号は、送信信号と比較して信号レベルが低いため、このような受信の場合を考慮することで、アンテナマッチングデバイス10の効果がより明確に現れる。
(A)スイッチ12が導通の場合
スイッチ12が導通すると、第2伝送経路112が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とがスイッチ12を介して接続される。
スイッチ12が導通すると、第2伝送経路112が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とがスイッチ12を介して接続される。
この際、インダクタ11(第1伝送経路111)側は、インダクタ11のインダクタンスによって、高周波信号に対するインピーダンスが高くなる。特に、第2伝送経路112で伝送しようとしている周波数は、1.8GHzから2.0GHzと、当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における高周波数側であるので、当該周波数帯域における第1伝送経路111のインピーダンスは、より高くなる。これにより、高周波信号の周波数帯域では、アンテナ側端子PANTから見て、第1伝送経路111側は開放された状態となる。したがって、高周波信号は、主に第2伝送経路112を介して、アンテナ101からRF回路部102へ伝送される。
上述のように、アンテナ101は、1.8GHzから2.0GHzで最も高い利得が得られるので、このように、アンテナ101とRF回路部102を第2伝送経路112、すなわちスイッチ12のみを介して直接接続すれば、1.8GHzから2.0GHzの高周波信号を、アンテナ101からRF回路部102へ低損失に伝送することができる。
なお、スイッチ12の伝送損失は発生してしまうが、この帯域でのアンテナ101の利得が高いため、必要なレベルで高周波信号をRF回路部102に入力させることができる。
(B)スイッチ12が開放の場合
スイッチ12が開放すると、第1伝送経路111が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とは、インダクタ11を介して接続される。
スイッチ12が開放すると、第1伝送経路111が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とは、インダクタ11を介して接続される。
ここで、インダクタ11は、アンテナ101の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ11を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ101における最も利得の高い周波数よりも低い周波数においても、インダクタ11のインダクタンスに応じて、アンテナとRF回路間の整合を調整することができる。このため、反射損失を小さくでき、高い利得を得ることができる。
具体的には、上述のように、アンテナ101は、1.8GHzから2.0GHzで最も高い利得が得られるので、インダクタ11のインダクタンスを適宜設定することで、850MHzから900MHzでの利得を高くすることができる。これにより、アンテナ101とRF回路部102を第1伝送経路111、すなわちインダクタ11を介して接続すれば、850MHzから900MHzの高周波信号(当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における低周波数の信号)を、アンテナ101からRF回路部102へ低損失に伝送することができる。
なお、この場合、スイッチを介することなく、高周波信号を伝送することができるので、スイッチによる伝送損失は生じない。そして、インダクタ11による伝送損失、すなわち、単独の受動素子による伝送損失は、スイッチによる伝送損失と比較して小さい。したがって、アンテナ101で受信した850MHzから900MHzの高周波信号を、低損失にRF回路部102へ入力させることができる。
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、所定の周波数帯域内における複数の周波数帯域でそれぞれ所望レベル以下の伝送損失となるように、高周波信号を伝送することができる。この際、二種類の周波数帯域の信号を切り替えて伝送するのに、一つのSPSTスイッチを用いればよく、従来のSPDTスイッチを用いるよりも、アンテナマッチングデバイスを小型に形成することができる。
次に、第2の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスについて、図を参照して説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。本実施形態のアンテナマッチングデバイス10Aは、第1の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス10と比較して、第3伝送経路113を追加したものであり、他の構成は、第1の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス10と同じである。
アンテナマッチングデバイス10Aは、スイッチ13とインダクタ14とを備える。スイッチ13は、本発明の「第2のスイッチ」に相当する。スイッチ13は、外部からの制御信号に基づいて、開放、導通を切り替える素子である。スイッチ13は、所謂、SPST(Single-Pole/Single-Throw)スイッチである。インダクタ14は、本発明の「第2のインピーダンス調整素子」に相当する。インダクタ14は、実装型のチップ部品で実現してもよく、所定の長さ、幅、形状からなる導体ラインで実現してもよい。
スイッチ13とインダクタ14は、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFとの間に直列接続されている。この際、スイッチ13とインダクタ14との直列回路は、インダクタ11およびスイッチ12と並列に接続されている。
より具体的には、スイッチ13とインダクタ11は、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFとの間において、次に示すように接続されている。
インダクタ14の一方端は、アンテナ側端子PANTに接続されており、インダクタ11の他方端は、スイッチ13の一方端に接続されている。スイッチ13の他方端は、RF側端子PRFに接続されている。このインダクタ14とスイッチ13との直列回路を介してアンテナ側端子PANTとRF側端子PRFが接続される経路が第3伝送経路113となる。
次に、本実施形態のアンテナマッチングデバイス10Aの動作態様について説明する。図4は、本実施形態のアンテナマッチングデバイス10Aの動作態様を説明するブロック図である。図4(A)はスイッチ12が導通で、スイッチ13が開放の場合を示し、図4(B)はスイッチ12、スイッチ13がともに開放の場合を示し、図4(C)はスイッチ12が開放で、スイッチ13が導通の場合を示す。図5は、本実施形態のアンテナマッチングデバイスにおける各動作態様での回路損の周波数特性を示す図である。図5(A)は図4(A)の動作態様の場合を示し、図5(B)は図4(B)の動作態様の場合を示し、図5(C)は図4(C)の動作態様の場合を示す。ここで、回路損とは、アンテナマッチングデバイスを通過する高周波信号の伝送損失であり、反射損失による影響は含まない。なお、本実施形態でも、アンテナ101で受信した高周波信号をRF回路102に伝送する場合を示す。
(A)スイッチ12が導通で、スイッチ13が開放の場合
スイッチ12が導通して、スイッチ13が開放すると、第3伝送経路113が開放(切断)され、第2伝送経路112が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とがスイッチ12を介して接続される。
スイッチ12が導通して、スイッチ13が開放すると、第3伝送経路113が開放(切断)され、第2伝送経路112が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とがスイッチ12を介して接続される。
この際、インダクタ11(第1伝送経路111)側は、第1の実施形態と同様に、インダクタ11のインダクタンスによって、高周波信号に対するインピーダンスが高くなる。これにより、高周波信号の周波数帯域では、アンテナ側端子PANTから見て、第1伝送経路111側は開放された状態となる。したがって、高周波信号は、第2伝送経路112のみを介して、アンテナ101からRF回路部102へ伝送される。
具体的なシミュレーション結果として、図5(A)に示すように、本願構成を用いることで、従来構成(図9において、アンテナとRF回路部に3つの経路があり、SP3Tスイッチを利用して、当該3つの経路を切り替える構成)よりも、1.8GHzから2.0GHzの周波数帯域付近での回路損を小さくすることができる。
したがって、第1の実施形態と同様に、1.8GHzから2.0GHzの高周波信号を、アンテナ101からRF回路部102へ低損失に伝送することができる。
(B)スイッチ12とスイッチ13がともに開放の場合
スイッチ12,13が開放すると、第1伝送経路111が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とは、インダクタ11を介して接続される。
スイッチ12,13が開放すると、第1伝送経路111が選択される。したがって、アンテナ101とRF回路部102とは、インダクタ11を介して接続される。
具体的なシミュレーション結果として、図5(B)に示すように、本願構成を用いることで、高周波信号がスイッチ素子を通過しないように設定できる。このため、従来構成(SP3Tスイッチを利用する構成)よりも、800MHz付近の周波数帯域での回路損を大幅に改善することができる。アンテナ101において、800MHz付近の周波数帯域は、使用周波数帯域の中で利得が最も低く、本発明の最も低損失に信号を伝送したい周波数の信号に相当する。
ここで、インダクタ11は、アンテナ101の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ11を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ101における最も利得の高い周波数よりも、低い周波数においても、インダクタ11のインダクタンスに応じて、アンテナとRF回路間の整合を調整することができる。このため、反射損失を小さくでき、高い利得を得ることができる。
これにより、第1の実施形態と同様に、アンテナ101で受信した850MHzから900MHzの高周波信号を、低損失にRF回路部102へ入力させることができる。
(C)スイッチ13が導通で、スイッチ12が開放の場合
スイッチ13が導通して、スイッチ12が開放すると、第2伝送経路112が開放(切断)される。したがって、第1伝送経路111と第3伝送経路113が選択される。これにより、アンテナ101とRF回路部102とが、インダクタ11とインダクタ14との並列回路を介して接続される。
スイッチ13が導通して、スイッチ12が開放すると、第2伝送経路112が開放(切断)される。したがって、第1伝送経路111と第3伝送経路113が選択される。これにより、アンテナ101とRF回路部102とが、インダクタ11とインダクタ14との並列回路を介して接続される。
ここで、インダクタ11とインダクタ14は、アンテナ101の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ11とインダクタ14の並列回路を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ101における最も利得の高い周波数よりも、インダクタ11とインダクタ14の並列回路のインダクタンスに応じた周波数分だけ低周波数の位置で、高い利得を得るように調整することができる。この際、インダクタ11とインダクタ14との並列回路のインダクタンスは、インダクタ11の単独のインダクタンスよりも小さくなる。
このため、上述のように、インダクタ11のインダクタンスを適宜設定して850MHzから900MHzでの利得を高くする場合には、インダクタ11とインダクタ14との並列回路により、850MHzから900MHzの周波数帯域と、アンテナ101の利得が高い1.8GHzから2.0GHzの周波数帯域との間の所定周波数帯域の利得を高くすることができる。例えば、インダクタ14のインダクタンスを適宜設定することで、1.5GHz付近の周波数帯域の利得を高くすることができる。
これにより、アンテナ101とRF回路部102を第1,第3伝送経路111,113、すなわちインダクタ11とインダクタ14との並列回路を介して接続すれば、例えば1.5GHz付近の高周波信号(当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における中周波数の信号)を、アンテナ101からRF回路部102へ低損失に伝送することができる。
なお、この場合、第1伝送経路111ではスイッチを介することなく、高周波信号を伝送することができるので、第1伝送経路111と第3伝送経路113の両方にスイッチが備えられている場合と比較して、伝送損失を低減させることができる。
具体的なシミュレーション結果として、図5(C)に示すように、本願構成を用いることで、従来構成(SP3Tスイッチを利用する構成)よりも、1.5GHz付近の周波数帯域での回路損を大幅に改善することができる。
したがって、アンテナ101で受信した1.5GHz付近の周波数帯域の高周波信号を、低損失にRF回路部102へ入力させることができる。
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、所定の周波数帯域内における複数の周波数帯域でそれぞれ所望レベル以下の伝送損失となるように、高周波信号を伝送することができる。この際、三種類の周波数帯域の信号を切り替えて伝送するのに、二つのSPSTスイッチを用いればよく、従来のSP3Tスイッチを用いるよりも、アンテナマッチングデバイスを小型に形成することができる。
なお、上述の構成では、スイッチ13のアンテナ側端子PANT側(アンテナ101側)にインダクタ14を接続する構成を示したが、RF側端子PRF側(RF回路102側)にインダクタ14を接続することもできる。ただし、スイッチ13のアンテナ側端子PANT側にインダクタ14を接続する構成とすることで、スイッチ13からアンテナ側端子PANTを見たインピーダンスを50Ωに近づけることができる。したがって、伝送損失をさらに低減することができる。
次に、第3の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスについて、図を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。本実施形態のアンテナマッチングデバイス10Bは、第2の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス10Aと比較して、シャント接続型のインピーダンス調整部20を追加したものであり、他の構成は、第2の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス10Aと同じである。
インピーダンス調整部20は、スイッチ21,23、インダクタ22,24,30を備える。インダクタ30は、RF側端子PRFとグランドとの間に接続されている。
スイッチ21,23は、SPSTスイッチである。スイッチ21およびスイッチ23の一方端は、RF側端子PRFに接続されている。スイッチ21の他方端は、インダクタ24の一方端に接続されている。スイッチ23の他方端は、インダクタ24の他方端に接続されている。言い換えれば、インダクタ24は、スイッチ21の他方端とスイッチ23の他方端との間に接続されている。さらに言い換えれば、スイッチ23とインダクタ24との直列回路と、スイッチ21とは、並列接続されている。
スイッチ21の他方端およびインダクタ24の一方端は、インダクタ22の一方端に接続されている。インダクタ22の他方端はグランドに接続されている。言い換えれば、スイッチ23およびインダクタ24の直列回路とスイッチ21との並列回路と、インダクタ22は、RF側端子PRFとグランドとの間に直列接続されている。
スイッチ21,23は、上述のスイッチ12,13の導通、開放の制御に伴って、適宜導通、開放の制御が行われる。スイッチ21,23がともに開放の場合には、インダクタ30のみによって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。スイッチ21が導通で、スイッチ23が開放の場合、インダクタ30とインダクタ22との並列回路によって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。スイッチ21が開放で、スイッチ23が導通の場合、インダクタ22,24の直列回路とインダクタ30との並列回路によって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。
このように、本実施形態の構成を用いることで、異なる三種類のインピーダンス調整を行うことができる。この三種類のインピーダンス調整を、上述の第1、第2、第3伝送経路111,112,113を用いた三種類のインピーダンス調整に組み合わせることで、アンテナ101とRF回路部102とのインピーダンスマッチングをさらに適切に行うことができる。
そして、本実施形態の構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部に対して、二つのSPSTスイッチで三種類のインピーダンスを調整できるので、従来のSP3Tスイッチを用いた構成よりも、シャント接続型のインピーダンス調整部を小型にすることができる。これにより、アンテナマッチングデバイスを小型にすることができる。
さらに、本実施形態の構成では、スイッチ21が導通でスイッチ23が開放の場合にはインダクタ22が選択され、スイッチ21が開放でスイッチ23が導通の場合には、インダクタ22,24の直列インダクタが選択される。このような構成とすることで、シャント接続型のインピーダンス調整部20のQを改善することができる。
図7は、本発明の第3の実施形態に係るシャント接続型のインピーダンス調整部のQと、従来構成のQの周波数特性を示す図である。図7において、実線は本実施形態の構成のQを示し、破線は従来の構成のQを示す。図7において、L22はスイッチ21が導通でスイッチ23が開放の場合でありインダクタ22が選択された場合を示し、L22+L24はスイッチ21が開放でスイッチ23が導通の場合でありインダクタ22,24の直列インダクタが選択された場合を示す。なお、従来の構成とは、インダクタ毎にスイッチを直列接続させた構造を示す。このため、L22+L24の状態は、L22+L24と同等のL3のインダクタが単独で選択された状態を示す。
図7に示すように、インダクタ22が選択された場合、本実施形態の構成では周波数が3.0GHz付近であってもQは劣化しない。一方、従来の構成では2.8GHz付近を境にそれ以上の周波数でQが劣化する。また、インダクタ22,24の直列インダクタが選択された場合、本実施形態の構成では3.0GHzまでQは劣化しない。一方、従来の構成では1.5GHz付近でQが最も良くなり、それ以上の周波数ではQが大幅に劣化する。
これは、高周波数になるほどスイッチの寄生容量が高くなり、開放されたスイッチであっても、スイッチに接続されているインダクタと当該の開放されたスイッチとの直列共振が発生してしまうからである。したがって、本実施形態の構成に示すように、それぞれ独立にインダクタの接続を切り替える従来の構成よりも、開放のスイッチとインダクタによる直列共振の周波数を通信信号の周波数に影響しないさらに高周波側の周波数帯域にずらすことで、Qを改善することができる。
このように、本実施形態の構成を用いることで、高周波信号をさらに低損失に伝送することができる。
上述の回路構成からなるアンテナマッチングデバイス10Bは、次に示すような構造によって実現される。図8は、本実施形態のアンテナマッチングデバイスの側面断面図である。なお、図8では、インダクタを実現する回路素子や、詳細な回路を実現する導体パターンは、図示を省略している。
アンテナマッチングデバイス10Bは、積層体900を備える。積層体900は、導体パターンが形成された誘電体層を所定枚数積層してなる。この導体パターンにより、上述のアンテナマッチングデバイス10Bの各回路素子(インダクタやスイッチ)を接続する回路構成が実現される。
積層体900の天面には、実装パターンが形成されており、実装型スイッチ素子921が実装されている。また、各インダクタをそれぞれ実現する複数の実装型インダクタ素子が実装されている。実装型スイッチ素子921には、上述のスイッチ12,21が内蔵されている。実装型スイッチ素子921は、例えば平面視して、矩形状からなり、互いに対向する一方側面と他方側面を備える。スイッチ12,21のアンテナ側端子PANT側となる端子は一方側面に配置され、スイッチ12,21のRF側端子PRF側となる端子は他方側面に配置されている。
積層体900の底面側には、外周に沿った所定幅の範囲を残して、凹部910が形成されている。凹部910は、実装型スイッチ922が収容可能な面積および深さで形成されている。凹部910の天面(積層体900の天面に平行な面)には、実装型スイッチ922を実装するためのランド導体が形成されている。
実装型スイッチ素子922は、スイッチ13,23が内蔵されている。実装型スイッチ素子922も実装型スイッチ素子921と同じ形状からなり、スイッチ13,23のグランドGND側となる端子は一方側面に配置され、スイッチ13,23のRF側端子PRF側となる端子は他方側面に配置されている。
実装型スイッチ素子922は、凹部910内のランド導体に接続されるように、積層体900に実装される。これの構成により、実装型スイッチ素子922は、積層体900内に収容されるように、実装される。
この際、実装型スイッチ素子922は、実装型スイッチ素子921と対向するように配置される。言い換えれば、積層体900を平面視して、実装型スイッチ素子922は、実装型スイッチ素子921と重なるように配置され、スイッチ素子12とスイッチ素子13とは積層方向に重なる。これにより、実装型スイッチ素子921,922をともに天面に実装する態様よりも、積層体900の平面視した面積を小さくすることができる。これにより、積層体900を小面積化して小型化することができる。
積層体900の底面の外周部には、外部接続用のランド導体931,932が形成されている。ランド導体931は、アンテナマッチングデバイス10Bのアンテナ側端子PANTに対応する端子である。ランド導体932は、アンテナマッチングデバイス10BのRF側端子PRFに対応する端子である。ここで、実装型スイッチ素子921,922は、RF側端子PRF側となる端子が、ランド導体932側となるように実装されている。
このような構成とすることで、実装型スイッチ素子921,922、すなわちスイッチ11,12,21,23のRF側端子PRF側となる端子が、ランド導体932に近くなるように配置することができる。これにより、積層体900内の配線パターンを簡素化することができ、積層体900の小面積化を実現できる。特に、スイッチ素子12とスイッチ素子13を積層方向に重ねることで、スイッチ素子12,13とアンテナ側端子PANTとの接続距離を同一の線路長で短く形成することができる。これにより、アンテナ側端子PANTとアンテナマッチングデバイス10B間の線路長が高周波信号の伝送特性に与える影響を最小限にできる。
なお、図8では、実装型スイッチ素子921を積層体900の天面に、実装型スイッチ素子922を積層体900の凹部910内に配置する例を示したが、逆であってもよい。また、実装型スイッチ素子921でスイッチ12,21を実現し、実装型スイッチ素子922でスイッチ13,23を実現する例を示したが、他の組合せであってもよい。さらには、また、スイッチ毎に個別に実装型スイッチ素子を形成してもよい。
また、上述の説明では、三種類までの伝送経路を選択する例を示したが、四種類以上であってもよい。この際、一つの伝送経路は、スイッチを介することなく、アンテナ側端子PANTとRF側端子PRFを接続するように構成すればよい。
また、上述の説明では具体的に指定しなかったが、最も伝送損失を少なくしたい高周波信号の伝送経路を、スイッチを介さない伝送経路にするとよい。これは、上述のように、スイッチの伝送損失よりもインダクタの伝送損失の方が小さいからである。
また、上述の説明では、波長を長くする効果を有するインダクタを用いる例を示したが、波長を短縮する効果を有するキャパシタを用いてもよい。この場合、キャパシタを介さない伝送経路を選択する場合の高周波信号の周波数を、伝送する周波数帯域の低い周波数に設定すればよい。
10,10A,10B,10P:アンテナマッチングデバイス、
11,11P,14,22,24,30:インダクタ、
12,12P,13,21,23:スイッチ、
20:インピーダンス調整部、
101:アンテナ、
102:RF回路部、
111,111P:第1伝送経路、
112,112P:第2伝送経路、
113:第3伝送経路、
900:積層体、
901:天面、
902:底面、
910:凹部、
921,922:実装型スイッチ素子、
931,932:ランド導体
11,11P,14,22,24,30:インダクタ、
12,12P,13,21,23:スイッチ、
20:インピーダンス調整部、
101:アンテナ、
102:RF回路部、
111,111P:第1伝送経路、
112,112P:第2伝送経路、
113:第3伝送経路、
900:積層体、
901:天面、
902:底面、
910:凹部、
921,922:実装型スイッチ素子、
931,932:ランド導体
Claims (8)
- アンテナとRF回路部との間に接続され、前記アンテナと前記RF回路部との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスであって、
前記アンテナに接続するアンテナ側端子と、前記RF回路部に接続するRF側端子との間に、
第1のインピーダンス調整素子のみを接続した第1伝送経路と、
第1のスイッチを含むように構成された第2伝送経路と、
を並列に備える、アンテナマッチングデバイス。 - 第2のインピーダンス調整素子と第2のスイッチとを直列接続した第3伝送経路を備え、
該第3伝送経路は、
前記アンテナ側端子と前記RF側端子との間に、前記第1伝送経路および前記第2伝送経路に並列に接続する、請求項1に記載のアンテナマッチングデバイス。 - 前記第2のインピーダンス調整素子は、前記第2のスイッチと前記アンテナ側端子との間に接続されている、請求項2に記載のアンテナマッチングデバイス。
- 前記第1のインピーダンス調整素子は、前記アンテナ側端子と前記RF回路部との間で、使用する周波数帯域のうち前記アンテナの利得が最も低い信号の周波数帯域でインピーダンスマッチングされるように、素子値が決定されている、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のアンテナマッチングデバイス。
- 前記RF側端子とグランドとの間に接続された第3のインピーダンス調整素子を含むシャント接続型のインピーダンス調整部を備える、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアンテナマッチングデバイス。
- 前記シャント接続型のインピーダンス調整部は、
前記第3のインピーダンス調整素子と前記RF側端子との間に接続された第3のスイッチと、
第4のスイッチと第4のインピーダンス調整素子との直列回路と、を備え、
前記第4のスイッチと前記第4のインピーダンス調整素子との直列回路は、
前記第3のスイッチに対して並列接続され、
前記第4のインピーダンス調整素子は、前記第4のスイッチに対して前記第3のインピーダンス調整素子側に配置されている、請求項5に記載のアンテナマッチングデバイス。 - 請求項2または請求項6に記載のアンテナマッチングデバイスであって、
前記アンテナマッチングデバイスは、該アンテナマッチングデバイスの回路を構成する導体パターンが形成された誘電体層を積層してなる積層体によって形成され、
複数のスイッチは、少なくとも二つの実装型スイッチ素子からなり、
前記積層体には、底面側から凹部が形成されており、
前記積層体の天面と前記凹部の前記天面に略平行な面とに、前記実装型スイッチ素子がそれぞれ実装されている、アンテナマッチングデバイス。 - 前記天面に実装される実装型スイッチ素子と、前記凹部の前記天面に略平行な面に実装される実装型スイッチ素子は、前記積層体に実装されている状態において、
前記RF側端子に接続される側の実装用端子が、前記実装型スイッチ素子本体に対して同じ側に配置されている、請求項7に記載のアンテナマッチングデバイス。
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