CN102804599A - 高频模块 - Google Patents

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Abstract

降低对于与通过多个滤波元件的频带不同的规定频带的通信信号的损耗。高频开关模块包括：第一共用器(30)，其进行GPS信号的接收、GSM1800通信信号和GSM 1900通信信号的收发；以及开关元件(20)，其对GSM 1800的收发和GSM 1900通信信号的收发进行切换。开关元件(20)与将GSM 1900通信信号的频带作为通过频带的SAW滤波器(11)和将GSM 1800通信信号的频带作为通过频带的SAW滤波器(12)相连接。此时，将对SAW滤波器(11)的连接用传输线路(101)的线路长度形成为比对SAW滤波器(12)的连接用传输线路(102)的线路长度要长，其中从开关元件20来看时SAW滤波器(11)对GPS信号的反射相位靠近开路侧。

Description

高频模块
技术领域
本发明涉及一种切换并收发多种高频信号的高频模块。
背景技术
以往，已设计出各种通过具备多个声表面滤波器(SAW滤波器)、即使利用一个天线也能收发利用不同频带的多个通信信号的高频模块。在这种高频模块中，如果传输其它频带的通信信号的电路的相位相对于要收发的频带的通信信号不在180°附近，则作为高频模块要收发的该频带的通信信号的传输损耗将会变大。作为解决这种问题的方法，例如，如专利文献1的高频模块所示，将相位调整电路插入到SAW滤波器与开关或共用器侧的连接线路中，从而调整相位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-87076号公报
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在如专利文献1所示的高频模块中存在如下问题：由于在整个层叠元器件上形成有相位调整电路，因此如果还将安装有开关元件等追加元件安装到高频模块上，则模块尺寸将会大型化。
而且，在这种高频模块中，需要对多个频带的各个频带使用SAW滤波器等滤波元件，且必须使用具有与各频带相应的特性的滤波元件。在此，用对于具备这些滤波元件的电路进行分波的电路来收发与通过这些滤波元件的频带不同的规定频带的通信信号的情况下，还存在如下问题：由于各滤波元件的相位特性不同，因此将对于所述规定频带的各滤波元件的反射相位全部加进来而不使各滤波元件的通过特性发生劣化，从而必须设置各相位调整电路，难以进行设计，且模块尺寸变大。此外，还存在如下问题：如果要如上所述地在小型层叠模块中形成多个相位调整电路，则构成各相位调整电路的元件容易彼此接近，相位调整电路之间的隔离性降低。
因而，本发明的目的在于实现一种高频模块，该高频模块即使是具备多个滤波元件的结构，也能降低对于与通过这些滤波元件的频带不同的规定频带的通信信号的损耗，结构简单且为小型模块。
用于解决问题的方法
本发明涉及一种高频模块，该高频模块利用一个天线来收发由各自不同的多种频带形成的通信信号。该高频模块包括：共用器、开关元件、第一滤波元件、以及第二滤波元件。共用器用来将第一频带通信信号和第二频带通信信号、与第三频带通信信号进行分波。开关元件对第一频带信号的收发和第二频带信号的收发进行切换。第一滤波元件插入在第一频带信号的输入输出端口与开关元件之间，将第一频带作为通过频带。第二滤波元件插入在第二频带信号的输入输出端口与开关元件之间，将第二频带作为通过频带。
而且，在这种结构中，在从开关元件侧来看的第一滤波元件自身的第三频带中的第一反射相位和从开关元件侧来看的第二滤波元件自身的第三频带中的第二反射相位在斯密斯圆图上都为电容性、且第二反射相位相对于第一反射相位在斯密斯圆图上处于短路侧的情况下，连接开关元件与第一滤波元件的第一传输线路的线路长度比连接开关元件与第二滤波元件的第二传输线路形成得要长。
在这种结构中，考虑到各开关元件的反射相位越接近开路，作为目标的第三频带的通信信号的传输损耗降低越多且通过特性得到提高，而各开关元件的反射相位越接近短路，第三频带的通信信号的传输损耗增加越多且通过特性变差。而且，通过使作为自身反射相位是靠近开路一侧的第一滤波元件和开关元件之间的第一传输线路的线路长度、相对于作为自身反射相位是靠近短路一侧的第二滤波元件和开关元件之间的第二传输线路的线路长度要长，从而能防止从开关元件来看两个滤波元件侧的反射相位大幅度靠近短路。这时，由于这些相位调整仅在第一传输线路和第二传输线路中进行，因此能减少高频开关模块的结构要素。
此外，本发明的高频模块的共用器由安装在电路基板上的元件、以及形成在该电路基板上的电路电极图案来形成。开关元件、第一滤波元件、以及第二滤波元件是安装在电路基板上的安装型元件。此外，第一传输线路和第二传输线路是从安装型元件的安装表面侧来看电路基板时、由形成在电路基板的不同位置的电极图案来构成。
该结构是表示具体的上述高频模块原理上的实现方法，通过在这种电路基板上实现，能简化形状，形成小型高频模块。此时，由于第一传输线路和第二传输线路各自的电极表面不成为相对的位置关系，因此能提高这些第一传输线路和第二传输线路的隔离性，容易实现期望的反射相位。
此外，本发明的高频模块的共用器由安装在电路基板上的元件、以及形成在该电路基板上的电路电极图案来形成。开关元件、第一滤波元件、以及第二滤波元件是安装在电路基板上的安装型元件。此外，第二传输线路是形成在电路基板的安装型元件的安装表面上的电极图案。另一方面，第一传输线路由形成在电路基板的安装型元件的安装表面上的电极图案、以及内置的电极图案来形成。
在该结构中，通过用安装表面的电极图案和内层电极这两者来形成第一传输线路，因此，容易使其长度比仅由安装表面的电极图案形成的第二传输线路的线路长度要长。此外，由于第一传输线路的引导图案走线的自由度较高，因此不容易对开关元件与各滤波元件之间的位置关系产生影响，且容易引导各传输线路走线。
此外，本发明的高频模块的第一滤波元件和第二滤波元件安装在安装表面的分隔开的位置。
在该结构中，通过分隔开第一滤波元件和第二滤波元件，能提高滤波元件之间的隔离性。而且，通过将它们分隔开，如果在与第一滤波元件相近的位置配置开关元件，则能够容易更增大第一传输线路和第二传输线路之差。
此外，本发明的高频模块的第一滤波元件和第二滤波元件是SAW滤波器。
该结构表示第一滤波元件和第二滤波元件的具体结构。
此外，在本发明的高频模块中，在电路基板的安装表面上的第一滤波元件和第二滤波元件之间配置第三滤波元件。
在该结构中，通过在第一滤波元件和第二滤波元件之间配置别的第三滤波元件，能进一步抑制第一滤波元件和第二滤波元件之间的耦合。
发明的效果
通过利用本发明的结构，与传输各不同的频带的通信信号的多个滤波元件的通过频带不同的规定频带的通信信号在对于具备这些滤波元件的电路进行分波的其它电路中传输时，能抑制传输损耗。由此，能实现简单并小型化的一种高频模块，该高频模块对一个天线切换各频带的通信信号，从而以低损耗进行收发。
附图说明
图1是本发明的实施方式的高频开关模块1的电路图。
图2是表示SAW滤波器11和SAW滤波器12的自身特性、以及在开关元件20和各SAW滤波器之间配置了传输线路的情况下的特性变化，其中传输线路为了进行反射相位调整而设定线路长度。
图3是表示如图2所示的斯密斯圆图的特性情形的将传输线路101的线路长度设定成比传输线路102的线路长度要长的情况、以及将传输线路101的线路长度设定成比传输线路102的线路长度更短的情况下的天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P3(GPS信号用输入输出端口)之间的通过特性的特性图。
图4是表示本发明的实施方式的高频开关模块1的简要结构的安装图。
图5是用于说明使用层叠电路基板的内层电极的传输线路101’的图案的安装图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的高频开关模块。
图1是本实施方式的高频开关模块1的电路图。
高频开关模块1包括：SAW滤波器11、12、13、14；开关元件20；第一共用器30；以及第二共用器40。
高频开关模块1包括：天线连接端口ANT0；通信信号输入输出端口P1、P2、P3、P4。
天线连接端口ANT0与外部的天线ANT相连接。通信信号输入输出端口P1、P2、P3、P4是用来输入输出各不同频带的通信信号的端口。例如，通信信号输入输出端口P1将GSM 1900通信信号进行输入输出，通信信号输入输出端口P2将GSM 1800通信信号进行输入输出。通信信号输入输出端口P3将GPS信号进行输出，通信信号输入输出端口P4将GSM 850通信信号进行输入输出。在以下说明中，具体示出使用这些GSM 1900通信信号、GSM 1800通信信号、GPS信号、GSM 850通信信号的示例。另外，GSM 1900通信信号、GSM 1800通信信号、GSM 850通信信号、以及GPS信号是分别具有1900MHz频带、1800MHz频带、850MHz频带、以及1500MHz频带的频率的信号。
作为高频开关模块1内的电路，天线连接端口ANT0与第二共用器40相连接。第二共用器40包括：电容器C401、以及电感器L402和电容器C402的谐振电路。将电容器C401和电感器L402相连接，且连接这些电容器C401和电感器L402的连接线与天线连接端口ANT0相连接。在电感器L402的与天线连接端口ANT0相反侧的端部与接地之间，连接有电容器C402。在这种结构中，电容器C401是使GPS信号、GSM 1900通信信号以及GSM 1800通信信号通过的高通滤波器，而由电感器L402和电容器C402构成的谐振电路是使GSM 850通信信号通过的低通滤波器。
在第二共用器40的低通滤波器侧，即在电感器L402与电容器C402的连接点侧，连接有SAW滤波器14。SAW滤波器14是将GSM 850通信信号的频带作为通过频带的滤波器。而且，SAW滤波器14的与第二共用器40相反侧的端部与通信信号输入输出端口P4相连接。
在第二共用器40的高通滤波器侧，即在电容器C401的与天线连接端口ANT0相反侧的端部，连接有第一共用器30。
第一共用器30包括：电容器C301和电感器L301的谐振电路；以及电感器L302和电容器C302的谐振电路。电容器C301和电感器L302的连接线、与第二共用器40的电容器C401相连接。在电容器C301的对于第二共用器40连接侧为相反侧的端部与接地之间，连接有电感器L301。在电感器L302的对于第二共用器40连接侧为相反侧的端部与接地之间，连接有电容器C302。在这种结构中，电容器C301和电感器L301的谐振电路是使GSM 1900通信信号以及GSM 1800通信信号通过的高通滤波器，而由电感器L302和电容器C302构成的谐振电路是使GPS信号通过的低通滤波器。
在第一共用器30的低通滤波器侧，即在电感器L302与电容器C302的连接点侧，连接有SAW滤波器13。SAW滤波器13是将GPS信号的频带作为通过频带的滤波器。而且，SAW滤波器13的与第一共用器30相反侧的端部与通信信号输入输出端口P3相连接。
在第一共用器30的高通滤波器侧，即在电容器C301与电感器L301的连接点侧，连接有开关元件20。
开关元件20是利用来自外部的控制电压信号对公共端口200切换多个选择端口201、202来导通的元件。开关元件20的公共端口200与第一共用器30的高通滤波器、即电容器C301和电感器L301的连接点相连接。
开关元件20的第一选择端口201经由传输线路101与SAW滤波器11相连接。SAW滤波器11是将GSM 1900通信信号的频带作为通过频带的滤波器。而且，SAW滤波器11的与开关元件20相反侧的端部与通信信号输入输出端口P1相连接。
开关元件20的第二选择端口202经由传输线路102与SAW滤波器12相连接。SAW滤波器12是将GSM 1800通信信号的频带作为通过频带的滤波器。而且，SAW滤波器12的与开关元件20相反侧的端部与通信信号输入输出端口P2相连接。
通过这种电路结构，利用第二共用器40，在天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P4之间传输GSM 850通信信号。此外，利用第一共用器30和第二共用器40，在天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P3之间传输GPS信号。
此外，在利用开关元件20对公共端口200和第二选择端口202进行导通控制的状态下，利用开关元件20、第一共用器30和第二共用器40，在天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P2之间传输GSM 1800通信信号。
此外，在利用开关元件20对公共端口200和第一选择端口201进行导通控制的状态下，利用开关元件20、第一共用器30和第二共用器40，在天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P1之间传输GSM 1900通信信号。
然而，在这种电路结构的情况下，必须对从第一共用器30来看开关元件20侧的反射相位进行调整，使得GPS信号不从第一共用器30泄漏到开关元件20侧。因此，在本实施方式的高频开关模块1中，为了调整反射相位，适当地设定连接开关元件20和SAW滤波器11的传输线路101的线路长度、以及连接开关元件20和SAW滤波器12的传输线路102的线路长度，使该两个长度不同。由于SAW滤波器11和SAW滤波器12的反射相位在由第一共用器30进行分波的GPS信号的频带中具有电容性，因此该调整通过对起到作为电感器的功能的传输线路101、102的线路长度进行调整，能够改善反射相位。而且，开关元件20本身不具有使相位大幅变化的线路长度，该调整必须对特性不同的GSM 1900通信信号用的SAW滤波器11和GSM 1800通信信号用的SAW滤波器12这两者进行反射相位调整。
在该情况下，例如在本实施方式的示例中，基于下述原理，将传输线路101的线路长度设定成比传输线路102的线路长度要长。
图2是表示SAW滤波器11和SAW滤波器12的自身特性、以及在开关元件20和各SAW滤波器之间配置了传输线路的情况下的特性变化，其中传输线路为了进行反射相位调整而设定线路长度。该斯密斯圆图中，虚线表示连接各SAW滤波器的情况下从开关元件20来看各SAW滤波器侧的反射特性，实线表示追加传输线路的情况下从开关元件20来看各SAW滤波器侧的反射特性。此外，各斯密斯圆图中记载的标记表示GPS信号频率的反射相位，倒黑三角(▼)标记是SAW滤波器自身的反射相位，倒白三角(▽)标记是配置了传输线路的情况下的反射相位。
图2(A)表示SAW滤波器11的反射特性，图2(B)表示SAW滤波器12的反射特性，且可从这些特性知晓，SAW滤波器自身的反射相位中，SAW滤波器12比SAW滤波器11更接近斯密斯圆图的短路侧。因此，使用具有这样的反射特性的2个SAW滤波器的情况下，将SAW滤波器12比SAW滤波器11配置在更靠近开关元件20侧，将开关元件20和SAW滤波器11之间的传输线路101形成为比开关元件20和SAW滤波器12之间的传输线路102要长。
这样，从开关元件20来看SAW滤波器11侧的情况下的GPS信号频率的反射相位向斯密斯圆图的短路侧变化。
不同于此，由于开关元件20和SAW滤波器12之间的传输线路102形成为比传输线路101要短，因此从开关元件20来看SAW滤波器12侧的情况下的GPS信号频率的反射相位比上述来看SAW滤波器11侧的反射相位的变化量要小。
这样，通过使得与SAW滤波器11相连接的传输线路101的线路长度比与SAW滤波器12相连接的传输线路102的线路长度要长，能抑制SAW滤波器自身的对GPS信号的反射相位特性比SAW滤波器11要差的SAW滤波器12的反射相位进一步大幅变差，能将SAW滤波器自身的对GPS信号的反射相位特性比SAW滤波器12要好的SAW滤波器11的反射相位抑制到SAW滤波器12的反射相位的程度。由此，在考虑到电路形成中实质上不能忽略的传输线路的线路长度的状态下，虽然SAW滤波器11对GPS信号的反射相位恶化程度比SAW滤波器12对GPS信号的反射相位恶化程度要差，但能改善作为高频开关模块1对GPS信号的反射相位特性。
图3是表示如图2所示的斯密斯圆图的特性情形的将传输线路101的线路长度设定成比传输线路102的线路长度要长的情况、以及将传输线路101的线路长度设定成比传输线路102的线路长度更短的情况(使传输线路102的线路长度比传输线路101的线路长度要长的情况)下的天线连接端口ANT0和通信信号输入输出端口P3(GPS信号用输入输出端口)之间的通过特性的特性图。在图3中，实线表示传输线路101的线路长度比传输线路102的线路长度更短的情况，虚线表示传输线路101比传输线路102要长的情况。
如图3所示，通过使传输线路101的线路长度比传输线路102的线路长度要长，能改善通过特性。
另外，不仅加进对GPS信号的频带的相位调整，还加进对GSM 1900通信信号的开关元件20和SAW滤波器11之间的相位调整、以及对GSM1800通信信号的开关元件20和SAW滤波器12之间的相位调整，来设定这些传输线路101和102的线路长度。由此，能分别对GPS信号、GSM 1900通信信号、以及GSM 1800通信信号获得良好的通过特性。
此外，通过仅使用2条传输线路101、102，仅调整这些线路长度能够实现如上所述的改善反射相位和通过特性。由此，能够以简单的结构和小型的结构来实现能对一个天线收发多个频带的通信信号的特性良好的高频开关模块。
接着，参照图4来说明这种电路结构的高频开关模块1的原理上的结构。图4是表示本实施方式的高频开关模块1的简要结构的安装图。
利用在层叠有多个绝缘层的层叠电路基板形成的电极图案和安装元器件来实现本实施方式的高频开关模块1。具体而言，在层叠电路基板的顶面1U和内层中，形成有构成上述电路图案的电极图案。此外，在层叠电路基板的顶面1U上，形成有用于实现上述高频开关模块1的电路的各种分立元器件的安装用连接盘。这时，开关元件20的安装用连接盘形成为靠近SAW滤波器12的安装用连接盘，而且SAW滤波器11的安装用连接盘与开关元件20和SAW滤波器12的安装用连接盘分隔开而形成。此外，在层叠电路基板的顶面1U上，形成有SAW滤波器13、14的安装用连接盘，而且形成有安装构成图1所示电路的电容器或电感器的连接盘。
此外，对开关元件20用连接盘安装有开关元件20，对SAW滤波器11～14用连接盘安装有各SAW滤波器11～14，对电容器或电感器用连接盘安装有与之对应的由分立芯片元器件形成的电容器或电感器。另外，电感器或电容器也可由层叠电路基板的内层电极来实现。
在此，开关元件20的第一选择端口201用连接盘与SAW滤波器11的与开关元件20连接的连接端子111的连接盘由电极图案来连接，由此，形成图1的传输线路101。
此外，开关元件20的第二选择端口202用连接盘与SAW滤波器12的与开关元件20连接的连接端子121的连接盘由电极图案来连接，由此，形成图1的传输线路102。
此外，由于如上所述那样使开关元件20用连接盘与SAW滤波器12用连接盘接近来形成，且使SAW滤波器11用连接盘与它们分隔开来形成，因此，形成传输线路101的电极图案比形成传输线路102的电极图案要长。由此，能如上所述那样使传输线路101的线路长度比传输线路102的线路长度要长，且通过维持这一长短关系并适当地设定各线路长度，从而能改善作为高频开关模块1的对GPS信号的反射相位和通过特性。
而且，由于这些形成传输线路101的电极图案、和形成传输线路102的电极图案形成在层叠电路基板的顶面1U，因此这些电极图案沿层叠方向形成为电极表面彼此相对的形状。从而，提高形成传输线路101的电极图案和形成传输线路102的电极图案的隔离性，能实现更好的反射相位特性和通过特性，且不必考虑杂散电容，容易进行设计以获得这种特性。
此外，由于SAW滤波器11和SAW滤波器12分隔开来配置，因此能提高这些SAW滤波器之间的隔离性。
此外，由于在安装表面的SAW滤波器11和SAW滤波器12之间配置与它们不同的SAW滤波器13，因此进一步抑制第一滤波元件和第二滤波元件之间的元件之间的电磁场耦合或安装用连接盘之间的电磁场耦合。由此，能进一步提高SAW滤波器11和SAW滤波器12之间的隔离性。
另外，在上述说明中，表示了将传输线路101和传输线路102都形成在层叠电路基板的顶面1U上的示例，然而，也可利用层叠电路基板的内层电极来形成相对较长的传输线路。图5是用于说明使用层叠电路基板的内层电极的传输线路101’的图案的安装图。
如图5所示，线路长度应该相对较长的传输线路101’由形成在顶面1U上的电极图案部分和由内层电极形成的部分、以及在层叠方向上将该两个部分连接起来的通孔来构成。另一方面，线路长度应该相对较短的传输线路102’由仅在顶面1U上形成的电极图案构成。在这种结构的情况下，尽管从顶面1U侧来看传输线路102’和传输线路101’是交叉的，但实际上能进行走线而不接触。由此，如图5所示，即使第一选择端口201用连接盘相对于SAW滤波器11比第二选择端口202用连接盘处于较远侧，但是可用简单的电路电极图案来形成传输线路101’和102’。而且，通过在多个层中形成传输线路101’，仅在一层中形成传输线路102’，容易使传输线路101’的线路长度相对于传输线路102’的更长。由此，能容易设计和形成传输线路101’、102’。
此外，进一步在多个层中形成传输线路101’的情况下，通过使传输线路101’和传输线路102’在层叠方向上不交叉，从而还能提高上述传输线路之间的隔离性。
另外，在上述说明中，示出了利用SAW滤波器的示例，但即使是使用其它滤波元件的情况下，只要是由将各不同的频带作为通过频带的多个滤波元件、开关电路、以及共用器来构成的高频开关模块，也能适用上述结构。
此外，在上述说明中，示出了用一个天线切换GSM 1900通信信号、GSM 1800通信信号、GPS信号、GSM 850通信信号的高频开关模块的示例，但也可以是其它频率的组合。
标号说明
1-高频开关模块、11～14-SAW滤波器、20-开关元件、30、40-共用器、101，101’，102，102’-传输线路、1U-层叠电路基板的顶面

Claims (6)

1.一种高频模块，该高频模块利用一个天线来收发由各自不同的多种频带形成的通信信号，该高频模块包括：
共用器，该共用器用来将第一频带通信信号和第二频带通信信号、与第三频带通信信号进行分波；
开关元件，该开关元件对所述第一频带信号的收发和所述第二频带信号的收发进行切换；
第一滤波元件，该第一滤波元件插入在所述第一频带信号的输入输出端口与所述开关元件之间，使所述第一频带通过；以及第二滤波元件，该第二滤波元件插入在所述第二频带信号的输入输出端口与所述开关元件之间，使所述第二频带通过，
在从所述开关元件来看的所述第一滤波元件自身的所述第三频带中的第一反射相位和从所述开关元件来看的所述第二滤波元件自身的所述第三频带中的第二反射相位在斯密斯圆图上都为电容性、且第二反射相位相对于第一反射相位在斯密斯圆图上处于短路侧的情况下，
连接所述开关元件和所述第一滤波元件的第一传输线路的线路长度比连接所述开关元件和所述第二滤波元件的第二传输线路的线路长度要长。
2.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，
所述共用器由安装在电路基板上的元件和形成在该电路基板上的电路电极图案形成，
所述开关元件、所述第一滤波元件、以及所述第二滤波元件是安装在所述电路基板上的安装型元件，
所述第一传输线路和所述第二传输线路是从所述安装型元件的安装表面侧来看所述电路基板时、由形成在所述电路基板的不同位置的电极图案来构成。
3.如权利要求1或2所述的高频模块，其特征在于，
所述共用器由安装在电路基板上的元件和形成在该电路基板上的电路电极图案形成，
所述开关元件、所述第一滤波元件、以及所述第二滤波元件是安装在所述电路基板上的安装型元件，
所述第二传输线路由形成在所述电路基板的所述安装型元件的安装表面上的电极图案来构成，
所述第一传输线路由形成在所述电路基板的所述安装型元件的安装表面上的电极图案、以及内置的电极图案来形成。
4.如权利要求1至3的任一项所述的高频模块，其特征在于，
所述第一滤波元件和所述第二滤波元件安装在所述安装表面的分隔开的位置。
5.如权利要求1至4的任一项所述的高频模块，其特征在于，
所述第一滤波元件和所述第二滤波元件是SAW滤波器。
6.如权利要求1至5的任一项所述的高频模块，其特征在于，
在所述电路基板的所述安装表面上，在所述第一滤波元件和所述第二滤波元件之间配置第三滤波元件。
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