(57)【要約】【課題】高周波スイッチと方向性結合器を一体化でき、且つ方向性結合器において十分なアイソレーションを確保できるようにする。【解決手段】高周波モジュール１１は、高周波スイッチ２１とカプラ２２とを備えている。高周波スイッチ２１は、アンテナ端子１１ａに対して送信信号端子１１ｂと受信信号端子１１ｃのいずれかを選択的に接続する。カプラ２２は、送信信号端子１１ｂと高周波スイッチ２１の間に設けられ、送信信号を検出する。カプラ２２は、電磁結合する主ラインＳ１と副ラインＳ２を有している。副ラインＳ２は、主ラインＳ１よりも狭い幅を有している。カプラ２２の結合度Ｃを−ＸｄＢ、カプラ２２の方向性Ｄを−ＹｄＢとしたとき、Ｘは１０〜２１の範囲内であり、Ｙは２１以上である。【選択図】図１
2005295503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナに接続されるアンテナ端子と、
送信信号が入力される送信信号端子と、
受信信号を出力する受信信号端子と、
前記アンテナ端子に対して前記送信信号端子と受信信号端子のいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
前記送信信号端子と前記高周波スイッチの間に設けられ、前記送信信号を検出する方向性結合器と、
交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層体とを備え、
前記積層体によって構成要素が一体化された高周波モジュールであって、
前記方向性結合器は、前記誘電体層を挟んで対向する主ラインと副ラインとを有し、
前記主ラインは、前記送信信号端子と前記高周波スイッチとの間の信号経路に挿入され、
前記副ラインは、前記主ラインよりも狭い幅を有し、
高周波モジュールは、更に、前記副ラインの一端に接続された終端抵抗を備え、
前記方向性結合器の結合度を−ＸｄＢ、前記方向性結合器の方向性を−ＹｄＢとしたとき、Ｘは１０〜２１の範囲内であり、Ｙは２１以上であることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
Ｙは２３以上であることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記副ラインの特性インピーダンスは、前記主ラインの特性インピーダンスよりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記終端抵抗は前記積層体に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記高周波スイッチは能動素子と受動素子とを含み、
前記能動素子は前記積層体に搭載され、
前記受動素子の少なくとも一部は、前記導体層を用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記能動素子はダイオードであることを特徴とする請求項５記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記導体層を用いて構成された受動素子は、集中定数素子であることを特徴とする請求項５または６記載の高周波モジュール。
【請求項８】
更に、前記高周波スイッチを動作させるための制御信号が入力される制御端子と、前記制御端子と前記高周波スイッチとの間に設けられた電流制限用抵抗とを備え、前記電流制限用抵抗は前記積層体に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項９】
更に、前記積層体の外面に設けられ、外部回路に接続される接続端子を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１０】
更に、前記送信信号端子と前記高周波スイッチの間に設けられ、前記送信信号のうちの不要な信号成分を抑制するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１１】
更に、前記送信信号端子と前記方向性結合器との間に設けられ、前記送信信号を増幅する電力増幅器を備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１２】
アンテナに接続されるアンテナ端子と、
送信信号が入力される送信信号端子と、
受信信号を出力する受信信号端子と、
前記アンテナ端子に対して前記送信信号端子と受信信号端子のいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
前記送信信号端子と前記高周波スイッチの間に設けられ、前記送信信号を検出する方向性結合器と、
交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層体とを備え、
前記積層体によって構成要素が一体化された高周波モジュールを含む移動体通信機器用高周波回路であって、更に、
前記方向性結合器に入力される前の送信信号を増幅する電力増幅器と、
前記方向性結合器によって検出された送信信号のレベルに応じて、前記電力増幅器のゲインを制御する自動出力制御回路とを含み、
前記方向性結合器は、前記誘電体層を挟んで対向する主ラインと副ラインとを有し、
前記主ラインは、前記送信信号端子と前記高周波スイッチとの間の信号経路に挿入され、
前記副ラインは、前記主ラインよりも狭い幅を有し、
前記高周波モジュールは、更に、前記副ラインの一端に接続された終端抵抗を備え、
前記方向性結合器の結合度を−ＸｄＢ、前記方向性結合器の方向性を−ＹｄＢとしたとき、Ｘは１０〜２１の範囲内であり、Ｙは２１以上であることを特徴とする移動体通信機器用高周波回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器における送信信号および受信信号を処理するための高周波モジュールおよび、この高周波モジュールを含む移動体通信機器用高周波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、自動車電話機等の移動体通信機器は、飛躍的に普及してきている。移動体通信機器には、１つのアンテナを送信と受信とに共用させるために送信信号の経路と受信信号の経路とを切り替える高周波モジュールを備えているものがある。この高周波モジュールは、例えば、送受信の経路を切り替える高周波スイッチを備えている。また、この高周波モジュールは、例えば、複数の構成要素が多層基板によって一体化されて、表面実装部品（ＳＭＤ）化される。このような高周波スイッチを備えた高周波モジュールは、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
上記高周波スイッチは、アンテナに接続されるアンテナポート、送信信号が入力される送信信号ポート、および受信信号を出力する受信信号ポートを有している。移動体通信機器においては、一般的に、高周波スイッチの送信信号ポートには、レベルがほぼ一定になるように調整された送信信号が入力されるようになっている。送信信号のレベルの調整は、ゲインを制御可能な電力増幅器と、送信信号を検出する方向性結合器（以下、カプラとも言う。）と、自動出力制御回路（以下、ＡＰＣ回路とも言う。）を用いて、以下のようにして行なわれる。すなわち、送信回路から出力された送信信号は、電力増幅器によって増幅された後、カプラを経て、高周波スイッチの送信信号ポートに供給される。カプラは、電力増幅器より出力された送信信号を検出し、この送信信号に対応したモニタ信号をＡＰＣ回路に出力する。ＡＰＣ回路は、モニタ信号のレベルに応じて、すなわち送信信号のレベルに応じて、電力増幅器の出力信号のレベルがほぼ一定になるように、電力増幅器のゲインを制御する。
【０００４】
携帯電話機等の移動体通信機器では、小型化および軽量化が求められている。そのため、移動体通信機器では、その構成部品についても、小型化、一体化および部品点数の削減が求められている。このような事情から、例えば特許文献２ないし５に示されるように、多層基板を用いて、高周波スイッチとカプラを一体化することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３６６０３号公報
【特許文献２】特開２００２−４３８１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３０００８０号公報
【特許文献４】特開２００２−３０００８１号公報
【特許文献５】特開２００２−３０００８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、図２０を参照して、高周波スイッチとカプラを一体化する場合の問題点について説明する。図２０は、移動体通信機器における高周波回路の構成の一例を示すブロック図である。図２０に示した高周波回路は、アンテナ１０１に接続される高周波スイッチ１１１と、送信信号端子１０２と、受信信号端子１０３とを備えている。送信信号端子１０２は、図示しない送信回路に接続され、この送信回路からの送信信号が入力される。受信信号端子１０３は、図示しない受信回路に接続され、この受信回路に対して受信信号を出力する。
【０００７】
高周波スイッチ１１１は、アンテナ１０１に接続されるアンテナポート１１１ａと、このアンテナポート１１１ａに選択的に接続される送信信号ポート１１１ｂおよび受信信号ポート１１１ｃを有している。
【０００８】
高周波回路は、更に、電力増幅器１１２、カプラ１１３、ＡＰＣ回路１１４、終端抵抗１１５およびアイソレータ１１６を備えている。電力増幅器１１２は、入力端と出力端とゲイン制御端とを有している。電力増幅器１１２の入力端は、送信信号端子１０２に接続されている。
【０００９】
カプラ１１３は、入力ポートＰ０１、出力ポートＰ０２、モニタポートＰ０３およびアイソレートポートＰ０４を有している。また、カプラ１１３は、電磁結合する一対のストリップラインである主ラインＳ０１および副ラインＳ０２を有している。そして、主ラインＳ０１の一端が入力ポートＰ０１、他端が出力ポートＰ０２になっている。また、副ラインＳ０２の一端がモニタポートＰ０３、他端がアイソレートポートＰ０４になっている。入力ポートＰ０１は、電力増幅器１１２の出力端に接続されている。出力ポートＰ０２は、アイソレータ１１６の入力端に接続されている。モニタポートＰ０３は、ＡＰＣ回路１１４の入力端に接続されている。アイソレートポートＰ０４は、終端抵抗１１５を介して接地されている。
【００１０】
ＡＰＣ回路１１４の出力端は、電力増幅器１１２のゲイン制御端に接続されている。ＡＰＣ回路１１４は、カプラ１１３のモニタポートＰ０３から出力されるモニタ信号のレベルに応じて、すなわち送信信号のレベルに応じて、電力増幅器１１２の出力信号のレベルがほぼ一定になるように、電力増幅器１１２のゲインを制御する。
【００１１】
アイソレータ１１６の出力端は、高周波スイッチ１１１のポート１１１ｂに接続されている。アイソレータ１１６は、入力端から出力端へ進む信号は通過させ、出力端から入力端へ進む信号は阻止する。
【００１２】
高周波回路は、更に、フィルタ１１７とローノイズアンプ１１８とを備えている。フィルタ１１７の入力端は、高周波スイッチ１１１のポート１１１ｃに接続されている。フィルタ１１７の出力端は、ローノイズアンプ１１８の入力端に接続されている。フィルタ１１７は、受信信号のうちの不要な信号成分を抑制する。ローノイズアンプ１１８の出力端は、受信信号端子１０３に接続されている。
【００１３】
図２０に示した高周波回路では、送信時には、高周波スイッチ１１１のポート１１１ａ，１１１ｂが接続される。このとき、送信信号端子１０２に入力された送信信号は、電力増幅器１１２、カプラ１１３、アイソレータ１１６および高周波スイッチ１１１を経て、アンテナ１０１から発信される。一方、受信時には、高周波スイッチ１１１のポート１１１ａ，１１１ｃが接続される。このとき、アンテナ１０１に入力された受信信号は、高周波スイッチ１１１、フィルタ１１７およびローノイズアンプ１１８を経て、受信信号端子１０３より受信回路に出力される。
【００１４】
図２０に示した高周波回路では、アンテナ１０１とカプラ１１３のモニタポートＰ０３との間のアイソレーションを十分に大きくする必要がある。このアイソレーションの大きさが十分ではない場合には、送信信号の一部がアンテナ１０１で反射されて生じる反射信号がモニタポートＰ０３に到達し、その結果、モニタポートＰ０３より出力されるモニタ信号にノイズが重畳されることになる。すると、電力増幅器１１２の出力レベルを正確に制御することができなくなる。
【００１５】
図２０に示した高周波回路では、カプラ１１３と高周波スイッチ１１１の間にアイソレータ１１６が挿入されている。そのため、この高周波回路では、アンテナ１０１とカプラ１１３のモニタポートＰ０３との間のアイソレーションは、アイソレータ１１６のアイソレーション（例えば−２０ｄＢ）とカプラ１１３のアイソレーション（例えば−３０ｄＢ）とによって、十分な値となる。
【００１６】
ここで、多層基板を用いて、図２０における高周波スイッチ１１１とカプラ１１３を一体化する場合について考える。この場合には、高周波スイッチ１１１とカプラ１１３の間にアイソレータ１１６を挿入することはできない。従って、この場合には、アンテナ１０１とカプラ１１３のモニタポートＰ０３との間のアイソレーションは、ほぼカプラ１１３のアイソレーションのみとなる。そのため、この場合には、アンテナ１０１とカプラ１１３のモニタポートＰ０３との間のアイソレーションを十分に大きくすることが難しく、電力増幅器１１２の出力レベルを正確に制御することができなくなるおそれがある。
【００１７】
なお、特許文献２には、誘電体層を挟んで重ね合わされた主線路と副線路とを有するカプラにおいて、副線路の幅を主線路の幅よりも狭くして、副線路の線路幅の全域を確実に主線路に対面させることにより、送信出力を高精度に検出できるようにした技術が記載されている。しかしながら、特許文献２では、カプラのアイソレーションを大きくすることについては考慮されていない。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、送信信号および受信信号を処理するための高周波モジュールであって、高周波スイッチと方向性結合器を一体化でき、且つ方向性結合器において十分なアイソレーションを確保できるようにした高周波モジュール、およびこの高周波モジュールを含む移動体通信機器用高周波回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の高周波モジュールは、
アンテナに接続されるアンテナ端子と、
送信信号が入力される送信信号端子と、
受信信号を出力する受信信号端子と、
アンテナ端子に対して送信信号端子と受信信号端子のいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
送信信号端子と高周波スイッチの間に設けられ、送信信号を検出する方向性結合器と、
交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層体とを備え、
積層体によって高周波モジュールの構成要素が一体化されているものである。
【００２０】
本発明の高周波モジュールにおいて、方向性結合器は、誘電体層を挟んで対向する主ラインと副ラインとを有し、主ラインは、送信信号端子と高周波スイッチとの間の信号経路に挿入され、副ラインは、主ラインよりも狭い幅を有している。高周波モジュールは、更に、副ラインの一端に接続された終端抵抗を備えている。方向性結合器の結合度を−ＸｄＢ、方向性結合器の方向性を−ＹｄＢとしたとき、Ｘは１０〜２１の範囲内であり、Ｙは２１以上である。
【００２１】
本発明の高周波モジュールでは、方向性結合器の結合度を−ＸｄＢ、方向性結合器の方向性を−ＹｄＢとしたとき、Ｘを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２１以上とすることにより、送信信号を検出するという方向性結合器の機能を損なうことなく、方向性結合器のアイソレーションを十分大きくすることができる。
【００２２】
本発明の高周波モジュールにおいて、Ｙは２３以上であってもよい。また、副ラインの特性インピーダンスは、主ラインの特性インピーダンスよりも大きくてもよい。また、終端抵抗は積層体に搭載されていてもよい。
【００２３】
また、本発明の高周波モジュールにおいて、高周波スイッチは能動素子と受動素子とを含み、能動素子は積層体に搭載され、受動素子の少なくとも一部は、導体層を用いて構成されていてもよい。この場合、能動素子はダイオードであってもよい。また、導体層を用いて構成された受動素子は、集中定数素子であってもよい。
【００２４】
また、本発明の高周波モジュールは、更に、高周波スイッチを動作させるための制御信号が入力される制御端子と、制御端子と高周波スイッチとの間に設けられた電流制限用抵抗とを備え、電流制限用抵抗は積層体に搭載されていてもよい。
【００２５】
また、本発明の高周波モジュールは、更に、積層体の外面に設けられ、外部回路に接続される接続端子を備えていてもよい。
【００２６】
また、本発明の高周波モジュールは、更に、送信信号端子と高周波スイッチの間に設けられ、送信信号のうちの不要な信号成分を抑制するフィルタを備えていてもよい。
【００２７】
また、本発明の高周波モジュールは、更に、送信信号端子と方向性結合器との間に設けられ、送信信号を増幅する電力増幅器を備えていてもよい。
【００２８】
本発明の移動体通信機器用高周波回路は、本発明の高周波モジュールと、方向性結合器に入力される前の送信信号を増幅する電力増幅器と、方向性結合器によって検出された送信信号のレベルに応じて、電力増幅器のゲインを制御する自動出力制御回路とを含んでいる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、高周波スイッチと方向性結合器を一体化でき、且つ、方向性結合器の結合度を−ＸｄＢ、方向性結合器の方向性を−ＹｄＢとしたとき、Ｘを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２１以上とすることにより、方向性結合器において十分なアイソレーションを確保することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールおよび移動体通信機器用高周波回路の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る移動体通信機器用高周波回路の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る高周波モジュールおよび移動体通信機器用高周波回路（以下、単に高周波回路と記す。）は、携帯電話機等の移動体通信機器における送信信号および受信信号を処理するものである。
【００３１】
図１に示したように、本実施の形態に係る高周波回路は、送信信号端子２と、受信信号端子３と、本実施の形態に係る高周波モジュール１１とを備えている。送信信号端子２は、図示しない送信回路に接続され、この送信回路からの送信信号が入力される。受信信号端子３は、図示しない受信回路に接続され、この受信回路に対して受信信号を出力する。高周波モジュール１１は、アンテナ１に接続され、このアンテナ１に対して、送信信号端子２と受信信号端子３のいずれかを選択的に接続する。
【００３２】
高周波回路は、更に、電力増幅器１２、アイソレータ１３、自動出力制御回路（以下、ＡＰＣ回路と記す。）１４、フィルタ１５およびローノイズアンプ１６を備えている。電力増幅器１２は、入力端と出力端とゲイン制御端とを有している。電力増幅器１２の入力端は、送信信号端子２に接続されている。電力増幅器１２の出力端は、アイソレータ１３の入力端に接続されている。アイソレータ１３の出力端は、高周波モジュール１１に接続されている。ＡＰＣ回路１４の入力端は、高周波モジュール１１に接続されている。ＡＰＣ回路１４の出力端は、電力増幅器１２のゲイン制御端に接続されている。フィルタ１５の入力端は、高周波モジュール１１に接続されている。フィルタ１５の出力端は、ローノイズアンプ１６の入力端に接続されている。ローノイズアンプ１６の出力端は、受信信号端子３に接続されている。
【００３３】
高周波モジュール１１は、アンテナ１に接続されるアンテナ端子１１ａと、送信信号が入力される送信信号端子１１ｂと、受信信号を出力する受信信号端子１１ｃと、モニタ信号を出力するモニタ端子１１ｄと、制御信号が入力される制御端子１１ｅとを備えている。アイソレータ１３の出力端は、送信信号端子１１ｂに接続されている。フィルタ１５の入力端は、受信信号端子１１ｃに接続されている。ＡＰＣ回路１４の入力端は、モニタ端子１１ｄに接続されている。
【００３４】
高周波モジュール１１は、更に、高周波スイッチ２１と、方向性結合器（以下、カプラと言う。）２２と、終端抵抗２３とを備えている。高周波スイッチ２１は、アンテナ端子１１ａに対して送信信号端子１１ｂと受信信号端子１１ｃのいずれかを選択的に接続するものである。カプラ２２は、送信信号端子１１ｂと高周波スイッチ２１の間に設けられ、送信信号を検出するものである。
【００３５】
高周波スイッチ２１は、アンテナ端子１１ａに接続されるアンテナポート２１ａと、このアンテナポート２１ａに選択的に接続される送信信号ポート２１ｂおよび受信信号ポート２１ｃを有している。カプラ２２は、送信信号ポート２１ｂと送信信号端子１１ｂとの間に設けられている。受信信号ポート２１ｃは、受信信号端子１１ｃに接続されている。また、制御端子１１ｅは、高周波スイッチ２１に接続されている。
【００３６】
カプラ２２は、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２、モニタポートＰ３およびアイソレートポートＰ４を有している。また、カプラ２２は、電磁結合する一対のストリップラインである主ラインＳ１および副ラインＳ２を有している。そして、主ラインＳ１の一端が入力ポートＰ１、他端が出力ポートＰ２になっている。また、副ラインＳ２の一端がモニタポートＰ３、他端がアイソレートポートＰ４になっている。入力ポートＰ１は、送信信号端子１１ｂに接続されている。出力ポートＰ２は、高周波スイッチ２１の送信信号ポート２１ｂに接続されている。モニタポートＰ３は、モニタ端子１１ｄに接続されている。アイソレートポートＰ４は、終端抵抗２３を介して接地されている。
【００３７】
高周波モジュール１１は、更に、交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層体としての多層基板を備えている。そして、この多層基板によって高周波モジュール１１の構成要素が一体化されている。多層基板の構成については、後で詳しく説明する。
【００３８】
ＡＰＣ回路１４は、カプラ２２のモニタポートＰ３から出力されるモニタ信号のレベルに応じて、すなわち送信信号のレベルに応じて、電力増幅器１２の出力信号のレベルがほぼ一定になるように、電力増幅器１２のゲインを制御する。
【００３９】
アイソレータ１３は、入力端から出力端へ進む信号は通過させ、出力端から入力端へ進む信号は阻止する。アイソレータ１３は、送信信号における高調波成分を減衰させる機能も有している。
【００４０】
フィルタ１５は、受信信号のうちの不要な信号成分を抑制する。ローノイズアンプ１６は、フィルタ１５より出力された受信信号を増幅して、受信信号端子３に出力する。
【００４１】
フィルタ１５は、低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦと記す。）、帯域通過フィルタ（以下、ＢＰＦと記す。）、高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦと記す。）、帯域阻止フィルタ（以下、ＢＲＦと記す。）のいずれであってもよい。また、フィルタ１５は、例えば、弾性波素子を用いて構成されていてもよい。弾性波素子は、弾性表面波素子でもよいし、バルク弾性波素子でもよい。
【００４２】
本実施の形態に係る高周波回路では、制御端子１１ｅに入力される制御信号に応じて、高周波スイッチ２１の状態が切り替えられる。送信時には、高周波スイッチ２１のポート２１ａ，２１ｂが接続される。このとき、送信信号端子２に入力された送信信号は、電力増幅器１２、アイソレータ１３、カプラ２２および高周波スイッチ２１を経て、アンテナ１から発信される。一方、受信時には、高周波スイッチ２１のポート２１ａ，２１ｃが接続される。このとき、アンテナ１に入力された受信信号は、高周波スイッチ２１、フィルタ１５およびローノイズアンプ１６を経て、受信信号端子３より受信回路に出力される。カプラ２２は、送信信号を検出し、この送信信号に対応したモニタ信号をＡＰＣ回路１４に出力する。ＡＰＣ回路１４は、モニタ信号のレベルに応じて、すなわち送信信号のレベルに応じて、電力増幅器１２の出力信号のレベルがほぼ一定になるように、電力増幅器１２のゲインを制御する。
【００４３】
図２は、高周波モジュール１１の回路構成の一例を示す回路図である。この例では、高周波モジュール１１内の高周波スイッチ２１は、一端がアンテナ端子１１ａに接続されたてキャパシタ３１と、一端がキャパシタ３１の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ３２と、アノードがキャパシタ３１の他端に接続され、カソードがカプラ２２の出力ポートＰ２に接続されたダイオード３３とを有している。キャパシタ３１の一端は、アンテナポート２１ａに対応する。ダイオード３３のカソードは、送信信号ポート２１ｂに対応する。
【００４４】
高周波スイッチ２１は、更に、一端がキャパシタ３１の他端に接続されたコイル３４と、一端がコイル３４の他端に接続され、他端が受信信号端子１１ｃに接続されたキャパシタ３５と、カソードがコイル３４の他端に接続されたダイオード３６と、一端がダイオード３６のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ３７と、一端がダイオード３６のアノードに接続され、他端が制御端子１１ｅに接続された電流制限用抵抗３８とを有している。キャパシタ３５の他端は、受信信号ポート２１ｃに対応する。ダイオード３３，３６としては、例えばＰＩＮダイオードが用いられる。
【００４５】
図２に示した高周波スイッチ２１は、能動素子であるダイオード３３，３６と、受動素子であるキャパシタ３１，３２，３５，３７、コイル３４および抵抗３８とを含んでいる。このうち、ダイオード３３，３６は多層基板に搭載される。受動素子の少なくとも一部は、多層基板の導体層を用いて構成されていてもよい。多層基板の導体層を用いて構成された受動素子は、集中定数素子であってもよい。多層基板の導体層を用いて構成されない受動素子は、多層基板に搭載される。また、カプラ２２の主ラインＳ１および副ラインＳ２は、多層基板の導体層を用いて構成される。多層基板に搭載される受動素子は、例えば、キャパシタ３１および抵抗２３，３８である。
【００４６】
図２に示した高周波モジュール１１では、送信時には、制御端子１１ｅに印加される制御信号がハイレベルとなる。その結果、２つのダイオード３３，３６が共に導通状態となる。このとき、コイル３４、キャパシタ３２，３７およびダイオード３６のインダクタンス成分による共振によって、コイル３４を経由する信号経路のインピーダンスが大きくなり、アンテナ端子１１ａと受信信号端子１１ｃとの間の信号経路は遮断される。そのため、送信信号端子１１ｂに入力された送信信号は、ダイオード３３およびキャパシタ３１を通過してアンテナ端子１１ａに送られ、アンテナ１から送信される。このときダイオード３３，３６に要求される特性は、信号を通すために、オン抵抗が小さいことである。
【００４７】
一方、受信時には、制御端子１１ｅに印加される制御信号がローレベルとなる。その結果、２つのダイオード３３，３６が共に非導通状態となる。これにより、ダイオード３３，３６を経由する信号経路は遮断される。そのため、アンテナ１に入力された受信信号は、キャパシタ３１、コイル３４、キャパシタ３５を通過して、受信信号端子１１ｃより出力される。このときダイオード３３，３６に要求される特性は、信号を通過させないために、キャパシタンスが小さいことである。
【００４８】
図２に示した例では、高周波スイッチ２１において、能動素子としてダイオードを用いているが、このダイオードの代わりに、例えば、ＧａＡｓ化合物半導体による電界効果トランジスタを用いてもよい。
【００４９】
また、図２に示した高周波モジュール１１において、電流制限用抵抗３８は、省略してもよい。
【００５０】
本実施の形態において、カプラ２２の主ラインＳ１と副ラインＳ２は、多層基板の誘電体層を挟んで対向している。主ラインＳ１は、送信信号端子１１ｂと高周波スイッチ２１との間の信号経路に挿入されている。副ラインＳ２は、主ラインＳ１よりも狭い幅を有している。
【００５１】
次に、本実施の形態におけるカプラ２２の特性について説明する。まず、カプラ２２の結合度、アイソレーションおよび方向性について説明する。ここでは、カプラ２２のポートＰ１〜Ｐ４に入力される信号またはポートＰ１〜Ｐ４より出力される信号のレベルも、Ｐ１〜Ｐ４で表す。また、結合度、アイソレーションおよび方向性を、それぞれＣ（ｄＢ）、Ｉ（ｄＢ）、Ｄ（ｄＢ）で表す。これらは、以下の式で表される。
【００５２】
Ｃ＝１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ１）、
Ｉ＝１０ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ１）＝１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ２）、
Ｄ＝１０ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ３）
【００５３】
また、方向性Ｄの式は、以下のように変形でき、これにより、方向性ＤはＩ−Ｃで表される。
【００５４】
Ｄ＝１０ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ３）
＝１０ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ１）−１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ１）
＝１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ２）−１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ１）
＝Ｉ−Ｃ
【００５５】
本実施の形態では、カプラ２２のポートＰ４は、終端抵抗２３によって終端されている。そのため、ポートＰ４の信号レベルを測定することができない。そこで、本実施の形態では、方向性Ｄは、上記の式のように、［アイソレーションＩ−結合度Ｃ］より求める。
【００５６】
また、上記の式から分かるように、アイソレーションＩは、［方向性Ｄ＋結合度Ｃ］で表される。
【００５７】
本実施の形態では、カプラ２２の結合度Ｃを−ＸｄＢ、カプラ２２の方向性Ｄを−ＹｄＢとしたとき、Ｘを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２１以上とする。以下、結合度Ｃと方向性Ｄを上記のように規定する理由について説明する。まず、結合度Ｃについて説明する。Ｘが小さすぎると、主ラインＳ１を通る送信信号の損失が大きくなる。一方、Ｘが大きすぎると、送信信号を検出するというカプラ２２本来の機能が損なわれる。そこで、本実施の形態では、送信信号を検出するというカプラ２２の機能を損なうことなく、送信信号の損失を増加させないように、Ｘを１０〜２１の範囲内としている。次に、カプラ２２の方向性Ｄは、結合度Ｃと共にアイソレーションＩに寄与する。しかし、アイソレーションＩに対する結合度Ｃの寄与を大きく取ると、上述のように送信信号を検出するというカプラ２２本来の機能が損なわれる。そのため、アイソレーションＩに対する方向性Ｄの寄与は、アイソレーションＩに対する結合度Ｃの寄与以上であることが望ましい。そこで、本実施の形態では、アイソレーションＩに対する方向性Ｄの寄与が、アイソレーションＩに対する結合度Ｃの寄与以上となるように、Ｙを２１以上としている。また、この観点から、Ｙはより大きい方が好ましく、例えば２３以上であることが好ましい。
【００５８】
ここで、カプラ２２のアイソレーションＩを−ＺｄＢとする。上記のようにＸを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２１以上とすると、Ｚは３１以上となる。また、Ｘを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２３以上とすると、Ｚは３３以上となる。いずれの場合も、十分な大きさのアイソレーションＩを実現することができる。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、送信信号を検出するというカプラ２２の機能を損なうことなく、カプラ２２のアイソレーションを十分大きく（Ｚを大きく）することができる。
【００６０】
次に、図３ないし図６を参照して、高周波モジュール１１の外観の一例について説明する。図３は高周波モジュール１１の平面図である。図４は、図３における矢印Ａ方向から見た高周波モジュール１１の側面図である。図５は高周波モジュール１１の底面図である。図６は、図３における矢印Ｂ方向から見た高周波モジュール１１の側面図である。
【００６１】
図３ないし図６に示したように、高周波モジュール１１は、多層基板４０と、この多層基板４０の上面に実装された複数の部品４１と、この部品４１を覆うシールドケース４２とを備えている。なお、図６は、シールドケース４２を切り欠いて示している。多層基板４０の外面には、外部回路に接続される接続端子として、アンテナ端子１１ａと、送信信号端子１１ｂと、受信信号端子１１ｃと、モニタ端子１１ｄと、制御端子１１ｅと、グランドに接続される３つのグランド端子１１ｇ，１１ｈ，１１ｉが設けられている。部品４１としては、例えば、ダイオード３３，３６、キャパシタ３１および抵抗２３，３８がある。シールドケース４２は金属によって形成されている。なお、部品４１をシールドケース４２によって覆う代わりに、部品４１を成形された樹脂によって封止してもよい。
【００６２】
次に、図７ないし図１２を参照して、多層基板４０の構成の一例について説明する。この例では、多層基板４０は、１７層の誘電体層と、各誘電体層の上に形成された導体層またはマークを備えている。各誘電体層は、例えばセラミックによって形成される。図７において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、上から１層目ないし３層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示している。図８において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、上から４層目ないし６層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示している。図９において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、上から７層目ないし９層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示している。図１０において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、上から１０層目ないし１２層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示している。図１１において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、上から１３層目ないし１５層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示している。図１２において、（ａ）は、上から１６層目の誘電体層およびその上に形成された導体層を示し、（ｂ）は、上から１７層目の誘電体層およびその上に形成されたマークを示している。なお、図７（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図（ａ）〜（ｃ）、図１０（ａ）〜（ｃ）、および図１１（ａ）において、点線による円は、上の誘電体層に形成されたビアホールの位置を表している。
【００６３】
図７（ａ）に示した１層目の誘電体層５１の上面には、導体層としての導体部Ｐ１０１〜Ｐ１１８が設けられている。導体部Ｐ１０１〜Ｐ１０８は、それぞれ、端子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉに接続される。導体部Ｐ１０９，Ｐ１１０には、キャパシタ３１の各端部が接続される。導体部Ｐ１１１，Ｐ１１２には、ダイオード３３の各端部が接続される。導体部Ｐ１１３，Ｐ１１４には、ダイオード３６の各端部が接続される。導体部Ｐ１１５，Ｐ１１６には、抵抗２３の各端部が接続される。導体部Ｐ１１７，Ｐ１１８には、抵抗３８の各端部が接続される。また、誘電体層５１には、それぞれ導体部Ｐ１０９〜Ｐ１１８に接続された１０個のビアホールが設けられている。図７（ａ）において、これらホールは、丸印で表わしている。
【００６４】
図７（ｂ）に示した２層目の誘電体層５２の上面には、導体層としての導体部Ｐ１２１〜Ｐ１２６が設けられている。また、誘電体層５２には、ビアホールＨ１２１〜Ｈ１２７が設けられている。導体部Ｐ１２１は端子１１ａに接続される。また、導体部Ｐ１２１は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して導体部Ｐ１０９に接続される。導体部Ｐ１２２は端子１１ｅに接続される。また、導体部Ｐ１２２は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して導体部Ｐ１１７に接続される。導体部Ｐ１２３は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して、導体部Ｐ１１０，Ｐ１１１に接続される。また、導体部Ｐ１２３には、ビアホールＨ１２１，Ｈ１２２が接続されている。導体部Ｐ１２４は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。導体部Ｐ１２４は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して導体部Ｐ１１３に接続される。また、導体部Ｐ１２４には、ビアホールＨ１２３が接続されている。導体部Ｐ１２５は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して導体部Ｐ１１８に接続される。また、導体部Ｐ１２５には、ビアホールＨ１２４が接続されている。導体部Ｐ１２６は、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して導体部Ｐ１１５に接続される。また、導体部Ｐ１２６には、ビアホールＨ１２５が接続されている。ビアホールＨ１２６，Ｈ１２７は、それぞれ、誘電体層５１に設けられたビアホールを介して、導体部Ｐ１１２，Ｐ１１６に接続される。
【００６５】
図７（ｃ）に示した３層目の誘電体層５３の上面には、導体層としての導体部Ｐ１３１〜Ｐ１３３が設けられている。また、誘電体層５３には、ビアホールＨ１３１〜Ｈ１３７が設けられている。導体部Ｐ１３１には、ビアホールＨ１３１，Ｈ１３２が接続されている。ビアホールＨ１３１，Ｈ１３２は、それぞれ、ビアホールＨ１２１，Ｈ１２２に接続される。導体部Ｐ１３２は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１３２は端子１１ｃに接続される。導体部Ｐ１３３は、グランド用導体層を構成するものである。また、導体部Ｐ１３３は、端子１１ｇ、１１ｈ、１１ｉに接続される。また、導体部Ｐ１３３は、ビアホールＨ１２７に接続される。また、導体部Ｐ１３３には、ビアホールＨ１３５が接続されている。ビアホールＨ１３３，Ｈ１３４，Ｈ１３６，Ｈ１３７は、それぞれ、ビアホールＨ１２３，Ｈ１２４，Ｈ１２５，Ｈ１２６に接続される。
【００６６】
図８（ａ）に示した４層目の誘電体層５４の上面には、導体層としての導体部Ｐ１４１，Ｐ１４２が設けられている。また、誘電体層５４には、ビアホールＨ１４１〜Ｈ１４６が設けられている。導体部Ｐ１４１は、キャパシタ３２の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１４１は、ビアホールＨ１３１に接続される。導体部Ｐ１４２は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１４２には、ビアホールＨ１４２が接続されている。ビアホールＨ１４２は、ビアホールＨ１３３に接続される。ビアホールＨ１４１，Ｈ１４３，Ｈ１４４，Ｈ１４５，Ｈ１４６は、それぞれ、ビアホールＨ１３２，Ｈ１３４，Ｈ１３５，Ｈ１３６，Ｈ１３７に接続される。
【００６７】
図８（ｂ）に示した５層目の誘電体層５５の上面には、導体層としての導体部Ｐ１５１，Ｐ１５２が設けられている。また、誘電体層５５には、ビアホールＨ１５１〜Ｈ１５６が設けられている。導体部Ｐ１５１は、グランド用導体層を構成するものである。また、導体部Ｐ１５１は端子１１ｈに接続される。また、導体部Ｐ１５１には、ビアホールＨ１５４が接続されている。ビアホールＨ１５４は、ビアホールＨ１４４に接続される。導体部Ｐ１５２は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１５２は端子１１ｃに接続される。ビアホールＨ１５１，Ｈ１５２，Ｈ１５３，Ｈ１５５，Ｈ１５６は、それぞれ、ビアホールＨ１４１，Ｈ１４２，Ｈ１４３，Ｈ１４５，Ｈ１４６に接続される。
【００６８】
図８（ｃ）に示した６層目の誘電体層５６の上面には、導体層としての導体部Ｐ１６１，Ｐ１６２が設けられている。また、誘電体層５６には、ビアホールＨ１６１〜Ｈ１６６が設けられている。導体部Ｐ１６１は、キャパシタ３２の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１６１は、ビアホールＨ１５１に接続される。また、導体部Ｐ１６１には、ビアホールＨ１６１が接続されている。導体部Ｐ１６２は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１６２には、ビアホールＨ１６２が接続されている。ビアホールＨ１６２は、ビアホールＨ１５２に接続される。ビアホールＨ１６３，Ｈ１６４，Ｈ１６５，Ｈ１６６は、それぞれ、ビアホールＨ１５３，Ｈ１５４，Ｈ１５５，Ｈ１５６に接続される。
【００６９】
図９（ａ）に示した７層目の誘電体層５７の上面には、導体層としての導体部Ｐ１７１，Ｐ１７２が設けられている。また、誘電体層５７には、ビアホールＨ１７１〜Ｈ１７６が設けられている。導体部Ｐ１７１は、コイル３４の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１７１の一端部は、ビアホールＨ１６１に接続される。また、導体部Ｐ１７１の他端部には、ビアホールＨ１７１が接続されている。導体部Ｐ１７２は、キャパシタ３５の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１７２は端子１１ｃに接続される。ビアホールＨ１７２，Ｈ１７３，Ｈ１７４，Ｈ１７５，Ｈ１７６は、それぞれ、ビアホールＨ１６２，Ｈ１６３，Ｈ１６４，Ｈ１６５，Ｈ１６６に接続される。
【００７０】
図９（ｂ）に示した８層目の誘電体層５８の上面には、導体層としての導体部Ｐ１８１が設けられている。また、誘電体層５８には、ビアホールＨ１８１〜Ｈ１８６が設けられている。導体部Ｐ１８１は、コイル３４の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１８１の一端部は、ビアホールＨ１７１に接続される。また、導体部Ｐ１８１の他端部には、ビアホールＨ１８１が接続されている。ビアホールＨ１８２，Ｈ１８３，Ｈ１８４，Ｈ１８５，Ｈ１８６は、それぞれ、ビアホールＨ１７２，Ｈ１７３，Ｈ１７４，Ｈ１７５，Ｈ１７６に接続される。
【００７１】
図９（ｃ）に示した９層目の誘電体層５９の上面には、導体層としての導体部Ｐ１９１，Ｐ１９２が設けられている。また、誘電体層５９には、ビアホールＨ１９１〜Ｈ１９５が設けられている。導体部Ｐ１９１は、コイル３４の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ１９１の一端部は、ビアホールＨ１８１に接続される。また、導体部Ｐ１９１の他端部には、ビアホールＨ１９１が接続されている。導体部Ｐ１９２は、カプラ２２の副ラインＳ２を構成するものである。また、導体部Ｐ１９２の一端部は、端子１１ｄに接続される。また、導体部Ｐ１９２の他端部は、ビアホールＨ１８５に接続される。ビアホールＨ１９２，Ｈ１９３，Ｈ１９４，Ｈ１９５は、それぞれ、ビアホールＨ１８２，Ｈ１８３，Ｈ１８４，Ｈ１８６に接続される。
【００７２】
図１０（ａ）に示した１０層目の誘電体層６０の上面には、導体層としての導体部Ｐ２０１，Ｐ２０２が設けられている。また、誘電体層６０には、ビアホールＨ２０１〜Ｈ２０４が設けられている。導体部Ｐ２０１は、コイル３４の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ２０１の一端部は、ビアホールＨ１９１に接続される。また、導体部Ｐ２０１の他端部には、ビアホールＨ２０１が接続されている。導体部Ｐ２０２は、カプラ２２の主ラインＳ１を構成するものである。また、導体部Ｐ２０２の一端部は、端子１１ｂに接続される。また、導体部Ｐ２０２の他端部は、ビアホールＨ１９５に接続される。ビアホールＨ２０２，Ｈ２０３，Ｈ２０４は、それぞれ、ビアホールＨ１９２，Ｈ１９３，Ｈ１９４に接続される。
【００７３】
図１０（ｂ）に示した１１層目の誘電体層６１の上面には、導体層としての導体部Ｐ２１１が設けられている。また、誘電体層６１には、ビアホールＨ２１１，Ｈ２１２が設けられている。導体部Ｐ２１１は、コイル３４の一部を構成するものである。また、導体部Ｐ２１１の一端部は、ビアホールＨ２０１に接続される。また、導体部Ｐ２１１の他端部は、ビアホールＨ２０２に接続される。ビアホールＨ２１１，Ｈ２１２は、それぞれ、ビアホールＨ２０３，Ｈ２０４に接続される。
【００７４】
図１０（ｃ）に示した１２層目の誘電体層６２には、ビアホールＨ２２１，Ｈ２２２が設けられている。ビアホールＨ２２１，Ｈ２２２は、ビアホールＨ２１１，Ｈ２１２に接続される。
【００７５】
図１１（ａ）に示した１３層目の誘電体層６３には、ビアホールＨ２３１，Ｈ２３２が設けられている。ビアホールＨ２３１，Ｈ２３２は、ビアホールＨ２２１，Ｈ２２２に接続される。
【００７６】
図１１（ｂ）に示した１４層目の誘電体層６４の上面には、導体層としての導体部Ｐ２４１が設けられている。また、誘電体層６４には、ビアホールＨ２４１が設けられている。導体部Ｐ２４１は、グランド用導体層を構成するものである。また、導体部Ｐ２４１は、端子１１ｇ，１１ｈ，１１ｉに接続される。また、導体部Ｐ２４１は、ビアホールＨ２３２に接続される。ビアホールＨ２４１は、ビアホールＨ２３１に接続される。
【００７７】
図１１（ｃ）に示した１５層目の誘電体層６５の上面には、導体層としての導体部Ｐ２５１が設けられている。導体部Ｐ２５１は、キャパシタ３７の一部を構成するものである。導体部Ｐ２５１は、ビアホールＨ２４１に接続される。
【００７８】
図１２（ａ）に示した１６層目の誘電体層６６の上面には、導体層としての導体部Ｐ２６１が設けられている。導体部Ｐ２６１は、グランド用導体層を構成するものである。また、導体部Ｐ２６１は、端子１１ｇ，１１ｈ，１１ｉに接続される。
【００７９】
図１２（ｂ）に示した１７層目の誘電体層６７の上面には、マークＰ２７１が設けられている。
【００８０】
多層基板４０は、例えば、以下のようにして製造される。まず、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にセラミックスラリーを塗布し、これを乾燥して、誘電体層となる誘電体シートを形成する。次に、この誘電体シートに、必要に応じて、ビアホール用の穴を形成する。次に、印刷工法によって、誘電体シート上に導電体ペーストを印刷して、所定のパターンの導体層を形成すると共に、導電体ペーストをビアホール用の穴に充填してビアホールを形成する。次に、このようにして導体層やビアホールが形成された複数枚の誘電体シートを、乾燥させた後、積み重ね、熱プレスによって一体化する。次に、このようにして得られた積層体を切断して、個々の多層基板４０となる部分に分割する。次に、分割後の積層体を電気炉で焼成する。次に、この積層体の外周部に、外部回路に接続される接続端子を転写した後、これを焼成し、更に、これにめっきを施して、多層基板４０が完成する。そして、この多層基板４０に、部品４１を実装し、更にシールドケース４２を装着して、高周波モジュール１１が完成する。
【００８１】
このように、本実施の形態では、多層基板４０を使用して高周波スイッチ２１とカプラ２２を一体化している。そのため、本実施の形態によれば、高周波スイッチ２１とカプラ２２を立体的に配置することができ、これにより、高周波スイッチ２１とカプラ２２を含む高周波モジュール１１の小型化が可能になる。互いに別部品であった従来の高周波スイッチとカプラは、例えば次のような大きさであった。すなわち、高周波スイッチの大きさは、縦３．５ｍｍ、横３．５ｍｍ、高さ１．９ｍｍである。カプラの大きさは、縦１．６ｍｍ、横０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍである。これに対し、本実施の形態に係る高周波モジュール１１は、高周波スイッチ２１（抵抗３８を含む。）、カプラ２２および抵抗２３を含みながら、例えば、従来の単体の高周波スイッチと同じ、縦３．５ｍｍ、横３．５ｍｍ、高さ１．９ｍｍという大きさにすることができる。
【００８２】
本実施の形態では、高周波モジュール１１に含まれる受動素子の少なくとも一部を、多層基板４０に内蔵している。また、本実施の形態では、多層基板４０に内蔵したスイッチの受動素子として、分布定数回路素子ではなく、コイルやキャパシタといった集中定数回路素子を使用した。分布定数回路素子では、例えば信号の波長の１／４といった、信号の波長に依存した長さが必要になる。そのため、受動素子として分布定数回路素子を用いると、多層基板４０の小型化が難しくなる場合がある。これに対し、本実施の形態では、受動素子として集中定数回路素子を使用したので、多層基板４０の小型化が可能になる。
【００８３】
本実施の形態では、前述のように、カプラ２２の結合度Ｃを−ＸｄＢ、カプラ２２の方向性Ｄを−ＹｄＢとしたとき、Ｘを１０〜２１の範囲内とし、Ｙを２１以上、好ましくは２３以上としている。このようなカプラ２２の特性を実現するには、特に、カプラ２２の方向性の改善、すなわちＹを大きくすることが必要である。以下、本実施の形態におけるカプラ２２の特性を実現する方法について説明する。本実施の形態のようにストリップラインを用いたカプラ２２の場合、原理的に、ストリップラインの特性インピーダンスが負荷抵抗に等しいときに最もカプラ２２と負荷との間における信号の反射が少なく、カプラ２２の損失も少ない。また、原理的に、主ラインＳ１と副ラインＳ２が対向している領域の長さが、信号の波長の１／４に等しいときに、アイソレートポートＰ４に信号が発生せず、カプラ２２の方向性がよくなる。しかし、積層体内に形成される実際のカプラ２２の場合には、理想的なストリップラインの設計が困難であることや、カプラ２２に接続される部品の入出力インピーダンスがストリップラインの特性インピーダンス（例えば５０Ω）に等しいとは限らないので反射が生じることにより、アイソレートポートＰ４へ信号が漏れ、カプラ２２の方向性を十分に大きくすることが難しい。
【００８４】
そこで、カプラ２２の方向性を大きく（Ｙを大きく）するために、カプラ２２を構成するストリップラインの特性インピーダンスを変えることを考える。ここでは、カプラ２２の主ラインＳ１と副ラインＳ２がそれぞれ、トリプレートストリップラインにおける中心の導体層によって構成されるものとする。そして、トリプレートストリップラインにおける上下の２つのグランド用導体層の間の距離を一定とし、中心の導体層の幅を調整することで、ストリップラインの特性インピーダンスを変化させることを考える。
【００８５】
カプラ２２の主ラインＳ１は送信回路へ接続されるため、その出力インピーダンスは例えば５０Ωに整合している必要がある。そのため、主ラインＳ１の幅を変更することは好ましくない。これに対し、副ラインＳ２は、送信信号の検出に用いられるだけなので、特性インピーダンスを変化させることが可能である。そこで、本実施の形態では、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅よりも小さくして、副ラインＳ２の特性インピーダンスを大きくし、これにより、主ラインＳ１から副ラインＳ２のアイソレートポートＰ４への信号の漏れを抑制する。
【００８６】
副ラインＳ２の幅を小さくすると、カプラ２２の結合が弱く（Ｘが大きく）なるが、主ラインＳ１と副ラインＳ２が対向している領域の長さを大きくすることで、カプラ２２の結合が弱くなることを防止できる。主ラインＳ１と副ラインＳ２が対向している領域の長さを大きくしても、各ラインＳ１，Ｓ２の特性インピーダンスの関係は変わらないので、アイソレートポートＰ４への信号の漏れは増加しない。
【００８７】
上述のように、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅よりも小さくすることによりカプラ２２の方向性およびアイソレーションを改善することができる。しかし、印刷工程において実現可能なライン幅には最小値が存在することから、副ラインＳ２の幅を小さくすることには限界がある。そのため、この製造上の制約とカプラの特性改善の要求との兼ね合いで、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅で除した値は、０．９〜０．２の範囲内であることが好ましい。主ラインＳ１の特性インピーダンスを５０Ωとした場合、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅で除した値が０．９〜０．２の範囲内であるとき、副ラインＳ２の特性インピーダンスは、およそ５４〜８０Ωの範囲内となる。
【００８８】
このように、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅よりも小さくすることによりカプラ２２の方向性およびアイソレーションを改善することができるが、まだ十分とは言えない。そこで、次に、副ラインＳ２のアイソレートポートＰ４に接続される終端抵抗２３について考える。前述のように、副ラインＳ２の特性インピーダンスを変化させることで、カプラ２２の方向性およびアイソレーションを改善することができる。更に考えると、終端抵抗２３の抵抗値を変化させることにより、主ラインＳ１から見た副ラインＳ２のインピーダンスを変化させることが可能であることから、終端抵抗２３の抵抗値を変化させることによっても、カプラ２２の方向性およびアイソレーションを改善することが可能である。ただし、終端抵抗２３の抵抗値を変化させると、モニタポートＰ３の出力インピーダンスが大きく変化するので、終端抵抗２３の抵抗値の変化量には限界がある。
【００８９】
通常、単体のカプラは、特性インピーダンスが５０Ωの系での使用に対して最適化されているため、カプラに対して外付けする終端抵抗には、抵抗値５０Ωのものが用いられる。しかし、本実施の形態では、終端抵抗２３を、カプラ２２と共に高周波モジュール１１に一体化している。そのため、本実施の形態では、副ラインＳ２の特性インピーダンスとの組み合わせで、終端抵抗２３の抵抗値を最適化することによって、カプラ２２の方向性およびアイソレーションを改善することができる。
【００９０】
終端抵抗２３の抵抗値の最適化は、例えば、以下のようにして行なうことができる。まず、カプラ２２の構造シミュレーションを行って、カプラ２２の特性をＳパラメータで出力する。次に、回路シミュレータによって、構造シミュレーションの結果に終端抵抗２３の抵抗値を追加して、カプラ２２の特性をシミュレートする。このとき、カプラ２２の特性を悪化させない範囲、例えば、モニタポートＰ３における反射損失が１０ｄＢ以上となる範囲で、終端抵抗２３の抵抗値を変化させて、カプラ２２のアイソレーション（Ｚの値）が最大になるように、終端抵抗２３の抵抗値を最適化する。そして、このシミュレーションによって得られた終端抵抗２３の抵抗値を、実際の終端抵抗２３の抵抗値とする。
【００９１】
前述のように、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅で除した値が０．９〜０．２の範囲内で、副ラインＳ２の特性インピーダンスがおよそ５４〜８０Ωの範囲内である場合、最適な終端抵抗２３の抵抗値は、例えばおよそ３０〜４７Ωの範囲内となる。
【００９２】
なお、ここまでは、副ラインＳ２の幅を変えることで、副ラインＳ２の特性インピーダンスを変化させる場合について説明してきたが、トリプレートストリップラインにおける上下の２つのグランド用導体層の間の距離を変えることによっても、副ラインＳ２の特性インピーダンスを変化させることが可能である。
【００９３】
次に、図１３ないし図１６を参照して、本実施の形態に係る高周波モジュール１１の特性の一例について説明する。図１３は、高周波モジュール１１の送信時における送信信号の経路の挿入損失の周波数特性を示している。図１４は、高周波モジュール１１の受信時における受信信号の経路の挿入損失の周波数特性を示している。図１５は、カプラ２２の結合度の周波数特性を示している。図１６は、カプラ２２の方向性の周波数特性を示している。図１３ないし図１６は、０．８〜０．９ＧＨｚの周波数帯域での使用に適するように設計された例を示している。
【００９４】
この例では、図１５に示したように、上記の使用周波数帯域において、カプラ２２の結合度は−１９〜−２１ｄＢの範囲内となっている。
【００９５】
図１６において、符号７１は、主ラインＳ１の幅と副ラインＳ２の幅を等しくした場合におけるカプラ２２の方向性を表している。また、符号７２は、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅で除した値を０．５とし、副ラインＳ２の特性インピーダンスを６３Ωとしたが、終端抵抗２３の抵抗値の最適化を行なわずに、終端抵抗２３の抵抗値を５１Ωとした場合におけるカプラ２２の方向性を表している。また、符号７３は、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅で除した値を０．５とし、副ラインＳ２の特性インピーダンスを６３Ωとし、更に、終端抵抗２３の抵抗値の最適化を行なって、終端抵抗２３の抵抗値を３６Ωとした場合におけるカプラ２２の方向性を表している。
【００９６】
図１６から分かるように、副ラインＳ２の幅を主ラインＳ１の幅よりも小さくすることによりカプラ２２の方向性を改善することができるが、まだ十分とは言えない。しかし、更に、終端抵抗２３の抵抗値の最適化を行なうことにより、カプラ２２の方向性をより改善することができ、使用周波数帯域において、カプラ２２の方向性を−ＹｄＢとしたときにＹが２３以上となる特性を得ることができた。この例では、使用周波数帯域において、Ｙは、２７〜２９の範囲内となっている。
【００９７】
なお、上記の例におけるカプラ２２のアイソレーションの周波数特性は図示していないが、前述のように、アイソレーションは、方向性＋結合度として求められる。
【００９８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、高周波モジュール１１によって高周波スイッチ２１とカプラ２２を一体化でき、その結果、高周波回路の小型化、軽量化が可能になる。また、本実施の形態によれば、カプラ２２において十分なアイソレーションを確保することができる。
【００９９】
［第２の実施の形態］
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る高周波モジュールおよび高周波回路について説明する。図１７は、本実施の形態に係る高周波回路の構成を示すブロック図である。図１８は、本実施の形態に係る高周波モジュールの回路構成の一例を示す回路図である。
【０１００】
図１７に示したように、本実施の形態に係る高周波モジュール１１は、送信信号端子１１ｂと高周波スイッチ２１の間に設けられ、送信信号のうちの不要な信号成分を抑制するフィルタ２４を備えている。フィルタ２４は、具体的には、カプラ２２の出力ポートＰ２と高周波スイッチ２１の送信信号ポート２１ｂとの間に設けられている。また、本実施の形態では、アイソレータ１３は設けられておらず、電力増幅器１２の出力端が高周波モジュール１１の送信信号端子１１ｂに接続されている。
【０１０１】
フィルタ２４は、ＬＰＦ、ＢＰＦのいずれであってもよい。また、フィルタ２４は、例えば、弾性波素子を用いて構成されていてもよい。弾性波素子は、弾性表面波素子でもよいし、バルク弾性波素子でもよい。
【０１０２】
図１８は、フィルタ２４をＬＰＦとした場合における高周波モジュール１１の回路構成の一例を示している。この場合、フィルタ２４は、送信信号における高調波成分を減衰させる機能を有する。この例では、フィルタ２４は、カプラ２２の出力ポートＰ２と高周波スイッチ２１のダイオード３３のカソードとの間に設けられている。フィルタ２４は、一端が出力ポートＰ２に接続され、他端がダイオード３３のカソードに接続されたコイル８１と、一端が出力ポートＰ２に接続され、他端がダイオード３３のカソードに接続されたキャパシタ８２と、一端が出力ポートＰ２に接続されたコイル８３と、一端がコイル８３の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ８４と、一端がダイオード３３のカソードに接続され、他端が接地されたキャパシタ８５とを有している。
【０１０３】
本実施の形態において、フィルタ２４の構成要素は、多層基板４０の導体層を用いて構成され、多層基板４０に一体化されている。本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、高周波モジュール１１の構成要素としてフィルタ２４が追加されるが、高周波モジュール１１の大きさはそれほど変わることはない。一方、本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、アイソレータ１３が除かれるため、高周波回路を、より小型化、軽量化することができる。
【０１０４】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０５】
［第３の実施の形態］
次に、図１９を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る高周波モジュールおよび高周波回路について説明する。図１９は、本実施の形態に係る高周波回路の構成を示すブロック図である。
【０１０６】
本実施の形態では、高周波モジュール１１が、第２の実施の形態における構成要素に加え、電力増幅器１２およびＡＰＣ回路１４を含んでいる。本実施の形態に係る高周波モジュール１１は、第２の実施の形態における送信信号端子１１ｂおよびモニタ端子１１ｄを備えておらず、代わりに送信信号端子１１ｆを備えている。送信信号端子１１ｆは、高周波回路の送信信号端子２と電力増幅器１２の入力端とに接続されている。電力増幅器１２の出力端は、カプラ２２の入力ポートＰ１に接続されている。ＡＰＣ回路１４の入力端は、カプラ２２のモニタポートＰ３に接続されている。
【０１０７】
電力増幅器１２およびＡＰＣ回路１４は、能動素子と受動素子とを含んでいる。能動素子は、多層基板４０に搭載される。受動素子の少なくとも一部は、多層基板４０の導体層を用いて構成されていてもよい。多層基板４０の導体層を用いて構成されない受動素子は、多層基板４０に搭載される。
【０１０８】
本実施の形態によれば、高周波回路を、より小型化、軽量化することができる。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態を変形して、電力増幅器１２とＡＰＣ回路１４のうち、電力増幅器１２のみを高周波モジュール１１に含めてもよい。
【０１０９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、積層体は、誘電体層がセラミックよりなる多層基板に限らず、誘電体層が樹脂よりなる基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る移動体通信機器用高周波回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールの回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールの平面図である。
【図４】図３における矢印Ａ方向から見た高周波モジュールの側面図である。
【図５】図３に示した高周波モジュールの底面図である。
【図６】図３における矢印Ｂ方向から見た高周波モジュールの側面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における多層基板の構成の一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールの送信時における送信信号の経路の挿入損失の周波数特性を示す特性図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールの受信時における受信信号の経路の挿入損失の周波数特性を示す特性図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態におけるカプラの結合度の周波数特性を示す特性図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態におけるカプラの方向性の周波数特性を示す特性図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る移動体通信機器用高周波回路の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る高周波モジュールの回路構成の一例を示す回路図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る移動体通信機器用高周波回路の構成を示すブロック図である。
【図２０】移動体通信機器における高周波回路の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…アンテナ、２…送信信号端子、３…受信信号端子、１１…高周波モジュール、２１…高周波スイッチ、２２…方向性結合器、２３…終端抵抗。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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