(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ端子と、一方端が該アンテナ端子にそれぞれ接続されたローパスフィルタおよびハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの他方端にそれぞれ接続された、送受信信号を分離するスイッチとを内蔵するとともに、該スイッチのそれぞれは、前記ローパスフィルタまたは前記ハイパスフィルタと送信端子との間を接続する第１のダイオードと、前記ローパスフィルタまたは前記ハイパスフィルタと受信端子との間を接続する電気長調整用ストリップラインと、該電気長調整用ストリップラインと前記受信端子との間を接続するスイッチ用ローパスフィルタと、該スイッチ用ローパスフィルタの前記受信端子側端部とアースとの間を接続する第２のダイオードとを用いて構成されていることを特徴とするモジュール基板。
【請求項２】
前記スイッチ用ローパスフィルタの入出力間に入出力容量が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、自動車電話などの移動体無線通信機器の高周波回路部に組み込まれるデュアルバンド用のアンテナ切り替え回路を内蔵したモジュール基板に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年では、携帯電話のデュアル化（例えば、９００ＭＨｚ帯と１８００ＭＨｚ帯の両方を送受信可能）が促進されている。
【０００３】
この携帯電話のデュアル化に伴い、単純には受信用フィルタが２つ、送信用フィルタが２つ必要になり、今後、トリプル化、多システム化が進むにつれ、フィルタの数は増加していく傾向にある。そして、これらは、小型化の点から１つのフィルタを送受信用として共用して１つの基板内に内蔵することが要求されつつある。
【０００４】
一方、１つの送受信用のフィルタには、送受信信号を分離するためのスイッチ回路が必要であるため、上記したフィルタを基板内に２つ以上搭載する場合には、それぞれに対応する送受信用の信号を分離するためのスイッチ回路が必要である。
【０００５】
そのため、例えば、図６に示すような回路を内蔵したモジュール基板が提案されている。図６は、デュアルバンド対応アンテナ切り替え回路の等価回路図である。
【０００６】
図６において、アンテナ端子Ａと送信端子Ｔ１との間には、例えば１８００ＭＨｚ帯の送受信周波数を通過させる、ダイプレクサ回路を構成するハイパスフィルタＨＰＦ１、カップリングコンデンサＣ１と高周波スイッチングダイオードＤ１がシリーズ（直列的）に接続されており、更にカップリングコンデンサＣ１と高周波スイッチングダイオードＤ１との間と、受信端子Ｒ１との間には、送信時にアンテナ端子Ａから受信回路側が高インピーダンス（無限大）に見え、且つ受信時に、ハイパスフィルタＨＰＦ１とのインピーダンス整合が取れるように、送信周波数に対する波長λ１の１／４の電気長を有するストリップラインＳＬ１が設けられている。
【０００７】
また、受信端子Ｒ１とストリップラインＳＬ１との間には、送信時と受信時の切り替えを行い、送信用高周波信号が受信回路側に入り込むのを防止する高周波スイッチングダイオードＤ２が挿入され、その一端は接地されている。なお、高周波スイッチングダイオードＤ２は、前記高周波スイッチングダイオードＤ１と連動して動作する。
【０００８】
同様に、アンテナ端子Ａと送信端子Ｔ２の間には、例えば９００ＭＨｚ帯の送受信周波数を通過させ、送信周波数の２倍波、３倍波をカットするダイプレクサ回路を構成するローパスフィルタＬＰＦ１、カップリングコンデンサＣ２と高周波スイッチングダイオードＤ３がシリーズに接続されており、更に、カップリングコンデンサＣ２と高周波スイッチングダイオードＤ３との間と、受信端子Ｒ２との間には、送信周波数に対する波長λ２の１／４の電気長を有するストリップラインＳＬ２が設けられ、また、受信端子Ｒ２とストリップラインＳＬ２との間には、高周波スイッチングダイオードＤ４が挿入され、その一端は接地されている。
【０００９】
高周波スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、ストリップラインＳＬ１により、ハイパスフィルタＨＰＦ１に対するスイッチ回路が構成され、高周波スイッチングダイオードＤ３、Ｄ４、ストリップラインＳＬ２により、ローパスフィルタＬＰＦ１に対するスイッチ回路が構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記スイッチ回路においては、例えばアンテナ端子Ａより入力された９００ＭＨｚ帯の受信信号は、９００ＭＨｚ帯を通過させるローパスフィルタＬＰＦ１を介し、さらに送信周波数に対する波長λ２の１／４の電気長を有するストリップラインＳＬ２を介して９００ＭＨｚ帯の受信端子Ｒ２より出力される。このとき、スイッチ回路の高周波スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はオフ状態とする必要がある。
【００１１】
上記等価回路に示された２つのスイッチ回路を、比誘電率が８程度の材料を用いたセラミック基板に内蔵したモジュール基板を作製しても、ストリップラインの幅は１４５μｍ程度で良いため、安定して形成でき、特性インピーダンスも高く、ストリップラインＳＬ１、ＳＬ２の伝送損失も０．２ｄＢ程度と低く、受信端子Ｒ１、Ｒ２から出力される受信信号に影響を与えない。
【００１２】
しかしながら、上記等価回路に示された２つのスイッチ回路を、モジュールの小型化のために比誘電率の高い、特に、比誘電率１５以上の材料を用いたセラミック基板に内蔵した小型なモジュールを構成し、且つ薄型化に対応するためにセラミック基板の厚みを０．７〜１ｍｍ程度と薄くした場合、プロセス上の理由から、ストリップ線路の幅は７５μｍ以下の線路幅には安定して形成できないため特性インピーダンスが４０Ω程度と低くなり、９００ＭＨｚ帯用のスイッチ回路のストリップラインＳＬ２と、１８００ＭＨｚ帯用のスイッチ回路のストリップラインＳＬ１の伝送損失が０．６〜０．８ｄＢ程度と劣化し、受信端子Ｒ１、Ｒ２から出力される受信信号が劣化するという問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は上記事情に鑑みて見いだされたものであり、その目的はデュアルバンドの高周波アンテナ切り替え回路において、例えば９００ＭＨｚ帯用のスイッチ回路、１８００ＭＨｚ帯用のスイッチ回路を構成するストリップラインの伝送特性を改善し、受信端子Ｒ１、Ｒ２から出力される受信周波数に対する通過損失を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のモジュール基板は、アンテナ端子と、一方端が該アンテナ端子にそれぞれ接続されたローパスフィルタおよびハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの他方端にそれぞれ接続された、送受信信号を分離するスイッチとを内蔵するとともに、該スイッチのそれぞれは、前記ローパスフィルタまたは前記ハイパスフィルタと送信端子との間を接続する第１のダイオードと、前記ローパスフィルタまたは前記ハイパスフィルタと受信端子との間を接続する電気長調整用ストリップラインと、該電気長調整用ストリップラインと前記受信端子との間を接続するスイッチ用ローパスフィルタと、該スイッチ用ローパスフィルタの前記受信端子側端部とアースとの間を接続する第２のダイオードとを用いて構成されているものである。
【００１５】
このような構成を採用することにより、例えば、スイッチが、受信側に少なくともストリップラインおよびダイオードを、送信側に少なくともダイオードを設けて構成されている場合、スイッチ回路を形成する特性インピーダンスの低いストリップラインの一部にスイッチ用ローパスフィルタ回路を付加することにより、受信周波数帯域におけるインピーダンスを５０Ωに近づけることができるため、インピーダンス不整合による通過損失の劣化を防ぐことができる。
【００１６】
本発明のモジュール基板は、特に、小型化のために比誘電率の大きい、特に比誘電率が１５以上の材料で基板を作製した場合には、有効に機能する。
【００１７】
また、スイッチにおいて、スイッチ用ローパスフィルタに電気長調整用ストリップラインを接続し、この電気長調整用ストリップラインの長さを制御することにより電気長を調整し、スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分の電気長を、それぞれの送信周波数の波長の１／４の長さに制御することができる。
【００１８】
このように、スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分の送信周波数に対する電気長を、それぞれ波長の１／４の長さに制御することができるため、スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分は送信時においてはスイッチ回路として動作すると同時に、受信時においては通過損失の小さい伝送線路としての機能を有するため、送受信時の通過損失を低減することができる。
【００１９】
さらに、スイッチ用ローパスフィルタの入出力間に入出力容量が接続されていることが望ましい。このように、スイッチ用ローパスフィルタに入出力容量を接続することにより、フィルタ回路を小型化できるとともに、スイッチ用ローパスフィルタのＧＮＤ容量を小さくすることができるため、低損失化することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のデュアルバンドアンテナ用のモジュール基板について以下に説明する。図１は、本発明のアンテナ切り替え回路を内蔵したデュアルバンドアンテナモジュール基板の等価回路図である。
【００２１】
図１において符号Ａはアンテナ端子、Ｔ１は通過周波数ｆ１（例えば１８００ＭＨｚ帯）の送信端子、Ｒ１は通過周波数ｆ２（１８００ＭＨｚ帯）の受信端子、Ｔ２は通過周波数ｆ３（例えば９００ＭＨｚ帯）の送信端子、Ｒ２は通過周波数ｆ４（９００ＭＨｚ帯）の受信端子、ＨＰＦ１は、周波数ｆ１、ｆ２を通過させるハイパスフィルタ、ＬＰＦ１は周波数ｆ３、ｆ４を通過させ、通過周波数ｆ３の２倍、３倍、４倍の高調波をカットするためのローパスフィルタであり、ローパスフィルタＬＰＦ１とハイパスフィルタＨＰＦ１によりダイプレクサ回路が形成されている。
【００２２】
また、符号Ｃ１、Ｃ２はＤＣカット用のカップリングコンデンサ、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２は送信周波数ｆ１、受信周波数ｆ２の送受信を切り替える高周波スイッチングダイオードであり、Ｄ２の一端は接地されている。スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１は、高周波スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２とともに、周波数ｆ１、ｆ２の送受信切り替え回路、即ちスイッチを構成する。
【００２３】
第１のダイオードＤ３、第２のダイオードＤ４は送信周波数ｆ３、受信周波数ｆ４の送受信を切り替える高周波スイッチングダイオードであり、Ｄ４の一端は接地されている。スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２は、高周波スイッチングダイオードＤ３、Ｄ４とともに、周波数ｆ３、ｆ４の送受信切り替え回路、即ちスイッチを構成する。
【００２４】
スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１は、送信周波数ｆ１の波長λ１の１／４の電気長を有しており、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２は、送信周波数ｆ３の波長λ２の１／４の電気長を有している。
【００２５】
そして、本発明のモジュール基板では、図１および図２に示すように、送受切り替え回路（スイッチ）の一部が、スイッチ用ローパスフィルタ（回路）ＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２にて構成されている。これらのスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２は、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１、およびスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２の通過損失を低減するために設けられている。
【００２６】
即ち、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２は、ストリップ線路ＳＬＡと、ストリップ線路ＳＬＡとグランド電極間の一対のＧＮＤ容量Ｃｇｎｄから構成されており、スイッチ用ローパスフィルタ（ＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２）の入出力間をつなぐ入出力容量Ｃｉｏが付加されている。
【００２７】
以上のように構成されたモジュール基板では、電気長調整用ストリップラインＳＬＢに、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２を付加することにより、受信周波数帯域におけるインピーダンスを５０Ωに近づけることができ、インピーダンス不整合による通過損失の劣化を防ぐことができる。
【００２８】
特に、ストリップ線路ＳＬＡと、ＧＮＤ容量Ｃｇｎｄからなるスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２に入出力容量Ｃｉｏを付加すると、ストリップ線路ＳＬＡ、入出力容量Ｃｉｏ、ＧＮＤ容量Ｃｇｎｄを最適化することにより、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１、およびスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２の受信信号帯域内のインピーダンスを５０Ωに近づけることができるため反射損失が低減でき、結果として通過損失をさらに改善できる。
【００２９】
また、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２に、電気長調整用ストリップラインＳＬＢを接続し、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２の電気長を、それぞれの送信周波数ｆ１、ｆ３の１／４波長となるように電気長調整用ストリップ線路ＳＬＢの長さを調整することにより、送受信切り替えスイッチ回路としての機能を損なうことなく受信時の通過損失をさらに改善することができる。
【００３０】
本発明のモジュール基板におけるスイッチ部分の層構成を、図３を基に説明する。本発明のモジュール基板は、基体３０内にグランド電極ＧＮＤ１が形成されるとともに、基体３０の底面にグランド電極ＧＮＤ２が形成されており、これらのグランド電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２の間にスイッチ回路が形成されている。
【００３１】
即ち、グランド電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２の間におけるセラミックスは、モジュールの小型化のために比誘電率が１５以上の材料で構成されており、しかも、その厚みは、薄型化のために薄く形成されている。尚、グランド電極ＧＮＤ１よりも上方のセラミックスは、グランド電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２の間のセラミックスよりも比誘電率が小さい材料から構成することが望ましい。
【００３２】
グランド電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２間の一部には、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１（ＬＰＦＳ２）と、入出力容量Ｃｉｏと、ストリップ線路ＳＬＢが形成されており、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１（ＬＰＦＳ２）および入出力容量Ｃｉｏは、スパイラル構造のストリップ線路３１と、このストリップ線路３１に対向するようにセラミックスを挟んで形成されたスパイラル構造のストリップ線路３３とを、ビアホール導体３５により接続することにより形成されている。
【００３３】
また、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１（ＬＰＦＳ２）は、グランド電極ＧＮＤ１に形成された開口部を挿通するビアホール導体３７により、基体３０表面に形成された電極３８に接続されており、ストリップ線路ＳＬＢの一端は、グランド電極ＧＮＤ１に形成された開口部を挿通するビアホール導体３９により、基体３０表面に形成された電極４０に接続されている。
【００３４】
そして、図１および図２における入出力容量Ｃｉｏが、ストリップ線路３３とストリップ線路３１の重畳する部分で形成される浮遊容量にて形成され、ＧＮＤ容量Ｃｇｎｄが、ストリップ線路３３とグランド電極ＧＮＤ１との間、およびストリップ線路３１とグランド電極ＧＮＤ２間に発生する寄生容量を有効に用いることで形成されている。尚、ストリップ線路３１、３３を重畳しないように形成し、且つ入出力容量Ｃｉｏ、ＧＮＤ容量Ｃｇｎｄを形成するための容量電極を別途設けてスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２を構成しても良い。
【００３５】
本発明のモジュール基板に内蔵された回路の動作について説明する。周波数ｆ３を送信する場合には、高周波スイッチングダイオードＤ３、Ｄ４はオン状態とし、高周波スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２はオフ状態とする。すると、スイッチを構成するスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２は、送信周波数ｆ３の波長λ２の１／４の長さを有しているため、一端が接地された１／４波長型共振器として機能するため、アンテナ端子Ａからみた通過周波数ｆ３における受信端子Ｒ２側のインピーダンスは高インピーダンス（無限大）となり、送信信号は送信端子Ｔ２から送信周波数ｆ３を通過させるローパスフィルタＬＰＦ１を介してアンテナ端子Ａにほとんど伝搬する。
【００３６】
このとき、ローパスフィルタＬＰＦ１は、送信周波数ｆ３の２倍、３倍、４倍の高調波をカットする機能を持つ。また、送信周波数ｆ１においては、高周波スイッチングダイオードＤ１がオフとなっているため、アンテナ端子Ａには出力されない。
【００３７】
送信周波数ｆ１の送信を行う場合も同様である。
【００３８】
受信を行う場合には、高周波スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をオフ状態とすることにより、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１、およびスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２は伝送線路として機能するため、アンテナ端子Ａより、受信端子Ｒ１、Ｒ２までそれぞれの受信信号が伝搬する。このように、送信時と受信時に高周波信号の伝搬が交互に行われ、スイッチング機能を有する。
【００３９】
【実施例】
図１のデュアルバンドアンテナモジュール基板を以下のようにして作製した。通過周波数ｆ１を１７４７．５ＭＨｚ、ｆ２を１８４２．５ＭＨｚ、ｆ３を８９７．５ＭＨｚ、ｆ４を９４２．５ＭＨｚとして、周波数ｆ１、ｆ３の波長の１／４の長さにあわせてスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ１、およびスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２を設計した。
【００４０】
また、ローパスフィルタＬＰＦ１の通過周波数を８８０〜９６０ＭＨｚとし、ハイパスフィルタＨＰＦ１の通過周波数を１７１０〜１８８５ＭＨｚとして、モジュール基板の寸法を縦５．４ｍｍ×横７ｍｍ×厚み０．８ｍｍのサイズとして作製した。
【００４１】
そして、スイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ１（ＬＰＦＳ２）を、図３に示す多層スパイラル構造にて基板内部に形成した。ここで、グランド電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２の間のセラミックスの比誘電率を１８．７とした。
【００４２】
図２の入出力容量Ｃｉｏは、ストリップ線路３１、３３の重畳部にて形成される浮遊容量にて、またＧＮＤ容量Ｇｇｎｄは、ストリップ線路３１、３３とＧＮＤ電極ＧＮＤ１、ＧＮＤ２間に発生する寄生容量を有効に用いることで形成した。
【００４３】
本発明のモジュール基板におけるスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２の伝送特性を図４に示した。
【００４４】
また、比較例として、スイッチ用ローパスフィルタを用いない、図６に示すようなストリップラインＳＬ２の伝送特性を図５に示した。
【００４５】
それぞれの伝送特性は、図４と図５を比較すると、周波数ｆ４（９００ＭＨｚ）の通過損失は、比較例のストリップラインＳＬ２では−０．７ｄＢ程度であるのに対し、本発明のモジュール基板におけるスイッチ用ローパスフィルタＬＰＦＳ２およびそれに接続された電気長調整用ストリップラインＳＬＢからなる部分ＳＬ２は−０．３ｄＢ以下であり、通過損失が小さいことが判る。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、ローパスフィルタとハイパスフィルタ、および少なくともダイオードとストリップラインからなるスイッチを２つ以上有するデュアルバンドアンテナモジュール基板において、スイッチを構成する電気長調整用ストリップラインにスイッチ用ローパスフィルタを付加することにより、スイッチの伝送特性を向上できるため、受信周波数に対する通過特性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のデュアルバンドアンテナモジュール基板の等価回路図である。
【図２】  スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分の等価回路図である。
【図３】  スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分のパターン構造を示す透視斜視図である。
【図４】  本発明のモジュール基板を用いた場合の、スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分の伝送特性を示す図である。
【図５】  従来のデュアルバンド対応アンテナ切り替え回路を用いた場合のストリップラインの伝送特性を示す図である。
【図６】  従来のデュアルバンド対応アンテナ切り替え回路の等価回路図である。
【符号の説明】
ＨＰＦ１・・・ハイパスフィルタ
ＬＰＦ１・・・ローパスフィルタ
Ｄ１、Ｄ３・・・第１のダイオード
Ｄ２、Ｄ４・・・第２のダイオード
ＳＬ１、ＳＬ２・・・スイッチ用ローパスフィルタおよびそれに接続された電気長調整用ストリップラインからなる部分
ＬＰＦＳ１、ＬＰＦＳ２・・・スイッチ用ローパスフィルタ
Ｃｉｏ・・・入出力容量
ＳＬＢ・・・電気長調整用ストリップライン
【図１】
0004206186.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004206186.tif 000005
【図５】
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【図６】
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