(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波用パワーアンプと、この高周波用パワーアンプで増幅された信号を分波する方向性結合器と、送受信信号の切替えを行うスイッチ及びフィルタを有するアンテナスイッチとを備え、かつ、
前記高周波用パワーアンプと方向性結合器との間、及び前記方向性結合器とアンテナスイッチとの間にそれぞれ、回路間のマッチングのずれを補正するためのキャパシタンス素子及びインダクタンス素子を含むマッチング回路を備えた無線通信装置用フロントエンドモジュールであって、
前記高周波用パワーアンプ、方向性結合器、アンテナスイッチ、及び前記二つのマッチング回路を含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、
前記部品を構成する素子の内、少なくとも、前記パワーアンプを構成するキャパシタンス素子及びインダクタンス素子のそれぞれの一部、前記二つのマッチング回路を構成するキャパシタンス素子及びインダクタンス素子のそれぞれの一部及び前記アンテナスイッチを構成するキャパシタンス素子及びインダクタンス素子のそれぞれの一部を前記多層基板に内蔵し、
それ以外の他の素子である前記高周波用パワーアンプを構成するＩＣ素子、高容量のキャパシタ、アンテナスイッチを構成する素子を多層基板の表面に実装し、前記多層基板に内蔵した素子と、電気的に接続したことを特徴とする無線通信装置用フロントエンドモジュール。
【請求項２】
前記部品の他に、前記パワーアンプの入力側に接続された送信系のＶＣＯ、前記アンテナスイッチの出力側に接続された受信系の整合回路、前記受信系の整合回路の出力側に接続されたＳＡＷフィルタを組み合わせ、前記多層基板に実装し一体化したことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置用フロントエンドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、ＰＨＳ電話機（簡易型携帯電話機）、無線通信機能を有する携帯情報端末を含む各種無線通信装置に利用される無線通信装置用フロントエンドモジュールに関する。
【従来の技術】
以下、従来例について説明する。
(1) ：用語の定義
本明細書で使用する用語の定義は次の通りである。
ａ：ＰＡ（Power Amplifier ）は、パワーアンプ（電力増幅器）のことである。
ｂ：ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator ）は、電圧制御発振器のことである。
ｃ：ＬＮＡ（Low Noise Amplifier ）は、低雑音増幅器（ローノイズアンプ）のことである。
ｄ：ＲＦ（Radio Frequency ）は、高周波のことであり、「ＲＦ回路部」は高周波回路部のことである。
ｅ：無線通信装置は、携帯電話機、ＰＨＳ電話機、無線通信機能を有する携帯情報端末等を含む装置のことである。
ｆ：ＧＳＭ（The Global System For Mobiles ）は、ヨーロッパ標準のディジタル携帯電話システムの名称である。ＧＳＭでは、８チャンネルを多重化するＴＤＭＡ／ＴＤＤを用いている。また、ＧＳＭには、周波数９００ＭＨZ を使う「ＧＳＭ９００」、周波数１．８ＧＨZ を使う「ＧＳＭ１８００」、周波数１．９ＧＨZ を使う「ＧＳＭ１９００」がある。
ｇ：ＤＣＳ（Digital Cellular System ）は、自動車、携帯電話システム等に使用される通信方式の一種である。
ｈ：アンテナ出力等を示す「ｄＢｍtyp 」の「typ 」（ティピィカル）は標準の意味であり、例えば、３３ｄＢｍtyp は標準出力が３３ｄＢｍであることを意味する。
ｉ：ＡＰＣ（Auto Power Control）回路は、オートパワーコントロール回路のことである。
ｊ：ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）は、低温焼成セラミックのことである。
ｋ：ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit ）は、モノリシック・マイクロ波集積回路のことであり、マイクロ波領域の信号の増幅や変復調を行うものである。トランジスタの他、抵抗、コンデンサなどの素子を一体化して１個のＩＣチップに集積したものである。
ｌ：ＡＳＭはアンテナスイッチモジュールのことである。
ｍ：ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）は、低温焼成セラミックのことである。
ｎ：カプラ（Coupler ）は、入力信号を分波するもの（方向性結合器）である。
(2) ：従来例の具体的な説明
従来の携帯電話機のフロントエンド部に使用される部品（以下、パワーアンプ、アンテナスイッチ等のモジュールも含めて「部品」と記す）は、入出力が使用周波数帯域において、公称５０Ωまたは、要求の入出力抵抗値に調整され、主基板上で部品を接続することで、必要とする高周波特性を得ていた。
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来のものにおいては、次のような課題があった。
従来の公称５０Ωに入出力が調整されている部品同士を主基板上で接続する場合、マッチング不足により必要とする特性を得られないことがあった。その原因は、主基板上での伝送ラインの引回しにより位相がずれ、接続される部品間のインピーダンスが５０Ωからのずれが大きくなり、ミスマッチングを生じる為であり、主基板上での寄生容量やインダクタ成分により、部品の特性がミスマッチングを生じることにより発生していた。
これらの問題を対策するために、主基板上に部品間用のマッチング回路を設け、調整された部品を取り付けた後に、再度、基板上で調整が行われていた。
以上のように、個別の部品を主基板上で接続した場合、主基板の引回しによるマッチングずれや、主基板上での寄生成分の増加によるマッチングずれにより、挿入損失、出力電力、出力効率で特性劣化が生じ、主基板上での再調整を行う必要が発生し、主基板の設計時間の増大を発生していた。
特に、高電力を扱うパワーアンプとアンテナスイッチのマッチング状態によって、携帯電話機を含む無線通信装置の基本特性（通信時間等）が劣化するため、主基板上でのマッチング調整には特に注意を要していた。
本発明は、このような従来の課題を解決し、無線通信装置のフロントエンド部における主基板設計時の検討時間を短縮し、使用される部品を複合小型化し、主基板上での占有面積を縮小できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するため、次のように構成した。
(1) ：高周波用パワーアンプ（ＰＡ）と、この高周波用パワーアンプで増幅された信号を分波する方向性結合器（カプラ）と、送受信信号の切替えを行うスイッチ及びフィルタを有するアンテナスイッチ（ＡＳＭ）とを備えた無線通信装置用フロントエンドモジュールであって、前記高周波用パワーアンプ、方向性結合器、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵したことを特徴とする。
また、前記無線通信装置用フロントエンドモジュールにおいて、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、前記多層基板に実装し一体化したことを特徴とする。
（作用）
前記無線通信装置のフロントエンドモジュールは、高周波用パワーアンプ、方向性結合器（カプラ）、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を多層基板に内蔵している。また、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、多層基板に実装し一体化している。
従って、前記フロントエンドモジュールを使うことにより、主基板上でのパワーアンプとアンテナスイッチの接続の検討や、アンテナスイッチとＳＡＷフィルタの接続の検討時間を無くすことができる。また、マルチバンドに対応した部品を使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、インダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み、モジュール化することで小型化が可能となり、主基板上での占有面積を縮小することができる。また、多層基板の内層に、パワーアンプに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、及びアンテナスイッチに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
以上のようにして、主基板のフロントエンド部における基板設計時間の短縮、小型化、高周波特性劣化の防止、マッチング用部品の削減が可能になる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
§１：携帯電話機のフロントエンド部の説明
ＧＳＭ携帯電話機に使用されている回路のブロック図を図１に示す。前記携帯電話機の主基板上で、ＧＳＭ携帯電話機の目的とする特性が得られるようにする為に、送信系のＰＡ２とＡＳＭ７の接続後のマッチング調整、及び受信系のＡＳＭ７とＳＡＷフィルタ（ＳＡＷ）１０の接続後のマッチング調整に検討時間を要する。
そこで、前記部品のブロックをまとめたジュールを使うことにより、主基板上でのＰＡ２とＡＳＭ７の接続の検討や、ＡＳＭ７とＳＡＷフィルタ１０の接続の検討時間を無くすことができる。前記部品の組み合わせは、（ＰＡ２＋カプラ４）、（ＰＡ２＋カプラ４＋ＡＳＭ７）、（ＰＡ２＋カプラ４＋ＡＳＭ７＋ＳＡＷ１０）、（ＡＳＭ７＋ＳＡＷ１０）などが考えられ、ＴｘＶＣＯ（送信系のＶＣＯ）１やＡＰＣ回路５を組み入れてもよい。
また、マルチバンド（ＧＳＭ／ＤＣＳ）対応の無線通信装置におけるフロントエンド部の場合であれば、送信、受信の経路が２倍、３倍になる為、より複雑な調整を必要とするが、マルチバンドに対応したモジュールを使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、各部品を構成するインダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み（内蔵し）モジュール化することで小型化が可能となり、主基板上での占有面積を縮小することができる。また、ＬＴＣＣ基板を用いて、内層にＰＡ２に使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、ＡＳＭ７に使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
§２：具体的な説明
以下、図１に基づき、ＧＳＭ携帯電話機の例について具体的に説明する。図１において、ＴｘＶＣＯ１は送信系ＶＣＯであり、コントロール電圧により希望する発振周波数を得るものである。ＰＡ２は入力信号の電力増幅を行うもの（高周波増幅回路）である。ＡＰＣ回路５はＰＡ２の出力を安定化させるためのものである。
ＡＳＭ７はアンテナ８に接続され、送信と受信を切替えるスイッチ及びフィルタを有するアンテナスイッチモジュールである。ＳＡＷフィルタ１０は受信信号に含まれる帯域以外の信号を減衰させるためのフィルタである。
ＴｘＶＣＯ１、ＰＡ２、カプラ４、ＡＳＭ７、ＳＡＷフィルタ１０は、それぞれ入出力を５０Ωに調整してある。主基板上に各部品を実装する場合、構造の制約から伝送路を長くする場合があり、マッチングのずれが発生する。そのずれを補正するために、主基板上で各部品間にマッチング回路３、６、１１を設け、主基板の設計時に調整を必要としていた。
ＧＳＭ携帯電話機ではＰＡ２からの出力が２Ｗにもなる。マッチングのずれが大きくなると、規定されている出力を得るために消費電流が大きくなり、バッテリの消耗が速くなり通話可能時間が少なくなってしまう。この問題を解決するために、最小限、図１のフロントエンドモジュール１３として示す部分の部品を多層基板に実装して一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵する。
また、前記フロントエンドモジュールにおいて、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ（ＴｘＶＣＯ１）、整合回路（マッチング回路３、６等）、ＳＡＷフィルタ１０を組み合わせ、前記多層基板に実装し一体化する。そして、このフロントエンドモジュールを主基板に組み込むことで、主基板の設計が容易に行えるようになる。
すなわち、前記フロントエンドモジュール１３には、少なくとも、ＰＡ２、カプラ４、ＡＳＭ７、マッチング回路３、６が多層基板に実装され一体化されると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵する。
勿論、前記モジュール１３に、前記部品の他、ＴｘＶＣＯ１、ＳＡＷフィルタ１０、ＡＰＣ回路５の各部品も多層基板に一緒に組み込むことにより、より容易に主基板の設計を行える。
§３：ＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図の説明
ＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図を図２に示す。図２に示す回路図は、一般的にＧＳＭ用の携帯電話機に使用される送信系の回路であり、前記フロントエンドモジュール１３の内部の回路に対応している。なお、図２において、Ｌ１〜Ｌ９はコイル（インダクタンス素子）、Ｃ１〜Ｃ１６はコンデンサ（キャパシタンス素子）、Ｒ１〜Ｒ２は抵抗、Ｔｒ１〜Ｔｒ３は増幅用のトランジスタ、Ｖｃｃは電源、ＩＮは入力端子、Ｒｘは受信側端子、ＡＮＴはアンテナ側端子、ＣＰ１はカプラ回路部を示す。
図２に示す回路では、ＰＡ２の入力（ＩＮ）に、０〜１０ｄＢｍの信号を入力することにより、アンテナ端（アンテナ８の端部）で３３ｄＢｍ（２Ｗ）typ を出力する。ＰＡ２の出力用ＤＣカットコンデンサＣ１０での出力インピーダンスは５０Ωに調整されている。アンテナ端で３３ｄＢｍtyp を得るためには、後段の損失を考慮し、前記コンデンサＣ１０端で３５ｄＢｍ以上の出力が要求される。
カプラ４を構成するカプラ回路部ＣＰ１でＰＡ出力電力をモニタするために電力を分配し、コンデンサＣ１１を介し検波部に出力する。カプラ回路部ＣＰ１出力は、マッチング回路（コイルＬ７とコンデンサＣ１２からなる回路）６を介してＡＳＭ７に入力される。
ＡＳＭ７では、Ｔｘ／Ｒｘ（送信／受信）切替スイッチの端子に電圧（３Ｖ程度）を印加し、ダイオードＤ１をオン状態にすることにより、送信電力をアンテナ端に供給し、送信される。カプラ４内のカプラ回路部ＣＰ１の入出力も５０Ωに調整されているが、主基板の設計により伝送線路が長すぎたり、浮遊容量が大きい場合、コンデンサＣ１０からカプラ回路部ＣＰ１間でミスマッチングが発生してしまう。
そこで、マッチング回路を追加することにより対策を行うことになる。マッチング回路（コイルＬ１０とコンデンサＣ１７からなる回路）３も同じ理由で必要になっていた。ＬＴＣＣ基板で前記回路をモジュール化すれば、コンデンサＣ１０からカプラ回路部ＣＰ１までを最短で接続でき、内層にＬＣ（Ｌ：インダクタンス、Ｃ：キャパシタンス）素子やＣＰ１を内蔵し、モジュールでの調整を行うため、マッチング回路３、６を削除でき、小型化が可能になる。
§４：デュアル用のフロントエンドモジュールの説明
デュアル用（ＧＳＭ／ＤＣＳバンド）のフロントエンドモジュールで、図２に示した回路を２系統実装したフロンドエンドモジュールの形状例を図３に示す。内層には、出力用マッチングＬＣ素子や、ＰＡ２とカプラ４間用のマッチング素子、ＡＳＭ７用のＬＣ素子を内蔵する。
また、このフロントエンドモジュールの表面には、ＰＡ２のＭＭＩＣ、高容量キャパシタ、ＡＳＭ７用のダイオード等が実装されている。なお、この例では、フロントエンドモジュールの外形寸法は、１３．５ｍｍ×１１．０ｍｍであり、前記モジュール化しない場合に比べて小型化されている。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。
無線通信装置のフロントエンドモジュールは、高周波用パワーアンプ、方向性結合器（カプラ）、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を多層基板に内蔵している。また、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、多層基板に実装し一体化している。
従って、前記フロントエンドモジュールを使うことにより、主基板上でのパワーアンプとアンテナスイッチの接続の検討や、アンテナスイッチとＳＡＷフィルタの接続の検討時間を無くすことができる。また、マルチバンドに対応した部品を使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、インダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み（内蔵し）、モジュール化することで、小型化が可能となり主基板上での占有面積を縮小することができる。また、多層基板の内層に、パワーアンプに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、及びアンテナスイッチに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
以上のようにして、主基板のフロントエンド部における基板設計時間の短縮、小型化、高周波特性劣化の防止、マッチング用部品の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＧＳＭ携帯電話機のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるデュアルモード用のモジュールを示す図である。
【符号の説明】
１  送信系ＶＣＯ
２  ＰＡ（パワーアンプ）
３  マッチング回路
４  カプラ（方向性結合器）
５  ＡＰＣ回路（オートパワーコントロール回路）
６  マッチング回路
７  ＡＳＭ（アンテナスイッチモジュール）
８  アンテナ
９  マッチング回路
１０  ＳＡＷフィルタ
１１  マッチング回路
１２  ＬＮＡ（ローノイズアンプ）
１３  フロントエンドモジュール
Ｌ１〜Ｌ９  コイル（インダクタンス素子）
Ｃ１〜Ｃ１６  コンデンサ（キャパシタンス素子）
Ｒ１〜Ｒ２  抵抗
Ｔｒ１〜Ｔｒ３  増幅用のトランジスタ
Ｖｃｃ  電源
ＩＮ  入力端子
Ｒｘ  受信側端子
ＡＮＴ  アンテナ側端子
ＣＰ１  カプラ回路部
【図１】
0003811365.tif 000002
【図２】
0003811365.tif 000003
【図３】
0003811365.tif 000004