(57)【要約】【課題】多機能・高性能な携帯電子機器に好適な、小型化された高周波モジュールを提供する。【解決手段】送信信号を増幅する電力増幅素子２と、電力増幅素子２の出力インピーダンスを５０Ωに整合させるための整合回路３と、出力電力をモニタするための方向性結合回路６を具備する高周波モジュールにおいて、整合回路３のインダクタンスＬ１用パターンが、方向性結合器６の一次側線路を兼ねることによって、整合回路６が方向性結合器３を兼ね備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を増幅する電力増幅素子と、電力増幅素子の出力インピーダンスを整合させるための整合回路と、出力電力をモニタするための方向性結合回路を具備する高周波モジュールにおいて、整合回路のインダクタンス用パターンが、方向性結合器の一次側線路を兼ねることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
アンテナに給電される送信信号を通過させるフィルタ回路、又は当該送信信号とアンテナから受信された受信信号とを切り分けるためのアンテナ共用器を具備する請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
電力増幅素子の入力に帯域通過フィルタを具備する請求項１または請求項２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
分波器を具備する請求項１乃至請求項３のいずれか記載の高周波モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか記載の高周波モジュールを内蔵することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ(Wireless Local Loop)等の電子通信機器・電子通信装置等に用いられる高周波モジュールに関し、高周波電力増幅回路、高周波フィルタ回路、高周波アンテナ共用器などを一体構成した小型・高性能かつ低価格な高周波モジュールおよび無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高周波モジュールＢは、図６に示されるような回路構成を有している。図６において、２１は出力端子、２２は電力増幅素子、２３は整合回路、２４は送信信号入力端子、２５はモニタ信号出力端子、２６は方向性結合回路である。
【０００３】
送信信号入力端子２４から入力された送信信号は、電力増幅素子２２で信号増幅され、整合回路２３と方向性結合回路２６を介して、出力端子２１へ入力される。整合回路２３は、電力増幅素子の出力インピーダンスを５０Ωに変換するために設けられ、方向性結合回路２６は、出力電力をモニタするために設けられている（例えば、特許文献１など）。
【０００４】
このような高周波モジュールに対しての市場の第一の要求は、小型化である。例えば、近年の携帯電話等においては、高機能化、多機能化が進み、多数の部品を筐体に詰め込むため、各部品を小型化する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−２４７１０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような高周波モジュールによれば、上記図６の回路構成における電力増幅素子２２、整合回路２３、方向性結合回路２６を構成する素子、インダクタンス、コンデンサなどはそれぞれ高周波モジュールの誘電体基板の表面に素子やチップ部品として実装されたり、誘電体基板の内部に内装されて形成される。小型化するためには、誘電体基板として高誘電率の基板を採用したり、各構成部品を最小形状のものを採用したりして、小型化設計を行なっているが、これらの方法にも限界があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記回路構成の小型化を可能にした高周波モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高周波モジュールは、送信信号を増幅する電力増幅素子と、電力増幅素子の出力インピーダンスを整合させるための整合回路と、出力電力をモニタするための方向性結合回路を具備する高周波モジュールにおいて、整合回路のインダクタンス用パターンが、方向性結合器の一次側線路を兼ねることを特徴とするものである。
【０００８】
また、かかる高周波モジュールにおいては、アンテナに給電される送信信号を通過させるフィルタ回路、又は当該送信信号とアンテナから受信された受信信号とを切り分けるためのアンテナ共用器、電力増幅素子の入力側に帯域通過フィルタを、さらには分波器などを適宜、具備してもよい。
【０００９】
さらに、本発明の無線通信装置は、上記の高周波モジュールを内蔵するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主には電力増幅素子と整合回路と方向性結合回路から構成され、整合回路のインダクタンス用パターンを方向性結合回路の一次側線路と兼用することで、従来必要としていた、一次側線路分のスペースを削減することが可能となり、高周波モジュールの小型化を実現できる。
【００１１】
前記高周波モジュールは、電力の増幅機能とモニタ機能を備えるものであったが、アンテナに給電される送信信号を通過させるフィルタ回路を加えることによって、信号純度の高い信号を出力することができる。また、出力端子側にアンテナ共用器を加えても良い。これにより、整合回路をフィルタ回路やアンテナ共用器の入力インピーダンスを含めて最適化できるため、小型化と同時に低歪と低消費電力を兼ね備えた高周波モジュールを実現できる。
【００１２】
また、電力増幅素子の入力側に帯域通過フィルタを加えても良い。これにより、送信信号の純度が高い高周波モジュールを実現できる。
【００１３】
また、前記高周波モジュールをデュアルバンド化しても良い。具体的には、二つの周波数帯に対応した前記アンテナ共用器を含む高周波モジュールの出力端子に分波器を追加する。この場合、分波器を基板に内層化すれば、さらなる省スペース化を実現できる。
【００１４】
以上のように、本発明によれば、高周波モジュールの小型化を実現できるため、小型で高性能な携帯電話機などの通信装置等に使用でき、かつ、小型化により、材料費が削減されるため、安価にできる。また、一次側線路分のロスも削減できるため、小型化とともに消費電力の少ない優れた特性の無線通信装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の高周波モジュールの構成例を示すブロック図である。また、図２は、本発明の高周波モジュールの透過斜視図である。
【００１６】
図１、２において、電力増幅素子２の入力側には送信信号入力端子４が設けられ、電力増幅素子２の出力側には整合回路３を介し出力端子１に接続される。この高周波モジュールＡにおいては、送信信号入力端子４から入力された送信信号は、電力増幅素子２により信号増幅され、整合回路３を介して、出力端子１へ供給される。一方、送信信号モニタ端子５は、電力増幅素子２からの送信出力レベルの制御や過大出力を保護するためモニタ回路（図示せず）へ信号を取り出すためのものである。
【００１７】
本発明によれば、整合回路３のインダクタンスＬ１用パターン１１が、方向性結合器の一次側線路を兼ねていることが大きな特徴である。その結果、上記整合回路３は、電力増幅素子２の出力インピーダンスを５０Ωに変換することとともに、出力信号をモニタするための方向性結合回路６の役割を持つ。従って、送信信号モニタ端子５は、整合回路３のインダクタンスＬ１用パターン１１を一次側線路とする方向性結合回路６の二次側線路１３に接続されている。また、二次側線路Ｌ２の他端は、抵抗Ｒ１を介して、接地端子７に接続されている。さらに、整合回路のインダクタンスＬ１は、キャパシタＣ１を介して出力端子１と接続されている。また、インダクタンスＬ１とキャパシタＣ１との間には、他端が接地端子７に接続されることで接地されたキャパシタＣ２が接続されている。
【００１８】
本発明のかかる回路においては、整合回路３が、出力信号をモニタするための方向性結合回路の役割を持つことによって、従来のように、別の領域に方向性結合回路を構成する必要がなくなる結果、回路の小型化を図ることができる。
【００１９】
本発明の高周波モジュールは、複数の誘電体層を積層してなる多層の誘電体基板９をベースとして形成され、種々の回路構成要素が、誘電体基板９の表面に素子やチップ部品として搭載されたり、誘電体基板９の内部に内装、形成される。
【００２０】
本発明における整合回路３及び方向性結合回路６は、ストリップライン、コンデンサ、キャパシタなどの受動素子によって構成されるものであり、好ましくは、基板９の内部に形成される。
【００２１】
例えば、図２に示すように、この整合回路３は、誘電体基板９を構成する誘電体層の上に、配線導体層をストリップライン１１として形成してなるインダクタＬ１と、配線導体層の間に介在される誘電体の誘電率を利用し、ストリップライン１１と対向して電極１２、１３を配置することで、キャパシタＣ１、Ｃ２が形成されている。
【００２２】
このストリップライン１１を一次側線路とし、このパターン１１と電磁界結合する二次側線路とするストリップライン１４を、一次側線路の上層または下層に配することにより、インダクタＬ２を有する方向性結合回路６を形成できる。この方向性結合回路６は、電力増幅素子２の出力インピーダンスに合わせた、低インピ−ダンスでの設計とする。具体的には１〜１０Ωでの設計となる。なお、誘電体基板９において、各要素間および各要素と端子間とは誘電体基板９を垂直方向に形成されたビア導体によって電気的に接続されている。
【００２３】
本発明によれば、整合回路３のインダクＬ１形成用パターンと、方向性結合回路６の一次側線路が同一のストリップライン１１で形成されているため、従来の高周波モジュールに比べ、方向性結合回路６の一次側線路に必要なスペースを削減できる。
【００２４】
これにより、誘電体基板９の面積が削減される。誘電体基板９は、多層のマザー基板を個片に分割しているため、１つのマザー基板あたりの取り個数が増加でき、コスト削減の効果もでてくる。
【００２５】
（応用他の回路）
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、図１，２の形態に限定されるものではなく、例えば、インダクタＬ１は、図２のようにストリップライン１１のような直線の他、スパイラル状、ミアンダ状など任意に湾曲した形状を採用することもでき、これにより、インダクタＬ１を小型化できる。なお、キャパシタＣ１、Ｃ２を構成する場合に、大きな容量が必要な場合はコンデンサチップ部品を用い誘電体基板９表面に実装することもできる。
【００２６】
さらに、本発明は、図３に示すように、整合回路３の出力側にアンテナ共用器１５を配しても良い。この場合、整合回路３をアンテナ共用器１５の入力インピーダンスを含めて最適化できるため、小型化と同時に低歪と低消費電力を兼ね備えた高周波モジュールを実現できる。なお、端子１６は、アンテナ共用器の受信信号出力端子である。
【００２７】
また、図４に示すように、電力増幅素子２の入力側に帯域通過フィルタ１７を配しても良い。この場合、送信信号の純度が高い高周波モジュールを実現できる。
【００２８】
また、図５に示すように、前記に示した高周波モジュールをデュアルバンド化しても良い。具体的には、二つの周波数帯（例えば８００ＭＨｚ帯と１．９ＧＨｚ帯など）に対応した前記アンテナ共用器を含む高周波モジュールの出力端子に分波器１８を追加する。この場合、分波器を基板に内層化すれば、さらなる省スペース化を実現できる。
【００２９】
その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
本発明において用いられる電力増幅素子２の構成は、限定されないが、好ましくは、高周波信号を増幅する機能を持ち、小型化、高効率化を図るためにＧａＡｓＨＢＴ（ガリウム砒素ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造、又はＰ−ＨＥＭＴ構造のＧａＡｓトランジスタやシリコントランジスタを含む半導体素子で形成されている。
【００３０】
基板９は、誘電体層を複数層積層してなる誘電体基板と、その表面や内部に導体からなる配線導体層が形成されてなるものである。例えば、ガラスエポキシ樹脂などの有機系誘電体基板に対して、銅箔などの導体によって配線導体層を形成し、積層して熱硬化させたもの、または、セラミック材料などの無機系誘電体基板グリーンシートに種々の配線導体層を形成し、これらを積層後同時に焼成したものが用いられる。
【００３１】
上記セラミック材料としては、（１）Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣなどを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）金属酸化物の混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。
【００３２】
前記（２）の混合物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ2系、Ｃａ−ＴｉＯ2系、ＭｇＯ−ＴｉＯ2系等のセラミック材料が用いられる。これらのセラミック材料に、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3等の助剤を適宜添加したものも用いられる。前記（３）のガラス組成物としては、少なくともＳｉＯ2を含み、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、具体的には、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、さらにはこれらの系にＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を配合した組成物が挙げられる。
【００３３】
また、前記（３）のガラスとしては、焼成処理することによっても非晶質ガラス、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出する結晶化ガラスなどが用いられる。また、前記（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2（クォーツ、クリストバライト）、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＺｒＯ2、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3などのチタン酸塩の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラス２０〜８０質量％、フィラー２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。
【００３４】
一方、配線導体層は、誘電体基板と同時焼成して形成するために、誘電体基板を形成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられる。例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガン、銅の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）（３）の低温焼成セラミック材料を用いる場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする低抵抗導体材料が用いられる。
【００３５】
また、ビアホール導体は、誘電体層に形成した貫通孔にメッキ処理するか、導体ペーストを充填するかして形成される。
【００３６】
特に、セラミック材料を用いれば、セラミック誘電体の比誘電率は通常７から２５と、樹脂基板に比べて高いので、誘電体層を薄くでき、誘電体層に内装された回路の素子のサイズを小さくでき、素子間距離も狭くすることができる。
【００３７】
とりわけ、ガラスセラミックスなどの低温で焼成が可能なセラミック材料を用いると、前述したように、導体パターンを低抵抗の銅、銀などによって形成することができるので望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の高周波モジュールの回路構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の高周波モジュールの概略断面図である。
【図３】アンテナ共用器を配した高周波モジュールに本発明を適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。
【図４】帯域通過フィルタを配した高周波モジュールに本発明を適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。
【図５】デュアルバンドの高周波モジュールに本発明を適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。
【図６】従来の高周波モジュールの回路構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  出力端子
２  電力増幅素子
３  整合回路
４  送信信号入力端子
５  送信信号モニタ端子
６  方向性結合回路
９  誘電体基板
１１  ストリップライン（一次側線路）
１２  コンデンサ電極
１３  コンデンサ電極
１４  ストリップライン（二次側線路）
１５  アンテナ共用器
１６  受信信号出力端子
１７  帯域通過フィルタ
１８  分波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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