(57)【要約】【課題】トリプルバンド方式以上のマルチバンド方式の送受信系を備えたモジュールにおいて、送信時に不要な高調波成分の発生を抑制して、良好な送信特性を確保する。【解決手段】前記多層配線基板の表面及び／または内部がアンテナに接続され通過域の異なる少なくとも３つ以上の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路とを備えたモジュールにおいて、前記スイッチ回路をＰＩＮダイオードを実装することによって形成してなり、該ＰＩＮダイオードの非導通時の高調波発生量を−５ｄＢｍ以下とする。【選択図】図３
2005136606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層配線基板表面に、ＰＩＮダイオードを実装したスイッチ回路を具備してなる高周波モジュールであって、前記ＰＩＮダイオードの非導通時の高調波発生量が−５ｄＢｍ以下であることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記多層配線基板の表面及び／または内部がアンテナに接続され通過域の異なる少なくとも３つ以上の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路とを備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記高周波モジュールは、前記スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅の整合回路と、前記電力増幅回路と接続される制御回路と、該制御回路に接続される自動電力制御回路とを備えたこと、を特徴とする請求項２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記ＰＩＮダイオードは１ｍＡ未満のバイアス電流で動作することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の高周波モジュール。
【請求項５】
少なくとも１つの送受信系を切り替える前記スイッチ回路は、インダクタとコンデンサを直列接続した直列回路と、該ＰＩＮダイオードを前記直列回路に並列接続することで構成してなることを特徴する請求項１乃至請求項３に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波モジュールに関し、特にマルチバンド用移動無線端末に好適な送信用電力増幅回路、スイッチ回路、分波回路、自動電力制御回路等を設けた送信用に好適な高周波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を搭載するマルチバンド方式を採用した携帯電話機が提案されている。このようなマルチバンド方式の携帯電話は、地域性や使用目的などにあった送受信系を選択して送受信することができるようにした利便性の高い機器として期待されている。例えば、通信帯域の異なる複数の送受信系としてＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳの３方式を搭載したトリプルバンド方式や、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００／ＤＣＳ／ＰＣＳの４方式を搭載したクワッドバンド方式の携帯電話が上げられる。
【０００３】
図１は、ＧＳＭ／ＤＣＳのデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路のブロック回路を示したものである。高周波回路部では、通過帯域の異なる送受信系をＧＳＭ、ＤＣＳに分波し、各送信系においてそれぞれ送信系ＴＸと、受信系ＲＸとの切替を行うアンテナスイッチモジュールＡＳＭ１を備え、送信時の高調波信号を除去する低域通過フィルタの機能を持つ方向性結合器ＣＯＰ、整合回路ＭＡＴ、自動電力制御器ＡＰＣ、電力増幅器ＡＭＰを備え、また送信系ＤＣＳの送信系ＴＸ、受信系ＲＸと、送信系ＧＳＭの送信系ＴＸ、受信系ＲＸとを備える。
【０００４】
送信時には、ＴＸ側電力増幅回路ＡＭＰ１１０、またはＡＭＰ１２０で増幅された送信信号が、整合回路ＭＡＴ１０、またはＭＡＴ２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０またはＣＯＰ２０、さらにスイッチ、分波器からなる高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を経由してアンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。
【０００５】
図２は、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳとトリプルバンド方式の携帯電話機の高周波回路のブロック回路を示したものである。送受信系ＤＣＳと送受信系ＰＣＳは周波数帯域が比較的近いために、送受信系ＤＣＳとＰＣＳのうちの各送信系ＴＸを、ひとつの送信系ＤＣＳ／ＰＣＳ  ＴＸにまとめることで小型化される。このような回路では、スイッチ部ＳＷ１００は、送受信系ＧＳＭの送信系Ｔｘのオン、オフを切り替えるスイッチＳＷ１１０と、送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳの送信系のオン、オフを切り替えるスイッチＳＷ１２０と、送受信系ＰＣＳの受信のオンオフを切り替えるスイッチＳＷ１３０にて構成される。
【０００６】
送受信系ＧＳＭの送信時には、スイッチＳＷ１１０がオン、スイッチＳＷ１２０、スイッチＳＷ１３０はオフとなり、ＧＳＭ  ＴＸからの送信信号は、電力増幅器ＡＭＰ１１０にて増幅されて、整合回路ＭＡＴ１０、方向性結合器ＣＯＰ１０、スイッチＳＷ１１０、分波回路ＤＩＰ１０を通過して、アンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。送受信系ＤＣＳもしくは送受信系ＰＣＳの送信時には、スイッチＳＷ１２０がオン、スイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１３０はオフとなり、ＤＣＳ／ＰＣＳ  ＴＸからの送信信号は、電力増幅器ＡＭＰ１２０にて増幅され、整合回路ＭＡＴ２０、方向性結合器ＣＯＰ２０、スイッチＳＷ１２０、分波器ＤＩＰ１０を通過して、アンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。
【０００７】
送受信系ＧＳＭもしくは送受信系ＤＣＳの受信時には、スイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１２０及びスイッチＳＷ１３０はオフ状態であり、アンテナＡＮＴから受信された高周波信号は、分波回路ＤＩＰ１０にて各送受信系に分波されてスイッチＳＷ１１０もしくはＳＷ１２０を通過して、受信系ＧＳＭ  ＲＸもしくは受信系ＤＣＳ  ＲＸに到達する。一方、送受信系ＰＣＳの受信時には、スイッチＳＷ１３０がオン、スイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１２０はオフとなり、アンテナＡＮＴから受信された高周波信号は、分波器ＤＩＰ１０にてＰＣＳ送受信系に分波され、スイッチＳＷ１３０を通過して、受信系ＰＣＳ  ＲＸに到達する。
【０００８】
上述のように３つ以上の送受信系を備える機器では、各送受信系のうち２つの受信系を切り替えるスイッチを具備する。このようなスイッチは一般にＰＩＮダイオードが用いられる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−６４３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようなマルチバンド方式の送受信系を備えた機器においては、受信系を切り替えるスイッチを備えた側の送受信系の送信時に、受信系を切り替えるスイッチのＰＩＮダイオードの歪による高調波成分が発生することで、高調波成分の減衰が悪化すると言う問題があった。ここでＰＩＮダイオードの歪とは、ＰＩＮダイオードが非導通状態において、ＰＩＮダイオードのカソード側に接続された信号線路に高周波信号を印加した場合に、ＰＩＮダイオードが発生する高調波の不要信号である。
【００１０】
本発明は、トリプルバンド方式以上のマルチバンド方式の送受信系を備えた機器において、送信時に不要な高調波成分の発生を抑制して、良好な送信特性を確保するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の高周波モジュールでは、多層基板表面に実装してなるＰＩＮダイオードを具備したスイッチ回路を有し、該ＰＩＮダイオードの非導通時の高調波発生量が−５ｄＢｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
このような高周波モジュールでは、送信状態において、ＰＩＮダイオードの歪特性による高調波成分の発生量が少ないため、送信信号に余分である高調波成分が付与されず、高調波成分の良好な減衰が得られる。
【００１３】
また、本発明の高周波モジュールでは、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面及び／または内部にアンテナが接続され通過域の異なる少なくとも３つ以上の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路とを備える。このような高周波モジュールでは、分波器とスイッチを多層基板にまとめて作成することで、部品の小型化を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明の高周波モジュールでは、前記スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅の整合回路と、前記電力増幅回路と接続される制御回路と、該制御回路に接続される自動電力制御回路とを備える。このような高周波モジュールでは、分波器から電力増幅回路までを構成する回路要素を多層基板に対して一体化して小型化できるとともに、各回路を同時に設計することができるため、モジュールとして最適な調整を行うことができる。従って、各回路間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ機器の設計工程を短縮できるため、コストを削減できる。
【００１５】
さらに、本発明の高周波モジュールでは、前記ＰＩＮダイオードは１ｍＡ未満のバイアス電流で動作することを特徴とする。このような高周波モジュールでは、低電流でスイッチが駆動することが要求される受信系ＲＸにおいて、低電流でスイッチを動作させることができるため、受信時の電力損失が小さくなる。携帯電話はほとんど受信状態であることから、受信時に低電流で駆動することは地球環境負荷の面から重要である。
【００１６】
また、本発明の高周波モジュールでは、少なくとも１つの受信系を切り替える該スイッチ回路は、インダクタとコンデンサを直列接続した直列回路と、該ＰＩＮダイオードを前記直列回路に並列接続することで構成する。このような高周波モジュールでは、直列回路とスイッチオフ時のＰＩＮダイオードの寄生容量による並列共振回路により、送信信号が受信系ＲＸに漏れることを防ぐことが出来る。また直列共振回路のコンデンサにより送信時における直流信号が受信系ＲＸに流入することを防ぐことができる。一方、ＰＩＮダイオードがオン状態となることで、受信系ＲＸに受信信号を伝達することが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高周波モジュールによれば、トリプルバンド以上のマルチバンド方式の送受信系を備えたモジュールにおける送信時に不要な高調波成分の発生を抑制して、良好な送信特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図３は、本発明に関わる高周波モジュール（ＲＦＭ）の一例を説明するトリプルバンド方式の具体的な回路図である。この高周波モジュールは１つの共通のアンテナ端子と、そのアンテナ端子に接続されるＧＳＭ（９００ＭＨｚ）、ＤＣＳ（１８００ＭＨｚ）、ＰＣＳ（１９００ＭＨｚ）の３つの送受信系から構成される。
【００１９】
この図２によれば、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系、ＧＳＭと、ＤＣＳ／ＰＣＳに分ける分波器ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭとＤＣＳ／ＰＣＳを、それぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとに切り替えるスイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０と、ＳＷ１３０と、スイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０の各送信系に設けられて、ＧＳＭのＴＸ端子、ＤＣＳ／ＰＣＳのＴＸ端子への入力信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と、高周波信号を除去するとともに電力増幅器ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力電力量をモニタする方向性結合器ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力のインピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０とＡＭＰ１２０の動作切り替えをする制御回路ＣＯＮ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力を制御する自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、段間整合回路ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０で構成されている。
【００２０】
また、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを３０〜５０Ωまでのインピーダンスに変換させ、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と方向性結合器ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０とのインピーダンスを整合する機能と、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能を有する。
【００２１】
上記回路においてスイッチＳＷ１３０のＤ１はＰＩＮダイオードであり、Ｃ１は直列回路を構成するコンデンサであり、Ｌ１は直列共振回路を構成するインダクタである。Ｃ１、Ｌ１はチップ部品として基板上に構成されても、基板内にパターンとして内層されてもよい。
【００２２】
次に、上記回路の動作について、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路を例にして、具体的に説明する。分波器ＤＩＰ１０のＤＣＳ／ＰＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ２０と低域通過フィルタＬＰＦ２０より構成される。高域通過フィルタは２つのコンデンサと、一端が２つのコンデンサの接続点に、もう一端がグランドに接続された分布定数線路より構成されている。また低域通過フィルタＬＰＦ２０は分布定数線路、該分布定数線路に平行に配置されたコンデンサ、該分布定数線路とグランドとの間に形成されたコンデンサにより構成されている。高域通過フィルタＨＰＦ２０と低域通過フィルタＬＰＦ２０は、電力増幅回路ＡＭＰ１２０が発生する高調波成分を低減させると共に、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭと送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能の一部を有する。
【００２３】
ＳＷ１２０はＤＣＳ／ＰＣＳの送信系、ＤＣＳの受信系にそれぞれ接続する、ＴＸ２端子、ＲＸ２端子を備え、送受信の切替えを行う機能をもつ。ＳＷ１３０は、ＰＣＳの受信系に接続するＲＸ３端子を備え、また、送信時に送信信号が受信信号に漏れる量を減衰する機能を併せ持つ。
【００２４】
電力増幅回路ＡＭＰ１２０は、初段、中断、後段の３段の増幅回路より構成され、それぞれに対してバイアス線路ＳＬＰＤ６、ＳＬＰＤ５、ＳＬＰＤ４を介して直流電圧が供給され、この直流電圧をエネルギー源としてＤＣＳ／ＰＣＳのＴＸ端子に入力された信号の増幅が行われる。
【００２５】
整合回路ＭＡＴ２０は分布定数線路ＳＬＰＤ２〜ＳＬＰＤ４、コンデンサＣＰＤ１、ＣＰＤ２、ＣＰＤ３、ＣＰＤ４からなり、分布定数線路ＳＬＰＤ２、コンデンサＣＰＤ２、ＣＰＤ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合器ＣＯＰ２０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンスの整合を行うと共に、電力増幅回路ＡＭＰ１２０から発生する不要信号を低減する機能を有する。
【００２６】
また、分布定数線路ＳＬＰＤ３は、オープンスタブを構成し、電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力インピーダンス（０．２〜２Ω程度）と方向性結合器ＣＯＰ２０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うと共に、高調波成分の抑制、及び電力増幅回路ＡＭＰ１２０の増幅性能を引き出す役割を担っている。
【００２７】
段間整合回路ＩＭＡ２０は、前記３段の増幅回路の段間のインピーダンスの調整を行う機能をもつ。分布定数線路ＳＬＰＤ５、ＳＬＰＤ６、コンデンサＣＰＤ５は、３段アンプを構成する電力増幅回路ＡＭＰ１２０の中段アンプと最終段アンプ、および初段アンプと中段アンプとの間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行う役割を担っている。
【００２８】
方向性結合器ＣＯＰ２０は、前記電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力電力を観測し、減衰器ＡＴＴ１０を介して自動制御回路ＡＰＣ１０に出力電力をフィードバックする役割を持つ。また、方向性結合器ＣＯＰ２０は低域通過フィルタの機能をも有し、前記電力増幅回路ＡＭＰ１２０から発生する不要信号を低減することが出来る。
【００２９】
自動電力制御回路ＡＰＣ１０は出力電力を制御するために設けられて、方向性結合器ＣＯＰ２０からフィードバックされた信号に応じて、制御回路ＣＯＮ１０への制御信号を出力する。
【００３０】
制御回路ＣＯＮ１０は、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０からの信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力の大きさを制御する機能と、Ｖｍｏｄの信号によって電力増幅回路ＡＭＰ１１０とＡＭＰ１２０のうちの動作する側を切り替える。
【００３１】
以上、ＤＣＳ／ＰＣＳ側を例にして具体的な説明をしたが、ＧＳＭ側もほぼ同様の回路構成となる。
【００３２】
また、スイッチＳＷ１３０は、オン時にＰＩＮダイオードがインダクタとして機能することで、送受信系ＰＣＳのＲＸ端子ＰＣＳ  ＲＸに受信信号が導通する。一方、オフ時には前記ＰＩＮダイオードがコンデンサとして機能して、前記インダクタＬ１との並列共振回路を構成することで、送信系ＤＣＳ／ＰＣＳの送信信号が、送受信系ＰＣＳの受信端子ＲＸ３に流入することを防ぐ。送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳが送信時に、前記ＰＩＮダイオードＤ１のカソード側に接続された信号線路に０〜３２ｄＢｍの信号がかかることになる。
【００３３】
本発明の高周波モジュールにおいては、このような状況において、上記ＰＩＮダイオードＤ１の非導通時の高調波発生量が−５ｄＢｍ以下であることを特徴とする。ＰＩＮダイオードから発生される高調波が制限されることによって、送信信号の高調波成分が低減されるために良好な通信特性を得ることが出来る。
【００３４】
従って、非導通時の高調波発生量が−５ｄＢｍを超えると、送信信号の高調波成分を低減させるため、低域通過フィルタを回路内に余分に付加することになり、モジュールの特徴である小型化を制限してしまう。特に、非導通時の高調波発生量が−７ｄＢｍ以下であることが望ましい。
【実施例】
【００３５】
実験には表１に示すＰＩＮダイオードのそれぞれ高調波発生量の異なる４つのダイオードＡ〜Ｄを準備した。実験回路として、図３の回路を用いて、Ｄ１にＰＩＮダイオードＡ〜Ｄのそれぞれを用いた時の、送受信系ＤＣＳの送信時に発生する高調波成分と、送受信系ＰＣＳの送信時に発生する高調波成分を比較した。目標特性は、送信系の出力が３０ｄＢｍである場合の、高調波成分の発生量が−３５ｄＢｍ以下とすることである。
【００３６】
表１は、ＰＩＮダイオードのアノード端子側に接続された信号線路に、周波数１８００ＭＨｚ、レベル３０ｄＢｍの信号を加えた場合の、２倍波である３６００ＭＨｚの高調波成分の発生量を示している。ＰＩＮダイオードＡ、Ｂは高調波成分が−５ｄＢｍを超え、、ＰＩＮダイオードＣ、Ｄは高調波成分が−５ｄＢｍ以下である。一方、表２は、図３の送受信回路を用いた場合の送受信系ＤＣＳ及び送受信系ＰＣＳの高調波成分の測定結果である。
【表１】
2005136606.tif 000003
【００３７】
【表２】
2005136606.tif 000004
【００３８】
表１と表２の結果によると、ＰＩＮダイオードの高調波発生量が−５ｄＢｍを超える場合、図３の送受信回路での送信系ＤＣＳ及び送信系ＰＣＳでの高調波特性が、目標特性−３５ｄＢｍ以下を捕らえられていない。これに対して、ＰＩＮダイオードの高調波発生量が−５ｄＢｍ以下である場合、図３の送受信回路での送信系ＤＣＳ及び送信系ＰＣＳでの高調波特性が、目標特性−３５ｄＢｍ以下となり、目標特性を捕らえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック回路図を示す。
【図２】ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳ方式のトリプルバンド方式の携帯電話機の高周波回路ブロック図を示す。
【図３】本発明に関わる高周波モジュールの一例を説明する回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
ＡＮＴ・・・アンテナ
ＤＩＰ１０・・・分波器
ＳＷ１００、ＳＷ１１０、ＳＷ１２０、ＳＷ１３０・・・スイッチ回路
ＡＳＭ１・・・アンテナスイッチモジュール
ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０・・・方向性結合器
ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０・・・整合回路
ＡＭＰ１００、ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０・・・電力増幅回路
ＣＯＮ１０・・・制御回路
ＡＰＣ１０・・・自動電力制御器
ＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０・・・低域通過フィルタ
ＨＰＦ１０、ＨＰＦ２０・・・高域通過フィルタ
ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０・・・段間整合回路
ＡＴＴ１０・・・減衰器
ＳＬＰＧ０、ＳＬＰＧ１、ＳＬＰＧ２、ＳＬＰＧ３、ＳＬＰＧ４、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＤ０、ＳＬＰＤ１、ＳＬＰＤ２、ＳＬＰＤ３、ＳＬＰＤ４、ＳＬＰＤ５、ＳＬＰＤ６、ＳＬＡＧ１・・・分布定数線路
Ｃ１、ＣＰＧ０、ＣＰＧ１、ＣＰＧ２、ＣＰＧ３、ＣＰＧ４、ＣＰＧ５、ＣＰＤ０、ＣＰＤ１、ＣＰＤ２、ＣＰＤ３、ＣＰＤ４、ＣＰＤ５・・・コンデンサ
ＲＰＧ０、ＲＰＤ０・・・抵抗
L１・・・インダクタ
D１・・・ダイオード
【図１】
2005136606.tif 000005
【図２】
2005136606.tif 000006
【図３】
2005136606.tif 000007