(57)【要約】  【課題】電力増幅素子の隣接チャネル漏洩電力特性等を改善するために、その歪特性を向上させるとともに、消費電力にかかわる効率も改善して、歪特性と効率とが最適化された高周波無線回路モジュールを提供する。  【解決手段】電力増幅素子に接続されその負荷インピーダンスを整合させるための整合回路４を、電力増幅素子と方向性結合器５との間に挿入し、隣接チャネル漏洩電力と効率とを最適化すべく、その伝送特性を設定する。  【効果】電力増幅素子の歪特性と効率とはトレードオフの関係にあり、用途によって最適点が異なってくる。整合回路４により電力増幅素子の負荷インピーダンスを調整することで最適化を実現する。【選択図】        図５
2005102099.tif 000002
【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、
電力増幅素子に接続され負荷インピーダンスを整合させるための整合回路と、
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基板上に実装した高周波無線回路モジュールにおいて、
前記整合回路の伝送特性は、隣接チャネル漏洩電力等に関係する電力増幅素子の歪特性と、電力増幅素子の効率とを適正化した値に設定されていることを特徴とする高周波無線回路モジュール。
【請求項２】
前記整合回路の伝送特性は、送信周波数に応じて調整可能となっている請求項１記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項３】
前記整合回路は、インダクタンスおよび／又はキャパシタンスを含む回路により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項４】
前記整合回路が単数又は複数のインダクタンス又はキャパシタンスを、直列又は並列に接続することにより構成されてなる請求項３記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項５】
前記整合回路のキャパシタンスの一部は、可変リアクタンス素子により実現される請求項３又は請求項４記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項６】
前記可変リアクタンス素子が可変容量ダイオードである請求項５記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項７】
前記電力増幅素子とアンテナ共用器との間に、前記電力増幅素子によって増幅された送信信号を一方向に伝搬させる方向性素子を設けている請求項１記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項８】
前記方向性素子がアイソレータである請求項７記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項９】
一つのＩＣパッケージに集積化された電力増幅素子を基板へ実装して構成した請求項１〜請求項８のいずれかに記載の高周波無線回路モジュール。
【請求項１０】
前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の高周波無線回路モジュールを搭載したことを特徴とする携帯端末器などの無線通信装置。
【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無線回路モジュールに関し、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無線回路モジュール及び無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高周波無線回路モジュールは、図１３に示されるような回路構成を有している。図１３において、１はアンテナ接続端子、２はアンテナ共用器、９１はアイソレータ、３は電力増幅素子、６は送信信号入力端子、７は受信信号出力端子である。
送信信号入力端子６から入力された送信信号は、電力増幅素子３で信号増幅され、アイソレータ９１を介して、アンテナ共用器２へ入力される。アイソレータ９１は、アンテナ接続端子１の負荷インピ−ダンスが変化しても電力増幅素子３の送信特性が変動しないようにするために設けられている。アンテナ共用器２から出力される送信信号は、アンテナ共用器２、アンテナ接続端子１を通してアンテナから空中へ放射される。一方、アンテナ接続端子１から入力された受信信号は、アンテナ共用器２に入力され、受信信号端子７に出力される。
【０００３】
このような高周波無線回路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。しかし、小型化を妨げる大きな構成品として、アイソレータ９１がある。例えば、携帯電話通信で用いる８００MHz帯では、縦横５ｍｍ、高さ１．８ｍｍ程度のチップ状のアイソレータ９１が使用されており、他の構成部品と比較しても大きな部品となっている。
そこで、現在では、アイソレータ９１を使用しない傾向にある。アイソレータ９１の不使用を実現するには、出力負荷変動に強い電力増幅素子３を採用し、方向性結合器を用いる。方向性結合器は出力信号をモニターして異常信号出力から保護する機能も備えている。このような構成は、一般的にも実施されはじめている。
【０００４】
近年の移動体通信システムにおいては、伝送容量の増加や伝送スピードの高速化が進んでおり、これに伴い大きな高周波電力を取り扱う必要がある。このような場合において、前記高周波無線回路モジュールでは、（ａ）電力増幅素子の歪特性が劣化して隣接チャネルへの漏洩電力が増大するという問題と、（ｂ）電力増幅素子の消費電力が大きくなり、携帯機器のバッテリーの使用時間を短縮してしまうという問題がある。なお、ここで、電力増幅素子の消費電力を示す変数として「効率」を定義する。「効率」ηとは、（電力増幅素子の出力電力Ｐoutから電力増幅素子の入力電力Ｐinを引いたもの）を（電力増幅素子の電源消費電力Ｐdc）で割った値とする。
【０００５】
η＝（Ｐout−Ｐin）／Ｐdc
したがって、電力増幅素子には、歪特性の改善と、効率の改善との両方が要求される。しかし、電力増幅素子の歪特性と効率はトレードオフ関係にあり、歪特性を改善しようとすれば効率は低下し、効率を上げようとすれば歪特性が劣化する。
【特許文献１】ＰＣＴ  ＷＯ００／２８６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況は、使用される通信システムによっても異なる。例えば、ある国のＣＤＭＡ方式の携帯電話システムにて使用される場合においては、音声通信に加えてデータ通信の用途が多く、データ量が多くなるため隣接チャネル漏洩電力等の、歪に関係する規格を満足できない場合がある。一方、他の国のＣＤＭＡ方式の携帯電話システムにて使用される場合においては、音声通信のみの用途が多く、送受信するデータ量が少ないため、隣接チャネル漏洩電力等の、歪に関する規格があまり問題にならず、この場合は効率を優先した調整をした方がよい。したがって、通信システムの用途に応じて適正化することが望まれる。
【０００７】
また、アンテナ共用器の入力インピーダンスは、通過帯域内においても周波数特性を持っているため、一部の周波数では歪特性が規格から外れてしまう問題があった。
一方、歪特性と効率とは、電力増幅素子へ接続されている負荷インピーダンスによって変化する。すなわち、電力増幅素子の負荷インピーダンスは、アイソレータを使用しない場合においてはアンテナ共用器の入力インピーダンスが支配的となり、アイソレータを使用する場合においては、アイソレータの入力インピーダンスとなり、これらの負荷インピーダンスにより、歪特性と効率が決まってしまう。
【０００８】
そこで本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、全送信周波数帯域において、歪特性と効率とが適正化された高周波無線回路モジュール及び無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主には電力増幅素子とアンテナ共用器又はフィルタ回路から構成され、高周波の無線信号を送信又は受信するため高周波無線回路モジュールに係るものであり、電力増幅素子の隣接チャネル漏洩電力等にかかわる歪特性と、消費電力にかかわる効率とを適正化すべく調整するための整合回路を設けたものである。この整合回路の調整により、通信システムの用途に応じて電力増幅素子の特性を最適に設定できる。
【００１０】
前述したように、電力増幅素子の歪特性と効率とはトレードオフの関係にあり、用途によって最適点が異なってくる。本発明では、電力増幅素子とアンテナ共用器の間に整合回路を設け、これにより電力増幅素子の負荷インピーダンスを調整することで適正化を実現する。
本発明の高周波無線回路モジュールは、送信信号を増幅する電力増幅素子と、電力増幅素子に接続され負荷インピーダンスを整合させるための整合回路と、アンテナに給電される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基板上に実装した高周波無線回路モジュールにおいて、前記整合回路の伝送特性は、隣接チャネル漏洩電力等に関係する電力増幅素子の歪特性と、電力増幅素子の効率とを適正化した値に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
前記高周波無線回路モジュールは送受信用であったが、本発明は、送信のみを扱う場合にも適用があり、この場合は、前記アンテナ共用器を単にフィルタ回路に読み替える。アンテナ共用器は、送信用フィルタ回路と受信用フィルタ回路とを備えているが、送信単独のモジュールでは、送信用フィルタ回路を備えている。
これらの構成によれば、電力増幅素子の負荷特性とアンテナ共用器又はフィルタ回路の入力インピーダンスに合わせて、整合回路の伝送特性を設定することにより、電力増幅素子の歪特性と効率とを適正に調整することができる。
【００１２】
前記整合回路の伝送特性は、送信周波数に応じて調整可能となっていることが好ましい。アンテナ共用器又はフィルタ回路の入力インピーダンスは、周波数特性を持っているが、この調整により、周波数に応じてアンテナ共用器又はフィルタ回路の入力インピーダンスに合わせることができる。
前記整合回路は、好ましくは、インダクタンスおよび／又はキャパシタンスを含む回路により構成されている。
【００１３】
前記整合回路は、さらに好ましくは、単数又は複数のインダクタンス又はキャパシタンスを、直列又は並列に接続することにより構成されてなるものである。
前記整合回路のキャパシタンスの一部は、可変リアクタンス素子により実現するようにすれば、整合回路の伝送特性を任意に調整することができるので、適正な値に設定することが容易にできる。
【００１４】
前記可変リアクタンス素子が可変容量ダイオードであれば、可変容量ダイオードに変化するバイアス電圧を印加してかけてその容量を設定することができる。
本発明の高周波無線回路モジュールは、前記電力増幅素子とアンテナ共用器又はフィルタ回路との間に、前記電力増幅素子によって増幅された送信信号を一方向に伝搬させる方向性素子を設けているものであってもよい。前記方向性素子の例として、アイソレータがあげられる。
【００１５】
前記電力増幅素子は、一つのＩＣパッケージ内に集積化された回路素子であってもよい。そのＩＣパッケージを基板へ実装して高周波無線回路モジュールを構成することができる。これにより、時間のかかる電力増幅素子の設計をマクロ化できるため、モジュール全体の設計時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、高周波無線回路モジュールにおける電力増幅素子の歪特性や効率を使用されるシステムに合わせて適正化できるため、小型で高性能な電子通信機器・電子通信装置等に好適な高周波無線回路モジュールを提供することができる。
また、携帯端末機などの無線通信装置において、前記高周波無線回路モジュールを搭載することにより、小型で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】
【００１７】
図１は、本発明の高周波無線回路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、本発明の高周波無線回路モジュールの外観斜視図である。
図１において、電力増幅素子３の入力側には送信信号入力端子６が設けられ、電力増幅素子３の出力側には整合回路４を通して方向性結合器５が接続されている。方向性結合器５の出力はアンテナ共用器２を介してアンテナ接続端子１に接続され、ここから送信信号がアンテナに給電される。７はアンテナ共用器２の受信信号出力端子であり、８は方向性結合器５に設けられた送信信号モニター端子である。この送信信号モニター端子８は、電力増幅素子３からの過大出力を保護するためモニター回路（図示せず）へ信号を取り出すためのものである。
【００１８】
これらの電力増幅素子３、整合回路４、方向性結合器５、アンテナ共用器２は１つの基板９に搭載され、高周波無線回路モジュールを構成している。
前記アンテナ共用器２は、送信用フィルタ及び受信用フィルタを含む回路であり、これらのフィルタの方式は限定されないが、例えば、誘電体上に形成された弾性表面波素子(SAW)により構成されることが好ましい。これにより、高周波無線回路モジュールの小型化を実現できる。また、弾性表面波素子に代えて、ＢＡＷ(Bulk Acoustic Wave)素子で構成すれば、小型化と耐電力の維持を両立できる。
【００１９】
前記整合回路４及び方向性結合器５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の内部に形成されているものである。
前記電力増幅素子３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ＨＢＴ（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，ＩｎＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅなどのトランジスタを含む半導体素子で形成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
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９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。
【００２６】
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。
前記電力増幅素子３、整合回路４、方向性結合器５、アンテナ共用器２、電源回路（図示せず）を基板へ実装し、全体を樹脂封止することによって、モジュールを形成することができる。
【００２７】
この高周波無線回路モジュールにおいて、送信信号入力端子６から入力された送信信号は、電力増幅素子３により信号増幅され、整合回路４と方向性結合器５を介して、アンテナ共用器２へ入力され、アンテナ接続端子１へ供給される。一方、アンテナ接続端子１から入力された受信信号は、アンテナ共用器２に入力され、受信信号端子７に出力される。
整合回路４は、電力増幅素子３の出力インピーダンスを変換するとともに、電力増幅素子３の特性を適正化するためのものである。
【００２８】
整合回路４は、誘電体基板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状に形成してなるインダクタや、配線導体層の間に介在される誘電体の誘電率を利用したキャパシタなどを構成部品として用いる。インダクタを構成する場合、ストリップラインの形状として、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ができ、これにより、全体を小型化できる。キャパシタンスを構成する場合は、大きな容量が必要な場合はチップコンデンサ部品を用いれば、小面積化ができる。
【００２９】
図３（ａ）から図３（ｄ）は、本発明の高周波無線回路モジュールにおける整合回路４の構成例を示す図である。
図３（ａ）では、整合回路４は、直列インダクタンス４１からなる。電力増幅素子３の出力側から見たこの整合回路４のインピーダンス、つまり負荷インピーダンスの動きを、スミスチャート上に示す。なおスミスチャートの単位は、特性インピーダンス（たとえば５０Ω）で正規化している。
【００３０】
パラメータは整合回路４のインダクタンスＬである。この場合整合回路４のインピーダンスは、インダクタンスＬが増加するに従ってスミスチャート上の定抵抗円を時計方向に移動する。つまり、初期の（直列インダクタンスＬ＝０のときの）インピーダンスが１＋ｊ０であったとすると、例えばｊ１のインダクタンスＬを直列に接続すると、１＋ｊ１へインピーダンスが変化する。
【００３１】
図３(ｂ)では、整合回路４は、直列キャパシタンス４２からなる。電力増幅素子３の出力側から見たこの整合回路４のインピーダンスの動きを、スミスチャート上に示す。パラメータは整合回路４のキャパシタンスＣである。この場合、整合回路４のインピーダンスは、キャパシタンスＣが減少するに従ってスミスチャート上の定抵抗円を反時計方向に移動する。例えば、初期の（直列キャパシタンスＣ＝無限大のときの）インピーダンスが１＋ｊ０であったとすると、−ｊ１の大きさのキャパシタンスＣを直列に接続すると、１−ｊ１へインピーダンスが変化する。
【００３２】
図３(ｃ)では、グランドと並列にインダクタンス４３を接続した場合の整合回路４のインピーダンスの動きを示す。この場合、整合回路４のインピーダンスは、アドミッタンスチャート上の定コンダクタンス円を反時計方向へ移動する。例えば、初期のアドミッタンスが１＋ｊ０で、−ｊ１の大きさのインダクタンスＬを並列に接続すると、１−ｊ１へアドミッタンスが変化する。
【００３３】
図３(ｄ)では、並列にキャパシタンス４４を接続した場合の整合回路４のインピーダンスの動きを示すが、この場合、整合回路４のインピーダンスは、アドミッタンスチャート上の定コンダクタンス円を時計方向に移動する。例えば、初期のアドミッタンスが１＋ｊ０で、ｊ１の大きさのキャパシタンスＣを並列に接続したとすると、１＋ｊ１へアドミッタンスが変化する。
【００３４】
以上、インダクタンス、キャパシタンスの単独の効果について説明してきたが、これらを複数組み合わせることにより、任意のインピーダンスへと整合をとることも可能となる。
次に電力増幅素子の歪特性と効率の適正化の方法について、図４、図５を参照しながら説明する。
【００３５】
図４（ａ）は、電力増幅素子３の効率対負荷のマップをスミスチャート上に示した図である。この負荷マップは、電力増幅素子３へ接続される負荷インピーダンスの変化に基づく、電力増幅素子３の効率の変化をスミスチャート上に同じ効率値（単位％）を結ぶ等高線で表現したものである。
また、図４（ｂ）は、電力増幅素子３の隣接チャネル漏洩電力対負荷のマップをスミスチャート上に示した図である。この負荷マップは、電力増幅素子３へ接続される負荷インピーダンスの変化に基づく、電力増幅素子３の隣接チャネル漏洩電力の変化を同じ漏洩電力（単位ｄＢｃ）を結ぶ等高線で表現したものである（伊藤康之「ＭＭＩＣ技術の基礎と応用」第30-31頁リアライズ社1996年５月31日発行）。
【００３６】
図４（ａ）（ｂ）から、最大の効率を実現する負荷インピーダンスと、最小の隣接チャネル漏洩電力を実現する負荷インピーダンスとでは、ずれがあることがわかる。スミスチャートの中央付近の、リアクタンスが正の領域では、効率はよくなるが隣接チャネル漏洩電力は増えることがわかる。リアクタンスが負の領域では、逆に隣接チャネル漏洩電力は減少するが、効率は悪くなることがわかる。
【００３７】
なお、隣接チャネル漏洩電力は、前述したように、歪特性の悪化に応じて増大するものである。
このように、電力増幅素子の歪特性と効率は、前述したようにトレードオフ関係にあるので、効率または歪をどの程度優先するかによって負荷インピーダンスを決める。
そこで、所望の効率又は歪みを決定して、図４からその効率又は歪みを実現するための負荷インピーダンスを求めて、この負荷インピーダンスを実現する整合回路４を構成すれば、高周波無線回路モジュールに要求される特性（電力増幅素子の歪特性や効率）に合わせて、高周波回路モジュールを適正化することができる。
【００３８】
図５（ａ）は高周波無線回路モジュールにおける整合回路４を並列インダクタンス(図３(ｃ)参照)で構成したときの、整合回路４のインピーダンスをスミスチャート上に表した図であり、図５（ｂ）は高周波無線回路モジュールの部分的な回路図である。
以下、この並列インダクタンス型の整合回路４を接続した場合の、図４の電力増幅素子３の効率対負荷のマップと、図５の整合回路追加後のインピーダンスとを用いて、効率及び歪特性を適正化した整合回路４を構成する例を説明する。
【００３９】
電力増幅素子３の単体の効率対負荷マップは図４（ａ）になっており、隣接チャネル漏洩電力対負荷マップは図４（ｂ）に示すようになっているものとする。また、方向性結合器５の入力側から見たインピーダンスは、５０Ωであるとする。
このとき、電力増幅素子３から見れば、整合回路４を介して図５（ａ）に示すように負荷インピーダンスが変化することになる。この負荷インピーダンスを図４（ａ）の中にプロットすることにより、電力増幅素子３の効率を決定することができ、図４（ｂ）の中にプロットすることにより、電力増幅素子３の歪み特性を決定することができる。したがって、負荷インピーダンスを調整することにより、両方最高とはいえなくても、現実的な効率と歪みを実現できる。
【００４０】
次に、整合回路４のさらに他の回路例を説明する。
図６に、インダクタンスＬ１、キャパシタンスＣ１，Ｃ３、可変容量ダイオードＤ１、チョークコイルＬ２から構成された整合回路４を示す。整合回路４は、直列接続したインダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１の接続点に、キャパシタンスＣ３を並列接続し、さらに可変容量ダイオードＤ１を介して接地した構成となっている。キャパシタンスＣ３には、チョークコイルＬ２が接続されている。チョークコイルＬ２の一端は制御端子１１であり、この制御端子１１に、バイアス電圧を印加する回路が接続される。チョークコイルＬ２は送信信号が制御端子１１から漏れていくのを防止するためのものである。
【００４１】
可変容量ダイオードＤ１は、逆バイアス状態で使用し、可変キャパシタンスＣｄとして機能させる。バイアス電圧によりキャパシタンスＣｄの値を変えることができる。キャパシタンスＣ３は、制御端子１１から印加される直流電圧をカットするために挿入した。キャパシタンスＣｄとＣ３の合成容量が、並列キャパシタンスＣ２の値となる。
図７は、可変容量ダイオードＤ１の印加電圧と容量の関係を示すグラフである。例えば、可変容量ダイオードＤ１に電圧２Ｖを加えると容量は２０ｐＦとなる。キャパシタンスＣ２の容量を２０ｐＦとすると、合成容量は１０ｐＦとなる。
【００４２】
ここで図８に、容量固定型の整合回路を示す。この整合回路は、直列インダクタンスＬ１、直列キャパシタンスＣ１、および並列キャパシタンスＣ２で構成されたＴ字形の回路である。
一般に、電力増幅素子の出力インピーダンスは、例えば５＋ｊ０Ωと低い値をとるので（ａ点）、負荷となるアンテナ共用器のインピーダンスである５０＋ｊ０Ω（中心点）付近までインピーダンス変換を行う必要がある。
【００４３】
図９は整合回路の動作を説明するためのスミスチャートである。スミスチャートの単位は、特性インピーダンス（５０Ω）で正規化している。８００ＭＨｚにおける整合回路の動作を説明する。
図９（ａ）は、図８の整合回路の動作を説明するためのスミスチャートである。
図９（ａ）において、インダクタンスＬ１を３．２ｎＨに設定することにより、インピーダンスをｂ点の５＋ｊ１６Ωまで変換できる。次にキャパシタンスＣ１を１１ｐＦに設定することによりｄ１点の５０＋ｊ０Ωまで変換できる。これにより、電力増幅素子の出力インピーダンスとアンテナ共用器の入力インピーダンスとの整合をとることができる。
【００４４】
さらに、図６に示したように、可変容量ダイオードＤ１を用いることにより、制御端子１１の電圧を制御することによりコンデンサＣ２の値を変化させることができる。例えば可変容量ダイオードＤ１に１．４Ｖを印加すると、キャパシタンスＣｄが３０ｐＦとなり、コンデンサＣ３＝２０ｐＦとの合成容量が１２ｐＦとなる。この場合、図９（ｂ）に示すように、インピーダンスは、ａ→ｂ→ｃ２→ｄ２という推移で変換され、整合回路の出力側から電力増幅素子をみたインピーダンスが５４−ｊ２９Ωとなる。また、可変容量ダイオードＤ１に２．５Ｖを印加すると、キャパシタンスＣｄが１５ｐＦとなり、コンデンサＣ３＝２０ｐＦとの合成容量が８．６ｐＦとなる。この場合、図９（ｃ）に示すように、インピーダンスは、ａ→ｂ→ｃ３→ｄ３という推移で変換され、整合回路の出力側から電力増幅素子をみたインピーダンスが３６＋ｊ９Ωとなる。このように、可変容量ダイオードＤ１に印加するバイアス電圧を設定することにより、インピーダンスを任意に設定することができる。
【００４５】
さらに、一般的に、アンテナ共用器の通過帯域内の入力インピーダンスは、周波数特性を持っているので、前記設定された制御端子の電圧を、さらに送信周波数に応じて制御することができる。送信周波数に対応した電圧の調整方法としては、送信周波数と制御端子の電圧との対応関係を記したデータをテーブルに記憶しておき、Ｄ／Ａ変換器を用いて、アナログ電圧に変換することにより実現できる。
【００４６】
本発明の整合回路の回路構成は、以上に限定されるものではない。図６の整合回路４は、直列接続したインダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１の接続点に、キャパシタンスＣ３を並列接続した構成であったが、高調波の特性を改善したり、１個の素子のばらつきによる影響を軽減するために、さらに直列接続のインダクタンスと並列接続のコンデンサとを、電力増幅素子との感に追加した多段の整合回路としてもよい。また、可変キャパシタンス素子として可変容量コンデンサを例にあげているが、これ以外の可変キャパシタンス素子を用いてもよい。
【００４７】
このようにして、電力増幅素子の出力インピーダンスを所定範囲で可変し適正値に設定できる。これにより、適正な効率と歪みを実現できる。
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、前記の形態に限定されるものではない。例えば本発明は、図６に示すように、アンテナ共用器を単独のフィルタ回路１０に置き換えることにより、送信のみを実施する高周波無線回路モジュールにも適用できる。また、図１の方向性結合器５を図９のアイソレータ９１に置き換えた場合にも適用できる。さらに図７に示すように、方向性結合器やアイソレータを省略した回路においても、整合回路４を挿入することにより、電力増幅素子の歪特性と効率を適正化できる。そして、図７のアンテナ共用器２を単独のフィルタ回路１０に置き換えることにより、送信のみを実施する高周波無線回路モジュールにも適用できる。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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の高周波無線回路モジュールの回路構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の高周波無線回路モジュールの外観斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、高周波無線回路モジュールにおける整合回路４の具体例および、そのインピーダンス特性を示す図である。
【図４】電力増幅素子３の効率対負荷インピーダンスのマップをスミスチャート上に示したグラフ（ａ）及び隣接チャネル漏洩電力対負荷インピーダンスのマップをスミスチャート上に示したグラフ（ｂ）である。
【図５】（ａ）は、高周波無線回路モジュールにおける整合回路４を並列インダクタンスで構成したときの、整合回路４のインピーダンスをアドミッタンスチャート上に表した図、（ｂ）は高周波無線回路モジュールの部分的な回路図である。
【図６】高周波無線回路モジュールにおけるインピーダンス可変の整合回路４の具体例を示す回路図である。
【図７】可変容量ダイオードの印加電圧と容量の関係を示すグラフである。
【図８】高周波無線回路モジュールにおける整合回路４の比較例を示す回路図である。
【図９】整合回路の動作を説明するためのスミスチャートであり、（ａ）は図８の比較例の整合回路の動作、（ｂ）（ｃ）は図６の実施例の整合回路の動作を示す。
【図１０】アンテナ共用器を単独のフィルタ回路１０に置き換えることにより、送信のみを実施する高周波無線回路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１１】方向性結合器やアイソレータを省略した本発明の高周波無線回路モジュールの回路構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１のアンテナ共用器２を単独のフィルタ回路１０に置き換えることにより、送信のみを実施する高周波無線回路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１３】従来の高周波無線回路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】
【００４９】
１  アンテナ接続端子
２  アンテナ共用器
３  電力増幅素子
４  整合回路
５  方向性結合器
６  送信信号入力端子
７  受信信号出力端子
８  送信信号モニター端子
９  基板
１０  フィルタ回路
１１  制御端子
９１  アイソレータ
【図１】
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【図２】
2005102099.tif 000004
【図３】
2005102099.tif 000005
【図４】
2005102099.tif 000006
【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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