CN107959511A - 通信模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能提高多个输入端子间的隔离特性的通信模块。通信模块包括：第1输入端子，该第1输入端子输入有第1频带的第1信号；第2输入端子，该第2输入端子输入有第2频带的第2信号；放大器，该放大器对放大第1信号而得的放大信号进行输出；双工器，该双工器输入有放大信号及/或第2信号，并对第1及/或第2频带的输出信号进行输出；以及高次谐波终端电路，该高次谐波终端电路对第2信号的高次谐波进行短路，高次谐波终端电路的一端连接在第2输入端子与双工器之间，另一端在接地位置进行接地，在俯视时，第1输入端子与高次谐波终端电路的接地位置的距离比第1输入端子与第2输入端子的距离要长。

Description

通信模块
技术领域
本发明涉及通信模块。
背景技术
在进行无线数据通信设备间的无线传输的通信模块中，已知有支持不同的多个通信标准的频带的结构。例如，专利文献1中公开有支持无线LAN中所使用的5GHz频带的无线传输、以及无线LAN或Bluetooth(蓝牙；注册商标)中所使用的2.4GHz频带的无线传输的多频带高频模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-237978号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
5GHz频带接近2.4GHz频带的2倍波的频率。因此，在支持两个频带的通信模块中，确保两个频带的通信路径间的隔离变得尤为重要。就这一点而言，在专利文献1中公开有关于一个频带的接收信号的输出端子与发送信号的输入端子之间的隔离特性的改善，然后并未言及关于不同通信系统的发送信号的输入端子间的隔离特性的改善。因此，根据专利文献1中所公开的结构，例如在伴随通信模块的小型化，不同频带的发送信号的输入端子形成得较接近的情况下，该输入端子间的隔离特性有可能发生劣化。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能提高多个输入端子间的隔离特性的通信模块。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，本发明的一个方面所涉及的通信模块包括：第1输入端子，该第1输入端子输入有第1频带的第1信号；第2输入端子，该第2输入端子输入有第2频带的第2信号；放大器，该放大器对放大第1信号而得的放大信号进行输出；双工器，该双工器输入有放大信号及/或第2信号，并对第1及/或第2频带的输出信号进行输出；以及高次谐波终端电路，该高次谐波终端电路对第2信号的高次谐波进行短路，高次谐波终端电路的一端连接在第2输入端子与双工器之间，另一端在接地位置进行接地，在俯视时，第1输入端子与高次谐波终端电路的接地位置的距离比第1输入端子与第2输入端子的距离要长。
发明效果
根据本发明，能提供一种能提高多个输入端子间的隔离特性的通信模块。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100的结构例的图。
图2是示意性示出了本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100中的高次谐波终端电路的配置例的图。
图3是示出本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100以及现有例中的接地距离Dtg与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。
图4是示出高次谐波终端电路40中的电阻元件R1的电阻值与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。
图5是示出高次谐波终端电路40中的、接地距离Dtg＝1.31mm时的电阻元件R1的电阻值与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。
图6是示出高次谐波终端电路40中的、接地距离Dtg＝1.31mm时的电阻元件R1的电阻值与插入损耗的关系的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对相同的要素标注相同的标号，并省略重复的说明。
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100的结构例的图。通信模块100例如搭载于无线数据通信设备，对无线频率(RF：Radio Frequency)信号的功率进行放大并输出。另外，虽然未在图1中示出，然而通信模块100也可以包含对天线(未图示)所接收到的接收信号进行处理的接收路径。在本说明书中，省略对于接收路径的说明。
在无线数据通信中存在多种通信标准，根据该通信标准而使用的频带不同。例如，在无线LAN中的IEEE802.11a或IEEE802.11h等通信标准中使用5GHz频带。另一方面，在无线LAN中的IEEE802.11b或IEEE802.11g等通信标准、或者适合于近距离的无线数据通信的Bluetooth(蓝牙；注册商标)中使用2.4GHz频带。通信模块100与上述5GHz频带(第1频带)的通信标准(以下，称为第1通信标准)以及2.4GHz频带(第2频带)的通信标准(以下，称为第2通信标准)相对应。此外，在通信模块100中，第1通信标准的路径(以下，称为第1路径)与第2通信标准的路径(以下，称为第2路径)可同时进行动作。另外，通信模块100所对应的通信标准并不限于此。
接着，对通信模块100的各结构要素进行说明。如图1所示，通信模块100包括形成在模块基板10上的、输入端子T1、T2、输出端子T3、放大器20、匹配电路30、高次谐波终端电路40、滤波电路50以及双工器60。模块基板10例如可以为低温共烧陶瓷多层基板或树脂基板。
通过输入端子T1(第1输入端子)向通信模块100输入第1通信标准的发送信号(第1信号)，通过输入端子T2(第2输入端子)向通信模块100输入第2通信标准的发送信号(第2信号)。此外，通信模块100通过输出端子T3将第1或第2通信标准的发送信号输出至天线(未图示)。另外，天线也可以包含于通信模块100。
放大器20为用于对第1通信标准的发送信号的功率进行放大的放大器，并使用晶体管(放大元件)来构成。晶体管例如为异质结双极型晶体管(HBT：HeterojunctionBipolar Transistor)等双极型晶体管、或场效应晶体管(MOSFET：Metal-oxide-semiconductor Field Effect Transistor)。将由放大器20进行放大后的第1通信标准的发送信号(放大信号)输出至双工器60。此外，虽然未在图1中进行图示，然而在本实施方式中，第2通信标准的发送信号在输入至输入端子T2前，在安装于通信模块100之外的放大器中对功率进行了放大。另外，第2通信标准用的放大器也可以安装在通信模块100上。
匹配电路30设置在输入端子T2与滤波电路50之间。匹配电路30在前级的第2通信标准用的放大器(未图示)、与后级的滤波电路50之间进行阻抗匹配。此外，匹配电路30具有作为使第2通信标准的发送信号的基波通过、并使高次谐波(例如，2倍波以及三次谐波等)衰减的低通滤波器(LPF)的功能。此外，匹配电路30去除发送信号的直流分量。具体而言，匹配电路30包括与信号路径并联连接的高次谐波终端电路40、以及与信号路径串联连接的电感器L2。另外，匹配电路的结构并不限于此。
高次谐波终端电路40构成匹配电路30的一部分。具体而言，高次谐波终端电路40具备串联连接的电感器L1(电感元件)、电阻元件R1以及电容器C1(电容元件)。电感器L1的一端连接在输入端子T2与电感器L2之间，另一端与电阻元件R1的一端相连接。电容器C1的一端与电阻元件R1的另一端相连接，另一端接地。另外，电感器L1、电阻元件R1以及电容器C1的连接顺序并不限于此，也可以是任意顺序。高次谐波终端电路40的功能的详细情况将在后文中阐述。
滤波电路50设置在匹配电路30与双工器60之间。滤波器50具有作为使第2通信标准的发送信号的基波通过、并使其他的频率衰减的带通滤波器(BPF)的功能。滤波电路50例如也可以为块状弹性波(BAW：Bulk Acoustic Wave)滤波器。
向双工器60输入从放大器20输出的第1通信标准的发送信号及/或从滤波电路50输出的第2通信标准的发送信号。双工器60将第1通信标准的发送信号及/或第2通信标准的发送信号(输出信号)输出至输出端子T3。双工器60例如使用LPF或BPF等来构成。此外，双工器60能将天线(未图示)所接收的接收信号分离为第1通信标准(第1频带)的接收信号以及第2通信标准(第2频带)的接收信号。
接着，在对高次谐波终端电路40的功能进行说明前，假设以下结构，即：通信模块100不具备高次谐波终端电路40。模块基板10例如形成为多层结构，并具有提供有接地电位的多个接地层。该接地层的阻抗在理想情况下为0，然而实际上，尤其是在高频区域中可成为数Ω左右。此外，多个接地层在模块基板10内的任意层中彼此进行电连接。因此，一个通信标准的发送信号可能会经由该接地层而泄漏至另一个通信标准的通信路径。具体而言，例如，第2通信标准的发送信号的高次谐波经由与匹配电路所具备的信号路径并联连接的电容器而流入接地层。因第1通信标准的输入端子与接地层之间所产生的电容耦合，导致该高次谐波会传播至第1通信标准的输入端子。此外，第2通信标准的发送信号的高次谐波也会因输入端子T1、T2间的电磁耦合而泄漏至第1通信标准的输入端子。由此，存在输入端子T1、T2间的隔离特性变差的问题。
此处，第2通信标准的发送信号的高次谐波中的2倍波2倍波的频率(4.8GHz左右)接近第1通信标准的频带(5GHz左右)。因此，泄漏至第1通信标准的路径的第2通信标准的发送信号的2倍波及其附近的频率的信号(以下，也简称为“2倍波”)在第1路径中被放大器20放大，通过双工器60，并从天线进行发送，会成为发送信号的噪声。
另一方面，在图1所示的通信模块100中具备高次谐波终端电路40，从而减轻了向第2通信标准的高次谐波的第1路径的泄漏。即，高次谐波终端电路40是具备串联连接的电感器L1及电容器C1的LC串联谐振电路。LC串联谐振电路在谐振频率fo中阻抗变得最低，选择性地流过较多谐振频率fo的信号。因此，能对特定频率的信号进行短路。另外，若将电感设为L、电容设为C，则LC串联谐振电路的谐振频率fo可以用fo＝1/2π√LC来表示。在本实施方式中，调整电感器L1的电感以及电容器C1的电容，使得高次谐波终端电路40的谐振频率fo成为2倍波的频率(即，4.8GHz左右)。由此，能选择性地使从输入端子T2输入的第2通信标准的发送信号中的2倍波流入接地。此处，在本实施方式中，配置高次谐波终端电路40，使得2倍波传播至接地的位置远离输入端子T1。接着，参照图2，对高次谐波终端电路40的配置进行说明。
图2是示意性示出了本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100中的高次谐波终端电路40a的配置例的图。另外，在图2中，仅示出与图1所示的高次谐波终端电路40有关的要素，并省略其他要素。此外，为了便于说明，对于与图1所示的要素相对应的要素，使用与图1所示的标号相同的标号。
如图2所示，通信模块100在周缘部具备多个端子。配置为第1通信标准的输入端子T1与第2通信标准的输入端子T2较接近。
另外，输入端子T1与输入端子T2之间的端子例如也可以是接地端子。
高次谐波终端电路40a的一端与输入端子T2相连接，另一端在接地位置Gnd进行接地。另外，本说明书中的接地位置是指在俯视模块基板10a的主面的情况下，高次谐波终端电路40a所具备的元件中进行接地元件(图2中为电容器C1)与接地层相连接的位置。例如，在模块基板10a形成为多层结构、且多个接地层通过通孔电极进行电连接的情况下，从电容器C1通过通孔电极首先与接地层相连接的位置为接地位置。如图2所示，配置为在俯视模块基板10a时高次谐波终端电路40a的接地位置Gnd远离输入端子T1。具体而言，确定接地位置Gnd，使得输入端子T1与高次谐波终端电路40a的接地位置Gnd的距离Dtg(以下也简称为接地距离Dtg)变得比输入端子T1与输入端子T2的距离Dtt(以下也简称为端子间距离Dtt)要长。
通过上述结构，通信模块100中，通过高次谐波终端电路40a的第2通信标准的2倍波在远离第1通信标准的输入端子T1的接地位置Gnd被传播至接地层。由此，即使该2倍波传播至接地层，与不具备高次谐波终端电路40的结构相比,到第1通信标准的输入端子T1为止的信号的传输距离也变长了，信号的衰减量增大。因此，抑制了经由接地层的2倍波的泄漏。
即，即使在伴随模块的小型化而无法使输入端子T1、T2间的距离变长的情况下，也可以提高输入端子T1、T2间的隔离特性。
此外，高次谐波终端电路40具备与电感器L1及电容器C1串联连接的电阻元件R1(参照图1)。由此，根据该电阻元件R1的电阻值，信号在通过电阻元件R1时衰减。此处，LC谐振串联电路对于谐振频率fo的阻抗在理想情况下为0，然而对于其他频率成为高阻抗。即，第2通信标准的发送信号的基波不受电阻元件R1的影响，另一方面，2倍波在电阻元件R1中衰减。因此，能抑制对第2通信标准的基波的影响，并能选择性地使2倍波衰减。由此，能进一步提高输入端子T1、T2间的隔离特性。另外，优选电阻元件R1的电阻值比信号路径的传输线路(例如，从通信模块100的输出端子T3连接至天线的传输线路)的特性阻抗(例如，50Ω左右)要低。这是因为若电阻元件R1的电阻值比传输线路的特性阻抗高，则2倍波变得无法传输至高次谐波终端电路40。另外，高次谐波终端电路也可以不具备电阻元件。
另外，高次谐波终端电路40中的电感元件也可以是铁氧体磁珠，以代替电感器L1。
此外，通信模块100也可以在双工器60与输出端子T3之间具备耦合器(定向耦合器)，并对从双工器60发送至输出端子T3的发送信号的信号电平进行检波。
接着，参照图3～图6，对通信模块100的隔离特性以及插入损耗的模拟结果进行说明。另外，图3～图6所示的模拟结果均为同时使第1及第2通信标准的信号路径进行动作时的、输入端子T2及输出端子T3间的信号衰减量或高次谐波终端电路40的插入损耗。此外，端子间距离Dtt设为0.8mm。
图3是示出本发明的一个实施方式所涉及的通信模块100以及现有例中的接地距离Dtg与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。在图3所示的曲线图中，纵轴表示信号衰减量(dB)，横轴表示图2所示的接地距离Dtg(mm)。本模拟是对于频率为4.8GHz(即，2.4GHz的2倍的频率)及4.96GHz(即，2.4GHz的2倍附近且接近5GHz频带的频率)的信号，在将电阻元件R1的电阻值设为0Ω、并将接地距离Dtg设为0.594mm、1.31mm、2.30mm时的信号衰减量的结果。另外，现有例构成为在通信模块100中具备与信号路径并联连接的电容器，以代替高次谐波终端电路40。
如图3所示，在接地距离Dtg为0.594mm、并比端子间距离Dtt要短的情况下，信号衰减量为-12～-15dB左右，为与不具备高次谐波终端电路40的现有例相同程度的衰减量。另一方面，若接地距离Dtg变得比端子间距离Dtt长则信号衰减量增大，可知例如在接地距离Dtg为2.3mm时衰减至-30～-32dB左右。因此，可知通过使接地距离Dtg变长，从而2倍波的信号衰减量增大，输入端子T1、T2间的隔离特性得以提高。
图4是示出高次谐波终端电路40中的电阻元件R1的电阻值与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。在图4所示的曲线图中，纵轴表示信号衰减量(dB)，横轴表示电阻元件R1的电阻值(Ω)。本模拟是对于频率为4.8GHz及4.96GHz的信号，在将接地距离Dtg设为0.594mm、1.31mm、并将电阻元件R1的电阻值设为0Ω、5Ω、30Ω时的信号衰减量的结果。
如图4所示，在接地距离Dtg为0.594mm的情况下，即使提高电阻元件R1的电阻值，信号衰减量也基本不发生变化。另一方面，在接地距离Dtg为1.31mm的情况下，与电阻值为5Ω时相比电阻值为30Ω时信号衰减量较大。因此，可知通过在高次谐波终端电路40中插入电阻元件R1，从而电阻元件R1中的2倍波及其附近的频率的信号的衰减量得以增大。
图5是示出高次谐波终端电路40中的、接地距离Dtg＝1.31mm时的电阻元件R1的电阻值与隔离特性的关系的模拟结果的曲线图。在图5所示的曲线图中，纵轴表示信号衰减量(dB)，横轴表示电阻元件R1的电阻值(Ω)。本模拟是对于频率为4.8GHz及4.96GHz的信号，在将接地距离Dtg设为1.31mm、并将电阻元件R1的电阻值设为0Ω、5Ω、10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、100Ω时的信号衰减量的结果。
如图5所示，若接地距离Dtg固定，则可知对于4.8GHz的信号以40Ω为上限、对于4.96GHz的信号以20Ω为上限，随着电阻值的上升，信号衰减量增大。此外，在任意频率下，若超过该上限，则随着电阻值的上升，信号衰减量减小。这是因为若电阻值过度上升、并变得比通信模块的传输线路的特性阻抗例如50Ω要高，则信号变得不容易流过高次谐波终端电路40。另外，在第2通信标准的发送信号的高次谐波泄漏至第1路径的状况下，使更接近第1通信标准的频带即5GHz的信号(此处为4.96GHz的信号)进一步衰减，从而能减小噪声对第1路径的影响。因此，优选将电阻元件R1的电阻值设为例如20Ω以下30Ω以下(参照图5)。
图6是示出高次谐波终端电路40中的、接地距离Dtg＝1.31mm时的电阻元件R1的电阻值与插入损耗的关系的模拟结果的曲线图。在图6所示的曲线图中，纵轴表示插入损耗(即，输出端子T3对于输入端子T2的S参数)(dB)，横轴表示电阻元件R1的电阻值(Ω)。本模拟是对于频率为2.412GHz、2.442GHz、2.472GHz的信号，在将接地距离Dtg设为1.31mm、并将电阻元件R1的电阻值设为0Ω、5Ω、10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、100Ω时的插入损耗的结果。
如图6所示，可知随着电阻元件R1的电阻值的上升，通信模块100要输出的2.4GHz频带的基波的插入损耗增大。因此，可以说电阻元件R1的电阻值在2倍波的信号衰减量与基波的插入损耗之间具有权衡(tradeoff)关系。因此，根据上述情况，也优选将电阻元件R1的电阻值设为20Ω以上30Ω以下。
以上，对本发明例示的实施方式进行了说明。通信模块100具备对第2频带的高次谐波进行短路的高次谐波终端电路40。此外，第1频带用的输入端子T1与高次谐波终端电路40的接地位置的距离要比输入端子T1与第2频带用的输入端子T2的距离要长。由此，与不具备高次谐波终端电路40的结构相比，第2频带的2倍波到输入端子T1为止的信号的传输距离变长，信号的衰减量增大。因此，抑制了经由接地层的向输入端子T1的2倍波的泄漏，输入端子T1、T2间的隔离特性得以提高。
此外，高次谐波终端电路40所短路的高次谐波并没有特别限定，例如也可以是第2频带(2.4GHz)的2倍波。
此外，高次谐波终端电路40的结构并没有特别限定，例如也可以是具备串联连接的电容器C1及电感器L1的LC串联谐振电路。
此外，高次谐波终端电路40还具备与电容器C1及电感器L1串联连接的电阻元件R1。由此，根据电阻元件R1的电阻值，信号在通过电阻元件R1时衰减。因此，能选择性地使第2通信标准的2倍波衰减，并能进一步提高输入端子T1、T2间的隔离特性。
此外，优选电阻元件R1的电阻值低于传输线路的特性阻抗，并进一步优选为20Ω以上30Ω以下。由此，能将第2通信标准的2倍波传输至高次谐波终端电路40，并且能使电阻元件R1中的信号衰减量增大。因此，能进一步提高输入端子T1、T2间的隔离特性。
此外，高次谐波终端电路40所具备的电感元件并没有特别限定，例如也可以是铁氧体磁珠。
此外，如图1所示，通信模块100也可以具备匹配电路30，高次谐波终端电路40也可以构成匹配电路30的一部分。另外，匹配电路30以及高次谐波终端电路40的结构并不限于此。
此外，匹配电路30并没有特别限定，例如也可以是使2.4GHz的基波通过、并使高次谐波衰减的低通滤波器。
上述所说明的各实施方式是为了便于理解本发明，但并非对本发明进行限定解释。本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行变更或改良，并且本发明还包含与其等价的内容。即，只要在本领域技术人员对各实施方式进行适当的设计改变而得到的技术方案中包含本发明的特征，则认为其包含于本发明的范围内。例如，各实施方式所具有的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限于示例，能进行适当的改变。此外，各实施方式所具有的各要素能在技术上可实现的范围内进行组合，只要该组合包含本发明的特征则认为其也包含于本发明的范围中。
标号说明
100 通信模块
10、10a 模块基板
20 放大器
30 匹配电路
40、40a 高次谐波终端电路
50 滤波电路
60 双工器
T1、T2 输入端子
T3 输出端子
L1、L2 电感器
R1 电阻元件
C1 电容器

Claims (9)

1.一种通信模块，其特征在于，包括：
第1输入端子，该第1输入端子输入有第1频带的第1信号；
第2输入端子，该第2输入端子输入有第2频带的第2信号；
放大器，该放大器对放大所述第1信号而得的放大信号进行输出；
双工器，该双工器输入有所述放大信号及/或所述第2信号，并对所述第1频带及/或第2频带的输出信号进行输出；以及
高次谐波终端电路，该高次谐波终端电路对所述第2信号的高次谐波进行短路，
所述高次谐波终端电路的一端连接在所述第2输入端子与所述双工器之间，另一端在接地位置进行接地，
在俯视时，所述第1输入端子与所述高次谐波终端电路的所述接地位置的距离比所述第1输入端子与所述第2输入端子的距离要长。
2.如权利要求1所述的通信模块，其特征在于，
所述第1频带为所述第2频带的大致2倍的频率，
所述第2信号的所述高次谐波为所述第2信号的2倍波。
3.如权利要求1或2所述的通信模块，其特征在于，
所述高次谐波终端电路为具备在所述一端与所述另一端之间串联连接的电容元件以及电感元件的LC串联谐振电路。
4.如权利要求3所述的通信模块，其特征在于，
所述高次谐波终端电路还具备在所述一端与所述另一端之间与所述电容元件以及所述电感元件串联连接的电阻元件。
5.如权利要求4所述的通信模块，其特征在于，
所述电阻元件的电阻值低于对所述输出信号进行传输的传输线路的特性阻抗。
6.如权利要求4或5所述的通信模块，其特征在于，
所述电阻元件的电阻值为20Ω以上30Ω以下。
7.如权利要求3至6的任一项所述的通信模块，其特征在于，
所述电感元件为铁氧体磁珠。
8.如权利要求1至7的任一项所述的通信模块，其特征在于，
所述通信模块在所述双工器与所述第2输入端子之间具备匹配电路，
所述高次谐波终端电路构成所述匹配电路的一部分。
9.如权利要求8所述的通信模块，其特征在于，
所述匹配电路为使所述第2信号的基波通过、并使所述第2信号的高次谐波衰减的低通滤波器。
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