(57)【要約】【課題】部品点数を増大することなく、マルチバンド方式に対応できる送信モジュールを提案する。【解決手段】送信モジュール７００は、周波数帯域が互いに異なる複数の送信信号を増幅する増幅器５０と、送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を増幅器５０に供給する電源電圧調整回路１１０と、少なくとも一つの可変キャパシタ素子Ｃ２及び少なくとも一つの固定インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２を有する可変整合回路６０であって、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、少なくとも一つの可変キャパシタ素子Ｃ２の容量値を変更することにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たす可変整合回路６０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数帯域が互いに異なる複数の送信信号を増幅する第１の増幅器と、
前記送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を前記第１の増幅器に供給する第１の電源電圧調整回路と、
少なくとも一つの第１の可変キャパシタ素子を有し、可変インダクタ素子を有さない第１の可変整合回路であって、前記第１の増幅器に供給される電源電圧の変化による前記第１の増幅器の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、前記少なくとも一つの第１の可変キャパシタ素子の容量値を変更することにより、前記送信信号の周波数帯域毎に異なる前記第１の増幅器の出力インピーダンス整合条件を満たす第１の可変整合回路と、
を備える送信モジュール。
【請求項２】
周波数帯域が互いに異なる複数の送信信号を増幅する第１の増幅器と、
前記送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を前記第１の増幅器に供給する第１の電源電圧調整回路と、
少なくとも一つの第１の可変インダクタ素子を有し、可変キャパシタ素子を有さない第１の可変整合回路であって、前記第１の増幅器に供給される電源電圧の変化による前記第１の増幅器の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、前記少なくとも一つの第１の可変インダクタ素子のインダクタンス値を変更することにより、前記送信信号の周波数帯域毎に異なる前記第１の増幅器の出力インピーダンス整合条件を満たす第１の可変整合回路と、
を備える送信モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の送信モジュールであって、
前記第１の増幅器の前段に接続する第２の増幅器と、
前記送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を前記第２の増幅器に供給する第２の電源電圧調整回路と、
少なくとも一つの第２の可変キャパシタ素子を有し、可変インダクタ素子を有さない第２の可変整合回路であって、前記第２の増幅器に供給される前記電源電圧の変化による前記第２の増幅器と前記第１の増幅器との間のインピーダンス整合条件の変化に基づいて、前記少なくとも一つの第２の可変キャパシタ素子の容量値を変更することにより、前記送信信号の周波数帯域毎に異なる前記第２の増幅器と前記第１の増幅器との間のインピーダンス整合条件を満たす第２の可変整合回路と、
を更に備える送信モジュール。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の送信モジュールであって、
前記第１の増幅器の前段に接続する第２の増幅器と、
前記送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を前記第２の増幅器に供給する第２の電源電圧調整回路と、
少なくとも一つの第２の可変インダクタ素子を有し、可変キャパシタ素子を有さない第２の可変整合回路であって、前記第２の増幅器に供給される前記電源電圧の変化による前記第２の増幅器と前記第１の増幅器との間のインピーダンス整合条件の変化に基づいて、前記少なくとも一つの第２の可変インダクタ素子のインダクタンス値を変更することにより、前記送信信号の周波数帯域毎に異なる前記第２の増幅器と前記第１の増幅器との間のインピーダンス整合条件を満たす第２の可変整合回路と、
を更に備える送信モジュール。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の送信モジュールであって、
複数の第２の増幅器であって、各第２の増幅器は、前記送信信号の周波数帯域に応じて予め定められた段間整合回路を通じて前記第１の増幅器の前段に選択的に接続可能である、複数の第２の増幅器を更に備える、送信モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の送信モジュールと、
前記複数の送信信号のうち選択された送信信号を通過させるように前記選択された送信信号の周波数帯域毎に異なる周波数特性を示す可変デュプレクサと、
を備える送受信モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載の送信モジュールであって、
前記複数の送信信号のうち選択された送信信号をアンテナに導くバンドスイッチを更に備え、
前記少なくとも一つの第１の可変キャパシタ素子及び前記バンドスイッチは、同一の半導体基板に形成されている、送信モジュール。
【請求項８】
請求項２に記載の送信モジュールであって、
前記複数の送信信号のうち選択された送信信号をアンテナに導くバンドスイッチを更に備え、
前記少なくとも一つの第１の可変インダクタ素子及び前記バンドスイッチは、同一の半導体基板に形成されている、送信モジュール。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の送信モジュールであって、
前記第１の電源電圧調整回路は、前記第１の増幅器に供給される前記電源電圧を、バッテリー電圧よりも昇圧する機能を有している、送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送信モジュール及び送受信モジュールに係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、一つの送信モジュールにより複数の周波数帯域に対応するマルチバンド方式が検討されている。このような事情を背景に、米国特許公開第２０１６／００９４１９２号公報には、マルチバンド方式に対応した送信モジュールが記載されている。この送信モジュールには、予め定められた周波数帯域の信号を増幅するために最適化された電力増幅器と出力インピーダンス整合回路との組み合わせが周波数帯域毎に並列して設けられている。電力増幅器によって電力増幅される周波数の異なる送信信号の経路は、バンドスイッチによって、時分割的に切り替えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２０１６／００９４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、予め定められた周波数帯域の信号を増幅するために最適化された電力増幅器と出力インピーダンス整合回路との組み合わせを周波数帯域毎に設けると、電力増幅器及び出力インピーダンス整合回路の素子数が増大する。更に、送信モジュールのモジュール面積も増大してしまうため、送信モジュールを搭載する移動通信機器の小型化の要求に応えることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、部品点数を増大することなく、マルチバンド方式に対応できる送信モジュールを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る送信モジュールは、（i）周波数帯域が互いに異なる複数の送信信号を増幅する増幅器と、（ii）送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を増幅器に供給する電源電圧調整回路と、（iii）少なくとも一つの可変キャパシタ素子を有し、可変インダクタ素子を有さない可変整合回路であって、増幅器に供給される電源電圧の変化による増幅器の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、少なくとも一つの可変キャパシタ素子の容量値を変更することにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器の出力インピーダンス整合条件を満たす可変整合回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る送信モジュールによれば、部品点数を増大することなく、マルチバンド方式に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図２】可変整合回路のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示すシミュレーション結果である。
【図３】可変整合回路のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示すシミュレーション結果である。
【図４】本発明の実施形態１に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態４に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態５に係る送受信モジュールの回路構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の回路素子を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態１に係る送受信モジュール１０の回路構成を示す説明図である。送受信モジュール１０は、マルチバンド方式に対応しており、携帯電話などの移動通信機器において、基地局との間で複数の周波数帯域のＲＦ（Radio Frequency）信号を送受信するためのモジュールである。送受信モジュール１０は、送信モジュール７００、受信モジュール８００、ベースバンドＩＣ（Integrated Circuit）２０、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）３０、デュプレクサ（分波器）８１，８２，８３、アンテナスイッチ９０、及びアンテナ１００を備えている。送信モジュール７００は、送信信号を電力増幅するためのモジュールであり、電力増幅モジュールとしても機能する。送信モジュール７００は、増幅器４０，５０、可変整合回路６０、バンドスイッチ７０、電源電圧調整回路１１０、及び制御回路１２０を備えている。但し、バンドスイッチ７０は、送信モジュール７００に必須の回路素子ではなく、図９に示すように、送信モジュール７００からバンドスイッチ７０を省略してもよい。また、本実施形態では、増幅器４０，５０の接続段数を２としているが、送信信号の出力に応じて増幅器４０，５０の接続段数を任意数に定めればよい。受信モジュール８００は、受信信号を低雑音増幅するためのモジュールであり、低雑音増幅器を備えている。
【００１０】
ベースバンドＩＣ２０は、第１の周波数帯域（例えば、７００ＭＨｚ帯）の第１の送信信号の生成に用いられる第１のベースバンド信号をデジタル信号処理により生成する。ベースバンドＩＣ２０は、第２の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ帯）の第２の送信信号の生成に用いられる第２のベースバンド信号をデジタル信号処理により生成する。ベースバンドＩＣ２０は、第３の周波数帯域（例えば、９００ＭＨｚ帯）の第３の送信信号の生成に用いられる第３のベースバンド信号をデジタル信号処理により生成する。ＲＦＩＣ３０は、ベースバンドＩＣ２０によって生成される第１、第２、及び第３のベースバンド信号に重畳された情報に従って搬送波を変調することにより、第１、第２、及び第３の送信信号をそれぞれ生成し、これらの送信信号を時分割出力する。ここで、第１、第２、及び第３の送信信号は、それぞれ、周波数帯域が互いに異なるＲＦ信号である。
【００１１】
なお、本明細書では、「送信信号」は、第１、第２、及び第３の送信信号を総称する用語であるものとし、第１、第２、及び第３の送信信号を区別する必要がないときには、「送信信号」という用語を用いるものとする。後述する「受信信号」についても同様である。
【００１２】
増幅器４０，５０は、ＲＦＩＣ３０から時分割出力される第１、第２、及び第３の送信信号を増幅する。増幅器５０は、出力段増幅器として機能し、増幅器４０は、増幅器５０の前段に接続するドライバ段増幅器として機能する。制御回路１２０は、各送信信号の周波数を示す周波数情報と、各送信信号の送信出力を示すパワーモード情報とをベースバンドＩＣ２０から受信する。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報及びパワーモード情報に基づいて、電源電圧調整回路１１０から増幅器５０に供給される電源電圧が調整されるように、電源電圧調整回路１１０を制御する。電源電圧調整回路１１０は、例えば、増幅器５０に供給される電源電圧としての直流電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。表１は、周波数情報及びパワーモード情報に基づいて調整される増幅器５０の電源電圧の一例を示している。但し、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０に替えて、ＲＦＩＣ３０から受信した周波数情報及びパワーモード情報に基づいて、電源電圧調整回路１１０から増幅器５０に供給される電源電圧が調整されるように、電源電圧調整回路１１０を制御してもよい。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１に示す例では、パワーモードは、「高出力モード」、「中出力モード」、及び「低出力モード」の３段階に分けられている。同一の周波数帯域の送信信号を増幅するために要求される増幅器５０の電源電圧は、送信出力が高くなる程、高い電圧値に設定されている。一方、同一の送信出力で送信信号を増幅するために要求される増幅器５０の電源電圧は、送信周波数が高くなる程、低い電圧値に設定されている。表１に示されているように、７００ＭＨｚ帯から９００ＭＨｚ帯における増幅器５０の電源電圧の変化幅は０．２Ｖ〜０．４Ｖ以下と小さいため、増幅器５０の電源電圧の絶対値に誤差がある場合、それが小さかったとしても、可変整合回路６０の精度劣化は小さくない。一方、同じく表１に示されているように、増幅器５０の電源電圧が高い程、周波数帯域の違いによる増幅器５０の電源電圧の変化幅は大きい。従って、増幅器５０の電源電圧を高くした方が、増幅器５０の電源電圧の絶対値に誤差がある場合の可変整合回路６０の精度劣化をより抑制できる。通常の移動通信機器では、送受信モジュール１０のバッテリー電圧は、約３Ｖ〜４Ｖであるので、電源電圧調整回路１１０は、増幅器５０に供給される電源電圧を、バッテリー電圧よりも昇圧する機能を有しているものが望ましい。本実施形態では、そのような昇圧機能を有する電源電圧調整回路１１０を用いている。
【００１５】
可変整合回路６０は、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすように構成されている。可変整合回路６０は、一つ以上のインダクタ素子及び一つ以上のキャパシタ素子を備えており、一つ以上のキャパシタ素子の少なくとも一つは、可変キャパシタ素子であるか、又は、一つ以上のインダクタ素子の少なくとも一つは、可変インダクタ素子である。可変整合回路６０は、いわゆる、Ｔ型、π型、Ｌ型などの回路構成を備えてもよく、インダクタ素子及びキャパシタ素子の何れかは、送信信号の経路に直列接続するか又は送信信号の経路とグランドとの間にシャント接続してもよい。可変整合回路６０が少なくとも一つの可変キャパシタ素子を備えている場合、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、少なくとも一つの可変キャパシタ素子の容量値を調整するための制御信号を可変整合回路６０に出力する。可変整合回路６０は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、可変キャパシタ素子の容量値を調整する。或いは、可変整合回路６０が可変インダクタ素子を備えている場合、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整するための制御信号を可変整合回路６０に出力する。可変整合回路６０は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整する。但し、可変整合回路６０が可変キャパシタ素子を備えている場合、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０に替えてＲＦＩＣ３０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、可変キャパシタ素子の容量値を調整するための制御信号を可変整合回路６０に出力してもよい。或いは、可変整合回路６０が可変インダクタ素子を備えている場合、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０に替えてＲＦＩＣ３０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整するための制御信号を可変整合回路６０に出力してもよい。
【００１６】
バンドスイッチ７０及びアンテナスイッチ９０は、制御回路１２０から供給される切り替え信号に応答して送信信号及び受信信号の経路を選択的に切り替える。具体的には、増幅器４０，５０から出力される第１、第２、及び第３の送信信号が、それぞれ、デュプレクサ８１，８２，８３を経由してアンテナ１００に導かれるように、送信信号の経路が選択的に切り替えられる。同様に、アンテナ１００から受信される第１、第２、及び第３の受信信号が、それぞれ、デュプレクサ８１，８２，８３を経由して受信モジュール８００に導かれるように、受信信号の経路が選択的に切り替えられる。ここで、第１、第２、及び第３の受信信号は、それぞれ、周波数帯域が互いに異なるＲＦ信号である。また、デュプレクサ８１は、第１の送信信号と第１の受信信号とを分波する分波器である。同様に、デュプレクサ８２は、第２の送信信号と第２の受信信号とを分波する分波器であり、デュプレクサ８３は、第３の送信信号と第３の受信信号とを分波する分波器である。受信モジュール８００は、受信信号を低雑音増幅し、これをＲＦＩＣ３０に入力する。ＲＦＩＣ３０に入力される受信信号は、ベースバンドＩＣ２０によってベースバンド信号に復調される。
【００１７】
次に、図２及び図３を参照しながら、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たす方法について説明する。図２及び図３は、可変キャパシタ素子を備える可変整合回路６０のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示すシミュレーション結果である。ここで、第１の周波数帯域の第１の送信信号を増幅するために要求される増幅器５０の電源電圧として第１の電源電圧が設定され、且つ第２の周波数帯域の第２の送信信号を増幅するために要求される増幅器５０の電源電圧として第２の電源電圧が設定されるものとする（但し、送信出力は一定であるものとする）。図２及び図３の符号２０１は、増幅器５０の電源電圧として第１の電源電圧が供給されているという条件の下で、第１の周波数帯域において、可変キャパシタ素子の容量を変化させたときの可変整合回路６０のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示す。図２の符号２０２は、増幅器５０の電源電圧として第１の電源電圧が供給されているという条件の下で、第２の周波数帯域において、可変キャパシタ素子の容量を変化させたときの可変整合回路６０のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示す。図３の符号２０３は、増幅器５０の電源電圧として第２の電源電圧が供給されているという条件の下で、第２の周波数帯域において、可変キャパシタ素子の容量を変化させたときの可変整合回路６０のインピーダンスのスミスチャート上の軌跡を示す。
【００１８】
図２のシミュレーション結果から、増幅器５０の電源電圧として第１の電源電圧が供給されているという条件の下では、第１の周波数帯域において、増幅器５０に要求される出力インピーダンス整合条件を満たす可変整合回路６０の可変キャパシタ素子の容量値が求まることが分かる。しかし、増幅器５０の電源電圧として第１の電源電圧が供給されているという条件の下では、可変整合回路６０の可変キャパシタ素子の容量値をどのような値に設定しても、第２の周波数帯域において、増幅器５０に要求される出力インピーダンス整合条件を満たすことはできない。一方、図３のシミュレーション結果から、増幅器５０の電源電圧として第２の電源電圧が供給されているという条件の下では、第２の周波数帯域において、増幅器５０に要求される出力インピーダンス整合条件を満たす可変整合回路６０の可変キャパシタ素子の容量値が求まることが分かる。このように、可変整合回路６０が可変キャパシタ素子を備える場合、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、可変キャパシタ素子の容量値を変化させることにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすことができる。このとき、可変整合回路６０の可変キャパシタ素子以外のキャパシタ素子の容量値を一定値に固定し、且つ、可変整合回路６０のインダクタ素子のインダクタンス値を一定値に固定したままでよい。なお、図２及び図３に記載の５０Ωは、整合インピーダンスを示している。
【００１９】
なお、同様の原理により、可変整合回路６０が少なくとも一つの可変インダクタ素子を備える場合、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、少なくとも一つの可変インダクタ素子のインダクタンス値を変化させることにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすことができる。このとき、可変整合回路６０の可変インダクタ素子以外のインダクタ素子のインダクタンス値を一定値に固定し、且つ、可変整合回路６０のキャパシタ素子の容量値を一定値に固定したままでよい。また、可変整合回路６０は、可変キャパシタ素子及び可変インダクタ素子の両方を備えてもよい。増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、可変キャパシタ素子の容量値及び可変インダクタ素子のインダクタンス値を共に変化させることにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすこともできる。
【００２０】
図４は、可変整合回路６０の回路素子として、可変キャパシタ素子を備える送受信モジュール１０の回路構成を示す説明図である。可変整合回路６０は、送信信号の経路に直列接続するインダクタ素子Ｌ１，Ｌ２と、送信信号の経路とグランドとの間にシャント接続するキャパシタ素子Ｃ１，Ｃ２とを備えている。インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２は、そのインダクタンス値が一定値に固定されている固定インダクタ素子である。キャパシタ素子Ｃ１は、その容量値が一定値に固定されている固定キャパシタ素子である。一方、キャパシタ素子Ｃ２は、容量値が互いに異なる複数の固定キャパシタ素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３と、送信信号の経路と固定キャパシタ素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３との接続を選択的に切り替えるスイッチ１３０とを備える可変キャパシタ素子である。但し、図４に示す可変整合回路６０は、可変インダクタ素子を有していない。また、図４においては、固定キャパシタ素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の個数が送信信号の周波数帯域の数と同数である場合を示しているが、キャパシタ素子Ｃ２を構成する固定キャパシタ素子の個数は、送信信号の周波数帯域の数より多くてもよい。また、固定インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２は、可変整合回路６０に必須ではないため、省略してもよい。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、複数の固定キャパシタ素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の中から信号経路に接続する固定キャパシタ素子を選択するための制御信号をスイッチ１３０に出力する。スイッチ１３０は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、選択された固定キャパシタ素子を信号経路に接続する。固定キャパシタ素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３は、例えば、それぞれ、３．５ｐＦ、３．３ｐＦ、及び３．１ｐＦの容量値を有している。第１の周波数帯域（例えば、７００ＭＨｚ）の第１の送信信号を増幅する場合には、キャパシタ素子Ｃ２１が選択される。第２の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ）の第２の送信信号を増幅する場合には、キャパシタ素子Ｃ２２が選択される。第３の周波数帯域（例えば、９００ＭＨｚ）の第３の送信信号を増幅する場合には、キャパシタ素子Ｃ２３が選択される。表２に示すように、送信信号の周波数帯域が高い程、選択される固定キャパシタ素子の容量値は小さくなる。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２に示す例では、説明の便宜上、同一の周波数帯域の送信信号を増幅するときは、全パワーモードに共通して、可変整合回路６０の可変キャパシタ素子の容量値を一定値とする場合を例示している。同一の周波数帯域の送信信号を増幅する場合においても、パワーモードに応じて可変整合回路６０の可変キャパシタ素子の容量値を変更してもよい。
【００２３】
可変キャパシタ素子としてのキャパシタ素子Ｃ２及びバンドスイッチ７０は、符号１４０に示すように、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路などの集積化技術を用いて、同一の半導体基板に形成されており、モジュール面積を小さくすることができる。
【００２４】
図５は、可変整合回路６０の回路素子として、可変インダクタ素子を備える送受信モジュール１０の回路構成を示す説明図である。可変整合回路６０は、送信信号の経路に直列接続するインダクタ素子Ｌ３，Ｌ４と、送信信号の経路とグランドとの間にシャント接続するキャパシタ素子Ｃ３，Ｃ４とを備えている。インダクタ素子Ｌ３は、そのインダクタンス値が一定値に固定されている固定インダクタ素子である。キャパシタ素子Ｃ３，Ｃ４は、その容量値が一定値に固定されている固定キャパシタ素子である。一方、インダクタ素子Ｌ４は、インダクタンス値が互いに異なる複数の固定インダクタ素子Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３と、送信信号の経路と固定インダクタ素子Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３との接続を選択的に切り替えるスイッチ１５０とを備える可変インダクタ素子である。但し、図５に示す可変整合回路６０は、可変キャパシタ素子を有していない。また、図５においては、固定インダクタ素子Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３の個数が送信信号の周波数帯域の数と同数である場合を示しているが、インダクタ素子Ｌ４を構成する固定インダクタ素子の個数は、送信信号の周波数帯域の数より多くてもよい。また、固定キャパシタ素子Ｃ３，Ｃ４は、可変整合回路６０に必須ではないため、省略してもよい。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件が満たされるように、複数の固定インダクタ素子Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３の中から信号経路に接続する固定インダクタ素子を選択するための制御信号をスイッチ１５０に出力する。スイッチ１５０は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、選択された固定インダクタ素子を信号経路に接続する。インダクタ素子Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３は、例えば、それぞれ、３．８ｎＨ、４ｎＨ、及び４．２ｎＨのインダクタンス値を有している。第１の周波数帯域（例えば、７００ＭＨｚ）の第１の送信信号を増幅する場合には、インダクタ素子Ｌ４１が選択される。第２の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ）の第２の送信信号を増幅する場合には、インダクタ素子Ｌ４２が選択される。第３の周波数帯域（例えば、９００ＭＨｚ）の第３の送信信号を増幅する場合には、インダクタ素子Ｌ４３が選択される。表３に示すように、送信信号の周波数帯域が高い程、選択されるインダクタ素子のインダクタンス値は大きくなる。
【００２５】
【表３】
2018042100.tif 000005
【００２６】
なお、表３に示す例では、説明の便宜上、同一の周波数帯域の送信信号を増幅するときは、全パワーモードに共通して、可変整合回路６０の可変インダクタ素子のインダクタンス値を一定値とする場合を例示している。同一の周波数帯域の送信信号を増幅する場合においても、パワーモードに応じて可変整合回路６０の可変インダクタ素子のインダクタンス値を変更してもよい。
【００２７】
可変インダクタ素子としてのインダクタ素子Ｌ４及びバンドスイッチ７０は、符号１６０に示すように、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路などの集積化技術を用いて、同一の半導体基板に形成されており、モジュール面積を小さくすることができる。
【００２８】
実施形態１に係る送信モジュール７００によれば、可変整合回路６０は、増幅器５０に供給される電源電圧の変化による増幅器５０の出力インピーダンス整合条件の変化に基づいて、可変キャパシタ素子の容量値又は可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整することにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすことができる。このため、予め定められた周波数帯域の信号を増幅するために最適化された電力増幅器と出力インピーダンス整合回路との組み合わせを周波数帯域毎に設ける必要がなく、送信モジュール７００の部品点数を大幅に削減することが可能となり、更に送信モジュール７００の小型化にも適している。また、可変整合回路６０は、可変インダクタ素子のインダクタンス値又は可変キャパシタ素子の容量値を調整することにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器５０の出力インピーダンス整合条件を満たすことができるため、可変インダクタ素子のインダクタンス値及び可変キャパシタ素子の容量値の両方を調整する必要がない。これにより、可変整合回路６０の回路構成を簡素化することができる。また、可変キャパシタ素子としてのキャパシタ素子Ｃ２と、バンドスイッチ７０とを同一の半導体基板上に形成することにより、モジュール面積を小さくすることができる。或いは、可変インダクタ素子としてのインダクタ素子Ｌ４と、バンドスイッチ７０とを同一の半導体基板上に形成することにより、モジュール面積を小さくすることができる。
【００２９】
図６は、本発明の実施形態２に係る送受信モジュール３００の回路構成を示す説明図である。図１に示す符号と同一の符号は、同一の回路素子を示しているため、実施形態１，２の相違点を中心に説明する。実施形態２に係る送信モジュール７００は、電源電圧調整回路１７０及び可変整合回路１８０を備えている点において、実施形態１に係る送信モジュール７００とは異なる。制御回路１２０は、各送信信号の周波数を示す周波数情報と、各送信信号の送信出力を示すパワーモード情報とをベースバンドＩＣ２０から受信する。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報及びパワーモード情報に基づいて、電源電圧調整回路１１０から増幅器５０に供給される電源電圧が調整されるように、電源電圧調整回路１１０を制御する。同様に、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報及びパワーモード情報に基づいて、電源電圧調整回路１７０から増幅器４０に供給される電源電圧が調整されるように、電源電圧調整回路１７０を制御する。電源電圧調整回路１７０は、例えば、増幅器４０に供給される電源電圧としての直流電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。表４は、周波数情報及びパワーモード情報に基づいて調整される増幅器４０の電源電圧の一例を示している。但し、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０に替えて、ＲＦＩＣ３０から受信した周波数情報及びパワーモード情報に基づいて、電源電圧調整回路１７０から増幅器４０に供給される電源電圧が調整されるように、電源電圧調整回路１７０を制御してもよい。
【００３０】
【表４】
2018042100.tif 000006
【００３１】
表４に示す例では、送信信号を増幅するために要求される増幅器４０の電源電圧は、送信周波数が高くなる程、高い電圧値に設定されている。説明の便宜上、同一の周波数帯域の送信信号を増幅するときは、全パワーモードに共通して、増幅器４０の電源電圧を一定値とする場合を例示している。同一の周波数帯域の送信信号を増幅する場合においても、パワーモードに応じて増幅器４０の電源電圧を変更してもよい。
【００３２】
可変整合回路１８０は、増幅器４０に供給される電源電圧の変化による増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件の変化に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件を満たすように構成されている。可変整合回路１８０は、送信信号の経路に直列接続するキャパシタ素子Ｃ５，Ｃ６と、送信信号の経路とグランドとの間にシャント接続するインダクタ素子Ｌ５とを備えている。キャパシタ素子Ｃ６は、その容量値が一定値に固定されている固定キャパシタ素子である。インダクタ素子Ｌ５は、そのインダクタンス値が一定値に固定されている固定インダクタ素子である。一方、キャパシタ素子Ｃ５は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、容量値を変えることのできる可変キャパシタ素子である。但し、図６に示す可変整合回路１８０は、可変インダクタ素子を有していない。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件が満たされるように、可変整合回路１８０の可変キャパシタ素子の容量値を調整するための制御信号を可変整合回路１８０に出力する。可変整合回路１８０は、制御回路１２０から受信した制御信号に基づいて、可変キャパシタ素子の容量値を調整する。表５に示すように、第１の周波数帯域（例えば、７００ＭＨｚ）の第１の送信信号を増幅する場合には、可変整合回路１８０は、可変キャパシタ素子の容量値を、例えば、１８ｐＦに調整する。第２の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ）の第２の送信信号を増幅する場合には、可変整合回路１８０は、可変キャパシタ素子の容量値を、例えば、１５ｐＦに調整する。第３の周波数帯域（例えば、９００ＭＨｚ）の第３の送信信号を増幅する場合には、可変整合回路１８０は、可変キャパシタ素子の容量値を、例えば、１２ｐＦに調整する。表５に示すように、送信信号の周波数帯域が高い程、可変整合回路１８０の可変キャパシタ素子の容量値は小さくなる。但し、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０に替えて、ＲＦＩＣ３０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件が満たされるように、可変整合回路１８０の可変キャパシタ素子の容量値を調整するための制御信号を可変整合回路１８０に出力してもよい。
【００３３】
【表５】
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【００３４】
なお、表５に示す例では、説明の便宜上、同一の周波数帯域の送信信号を増幅するときは、全パワーモードに共通して、可変整合回路１８０の可変キャパシタ素子の容量値を一定値とする場合を例示している。同一の周波数帯域の送信信号を増幅する場合においても、パワーモードに応じて可変キャパシタ素子の容量値を変更してもよい。
【００３５】
また、可変整合回路１８０の回路構成は、図６に示す回路構成に限られるものではない。例えば、可変整合回路１８０は、一つ以上のインダクタ素子及び一つ以上のキャパシタ素子を備えており、一つ以上のキャパシタ素子の少なくとも一つは、可変キャパシタ素子であるか、又は、一つ以上のインダクタ素子の少なくとも一つは、可変インダクタ素子であればよい。可変整合回路１８０は、例えば、少なくとも一つの可変キャパシタ素子及び少なくとも一つの固定インダクタ素子を有するが、可変インダクタ素子を有さなくてもよい。或いは、可変整合回路１８０は、少なくとも一つの固定キャパシタ素子及び少なくとも一つ可変インダクタ素子を有するが、可変キャパシタ素子を有さなくてもよい。可変整合回路１８０は、いわゆる、Ｔ型、π型、Ｌ型などの回路構成を備えてもよく、インダクタ素子及びキャパシタ素子の何れかは、送信信号の経路に直列接続するか又は送信信号の経路とグランドとの間にシャント接続してもよい。このような場合、制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件が満たされるように、少なくとも一つの可変キャパシタ素子の容量値又は少なくとも一つの可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整するための制御信号を可変整合回路１８０に出力する。可変整合回路１８０は、制御回路１２０から受信した制御信号に応答して、可変キャパシタ素子の容量値又は可変インダクタ素子のインダクタンス値を調整する。
【００３６】
実施形態２に係る送信モジュール７００によれば、送信信号の周波数帯域毎に異なる電源電圧を増幅器４０に供給することにより、最適な条件下で増幅器４０を動作させることができる。また、可変整合回路１８０を用いて、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件を満たすことにより、最適な条件下で増幅器４０，５０を動作させることができる。可変整合回路１８０は、可変インダクタ素子のインダクタンス値又は可変キャパシタ素子の容量値を調整することにより、送信信号の周波数帯域毎に異なる増幅器４０と増幅器５０との間のインピーダンス整合条件を満たすことができるため、可変インダクタ素子のインダクタンス値及び可変キャパシタ素子の容量値の両方を調整する必要がない。これにより、可変整合回路１８０の回路構成を簡素化することができる。
【００３７】
なお、電源電圧調整回路１７０及び可変整合回路１８０は、図４及び図５に示す送受信モジュール１０に設けてもよく、或いは、図８及び図９に示す送受信モジュール５００，６００に設けてもよい。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態３に係る送受信モジュール４００の回路構成を示す説明図である。図１に示す符号と同一の符号は、同一の回路素子を示しているため、実施形態１，３の相違点を中心に説明する。実施形態３に係る送信モジュール７００は、ドライバ段増幅段として機能する複数の増幅器４１，４２，４３と、複数の段間整合回路１８１，１８２，１８３と、バンドスイッチ１９０とを備えている点において、実施形態１に係る送信モジュール７００とは異なる。
【００３９】
増幅器４１及び段間整合回路１８１は、第１の周波数帯域の第１の送信信号を増幅するために予め最適化設計されている。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、ＲＦＩＣ３０から出力される第１の送信信号が増幅器４１及び段間整合回路１８１を経由して増幅器５０に入力するようにバンドスイッチ１９０の接続先を切り替えるための制御信号をバンドスイッチ１９０に出力する。バンドスイッチ１９０は、制御回路１２０からの制御信号に応答して、第１の送信信号を増幅するときは、増幅器４１が段間整合回路１８１を通じて増幅器５０の前段に選択的に接続するように、バンドスイッチ１９０の接続先を切り替える。段間整合回路１８１は、増幅器４１と増幅器５０との間のインピーダンスを整合する。
【００４０】
増幅器４２及び段間整合回路１８２は、第２の周波数帯域の第２の送信信号を増幅するために予め最適化設計されている。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、ＲＦＩＣ３０から出力される第２の送信信号が増幅器４２及び段間整合回路１８２を経由して増幅器５０に入力するようにバンドスイッチ１９０の接続先を切り替えるための制御信号をバンドスイッチ１９０に出力する。バンドスイッチ１９０は、制御回路１２０からの制御信号に応答して、第２の送信信号を増幅するときは、増幅器４２が段間整合回路１８２を通じて増幅器５０の前段に選択的に接続するように、バンドスイッチ１９０の接続先を切り替える。段間整合回路１８２は、増幅器４２と増幅器５０との間のインピーダンスを整合する。
【００４１】
増幅器４３及び段間整合回路１８３は、第３の周波数帯域の第３の送信信号を増幅するために予め最適化設計されている。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、ＲＦＩＣ３０から出力される第３の送信信号が増幅器４３及び段間整合回路１８３を経由して増幅器５０に入力するようにバンドスイッチ１９０の接続先を切り替えるための制御信号をバンドスイッチ１９０に出力する。バンドスイッチ１９０は、制御回路１２０からの制御信号に応答して、第３の送信信号を増幅するときは、増幅器４３が段間整合回路１８３を通じて増幅器５０の前段に選択的に接続するように、バンドスイッチ１９０の接続先を切り替える。段間整合回路１８３は、増幅器４３と増幅器５０との間のインピーダンスを整合する。
【００４２】
実施形態３に係る送信モジュール７００によれば、増幅器４１，４２，４３のそれぞれは、送信信号の周波数帯域に応じて予め定められた段間整合回路１８１，１８２，１８３を通じて増幅器５０の前段に選択的に接続可能である。これにより、ドライバ段としての増幅器４１，４２，４３及び出力段としての増幅器５０を最適な条件下で動作させることができる。
【００４３】
なお、増幅器４１，４２，４３及び段間整合回路１８１，１８２，１８３は、図４及び図５に示す送受信モジュール１０の増幅器４０に替えて設けてもよく、或いは、図９に示す送受信モジュール６００の増幅器４０に替えて設けてもよい。
【００４４】
図８は、本発明の実施形態４に係る送受信モジュール５００の回路構成を示す説明図である。図１に示す符号と同一の符号は、同一の回路素子を示しているため、実施形態１，４の相違点を中心に説明する。実施形態４に係る送信モジュール７００は、複数の段間整合回路１８１，１８２，１８３と、複数のバンドスイッチ１９０，２３０とを備えている点において、実施形態１に係る送信モジュール７００とは異なる。
【００４５】
複数の段間整合回路１８１，１８２，１８３は、それぞれ、第１、第２、及び第３の送信信号の周波数帯域において、増幅器４０，５０の間のインピーダンスを整合するように最適化設計されている。バンドスイッチ１９０，２３０は、増幅器４０から出力される第１、第２、及び第３の送信信号が、それぞれ、段間整合回路１８１，１８２，１８３を通じて増幅器５０に入力されるように、バンドスイッチ１９０，２３０と段間整合回路１８１，１８２，１８３との間の接続を選択的に切り替える。
【００４６】
実施形態４に係る送信モジュール７００は、第１、第２、及び第３の送信信号の周波数帯域において、増幅器４０，５０の間のインピーダンスを整合するように最適化設計されている複数の段間整合回路１８１，１８２，１８３を予め備えている。このため、ドライバ段としての増幅器４０及び出力段としての増幅器５０を最適な条件下で動作させることができる。
【００４７】
図９は、本発明の実施形態５に係る送受信モジュール６００の回路構成を示す説明図である。図１に示す符号と同一の符号は、同一の回路素子を示しているため、実施形態１，４の相違点を中心に説明する。送受信モジュール６００は、実施形態１に係る送受信モジュール１０のバンドスイッチ７０、デュプレクサ８１，８２，８３及びアンテナスイッチ９０に替えて、可変デュプレクサ２００を備えている点において、実施形態１に係る送受信モジュール１０とは異なる。可変デュプレクサ２００は、送信フィルタ２１０及び受信フィルタ２２０を備えている。送信フィルタ２１０は、第１、第２、及び第３の送信信号のうち、選択された送信信号の周波数帯域を通過帯域とし、且つ選択されていない送信信号の周波数帯域を阻止域とするように、選択された送信信号の周波数帯域毎に異なる周波数特性を示す。受信フィルタ２２０は、第１、第２、及び第３の受信信号のうち、選択された受信信号の周波数帯域を通過帯域とし、且つ選択されていない受信信号の周波数帯域を阻止域とするように、選択された受信信号の周波数帯域毎に異なる周波数特性を示す。制御回路１２０は、ベースバンドＩＣ２０から受信した周波数情報に基づいて、選択された送信信号及び受信信号が可変デュプレクサ２００を通過するように、可変デュプレクサ２００に制御信号を出力する。可変デュプレクサ２００は、制御回路１２０からの制御信号に応答して、選択された送信信号及び受信信号のそれぞれの周波数帯域が通過帯域になるようにその周波数特性を変更する。なお、送信フィルタ２１０の送信信号入力ノードは、可変整合回路６０を経由して増幅器４０，５０に接続している。受信フィルタ２２０の受信信号出力ノードは、ＲＦＩＣ３０に接続している。送信フィルタ２１０及び受信フィルタ２２の共通ノードは、アンテナ１００に接続している。
【００４８】
実施形態４に係る送受信モジュール６００によれば、複数の送信信号のうち選択された送信信号を通過させるように、選択された送信信号の周波数帯域毎に異なる周波数特性を示す可変デュプレクサ２００を用いることにより、回路構成を簡素化することができる。
【００４９】
なお、図４及び図５に示す送受信モジュール１０のバンドスイッチ７０、デュプレクサ８１，８２，８３及びアンテナスイッチ９０に替えて、可変デュプレクサ２００を用いてもよい。同様に、図６に示す送受信モジュール３００のバンドスイッチ７０、デュプレクサ８１，８２，８３及びアンテナスイッチ９０に替えて、可変デュプレクサ２００を用いてもよい。また、図７に示すモジュール４００のバンドスイッチ７０、デュプレクサ８１，８２，８３及びアンテナスイッチ９０に替えて、可変デュプレクサ２００を用いてもよい。
【００５０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、「回路素子Ａが回路素子Ｂに接続する」とは、回路素子Ａが回路素子Ｂに直接接続している場合のみならず、回路素子Ａと回路素子Ｂとの間に回路素子Ｃを経由して信号経路が確立され得る場合も含まれるものとする。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図示の比率に限定されるものではない。また、実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５１】
１０…送受信モジュール
２０…ベースバンドＩＣ
３０…ＲＦＩＣ
４０，５０，４１，４２，４３…増幅器
６０，１８０…可変整合回路
７０…バンドスイッチ
８１，８２，８３…デュプレクサ
９０…アンテナスイッチ
１００…アンテナ
１１０，１７０…電源電圧調整回路
１２０…制御回路
１３０，１５０…スイッチ
１８１，１８２，１８３…段間整合回路
２００…可変デュプレクサ
２１０…送信フィルタ
２２０…受信フィルタ
【図１】
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【図２】
2018042100.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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