DE60107508T2

DE60107508T2 - HF Ausgangsmodul mit Leistungsverstärker und Isolator

Info

Publication number: DE60107508T2
Application number: DE60107508T
Authority: DE
Inventors: Shinya Chuo-ku Nakai; Ryoichi Chuo-ku Kondo
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: CN1182621C; JP2002057511A; US20020017952A1; EP1179873A1; EP1179873B1; DE60107508D1; CN1337759A; US6570442B2; JP4240780B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein HF Signalausgangsmodul mit einem HF Leistungsverstärker und einem Isolatorelement, welches in einem Übertrager oder Ähnlichem eines tragbaren Telefons oder einer Station für mobile Kommunikation verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein HF Signalausgangsmodul, welches die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst. Ein derartiges HF Signalsignalausgabemodul ist aus JP 02 0101 66A bekannt.
In letzter Zeit wird eine Größen- und Gewichtsverminderung für eine Kommunikationsvorrichtung, wie etwa ein tragbares Telefon oder ein mobile Kommunikationsstation, verstärkt nachgefragt. Dementsprechend wird eine Reduktion in der Größe, in dem Gewicht und in der Dicke von jeder Komponente, welche eine derartige Kommunikationsvorrichtung aufbaut, eine abnehmende Anzahl von Komponenten und ein verminderter Leistungsverbrauch strikt gefordert.
EP-A-0 638 953 beschreibt ein dielektrisches Filter und Duplexer vom LC-Typ, welches zusammenhängend auf dem Substrat ausgebildet ist. In einer Ausführungsform weist der Duplexer zusätzlich eine Anpassschaltung und einen HF Leistungsverstärker auf, welche miteinander kombiniert auf einem einzigen Substrat kombiniert sind.
Bei einer Kommunikationsvorrichtung, wie etwa einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation ist üblicherweise ein Isolatorelement, welches ein irreversibles Richtungselement ist, mit dem Ausgang einer HF Leistungsverstärkerschaltung in einem Übertragungsabschnitt verbunden. Eine derartige Anordnung ist aus JP 02 0101 66A ersichtlich. Diese Verbindung ist so ausgeführt, dass das Isolatorelement eine HF Leistung abblockt, welche als Ergebnis einer Zustandsänderung einer Antenne ist beim Erreichen der HF Leistungsverstärkerschaltung, wobei eine Verschlechterung des HF Leistungsverstärkerschaltkreises und eine Vergrößerung einer unerwünschten Ausgabe verhindert werden.
Im Stand der Technik wird ein HF Leistungsverstärkerschaltkreis als ein Modul auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet und nachfolgend in einem Metallgehäuse untergebracht, welches als Abschirmung dient. Im Gegensatz dazu muss bei einem Isolatorelement ein magnetisches Material durch ein Metall von hoher Permeabilität wegen der Struktur des Elements eingeschlossen werden. Daher ist ein Isolatorelement in Bezug auf Material und Struktur unterschiedlich zu elektronischen Komponenten, welche auf einem üblichen Isolatorsubstrat ausgebildet werden und daher wird es als unabhängige Komponente hergestellt. Insbesondere ist ein Isolatorelement nach dem Stand der Technik in einem Metallgehäuse untergebracht, welches sich von demjenigen eines HF Leistungsverstärkerschaltkreises unterscheidet.
Wenngleich ein Schaltkreis für einen HF Leistungsverstärker und ein Isolatorelement in Beziehung auf die Funktion in enger Beziehung zueinander stehen, wie vorstehend beschrieben, werden sie als unabhängige Komponenten behandelt, bis sie in das tragbare Telefon oder eine mobile Kommunikationsstation eingebaut werden. Mit anderen Worten wird ein Schaltkreis für einen HF Leistungsverstärker und ein Isolatorelement als unabhängige Komponenten jeweils vorbereitet und die Komponenten werden daraufhin durch Löten auf eine Mutterplatine angebracht und durch ein vielschichtiges, dielektrisches Substrat konfiguriert.
Da der Schaltkreis für einen HF Leistungsverstärker und ein Isolatorelement als unabhängige Komponenten gehandhabt werden, ist es schwierig, dieselben zu miniaturisieren. Wenn diese Komponenten auf einer Mutterplatine angebracht werden, addiert sich die Dicke des Isolatorelements zu derjenigen der Mutterplatine und vergrößert so die gesamte Höhe, wodurch ein Problem dergestalt entsteht, dass die gesamte HF Ausgangsstufe in Größe und Dicke nicht reduziert werden kann.
Ein Isolatorelement wird so hergestellt, dass alle Verbindungen eine Eingangs/Ausgangsimpedanz von 50 Ω aufweisen, was gleich der Impedanz einer Standardübertragungsleitung ist. Ein Schaltkreis für einen HF Leistungsverstärker weist eine Ausgangsimpedanz von 30 Ω oder weniger, z.B. 10 Ω, auf. Um einen Schaltkreis eines HF Leistungsverstärkers mit einem Isolatorelement zu verbinden, muss daher ein Schaltkreis für eine Impedanzanpassung vorgesehen werden. Weiterhin muss ebenso ein APC-Schalt kreis vorgesehen werden, um den Ausgang des Schaltkreises für den HF Leistungsverstärker zu steuern. Daher ist es erforderlich, Bausteinkomponenten für die Darstellung von L und C auf einer Mutterplatine anzubringen oder ein L mittels eines Kupferfolienmusters auf der Oberfläche der Mutterplatine auszubilden. Ebenso stellen ein Schaltkreis für die Impedanzanpassung und ein APC-Schaltkreis, welche wie vorstehend beschrieben, aufgebaut sind, Faktoren dar, welche die Verminderung in Größe und Dicke der HF Ausgangsstufe blockieren.
Weiterhin müssen Komponenten, wie ein Schaltkreis für einen HF Leistungsverstärker und ein Isolatorelement individuell bezogen werden und ein Schaltkreis zur Impedanzanpassung und ein APC-Schaltkreis, welche verwendet werden, um derartige Komponenten miteinander zu verbinden, müssen getrennt ausgelegt werden. Daher ist die Auslegung einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation, aufwändig und ebenso durch die Änderung der individuellen Komponenten beeinflusst. Im Ergebnis besteht die Befürchtung, dass die Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung nicht sicher aufrechterhalten werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein HF Signalausgangsmodul mit Leistungsverstärker und Isolatorelement bereitzustellen, wobei das HF Signalausgangsmodul erheblich in Größe und Dicke reduziert werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein HF Signalausgangsmodul mit einem HF Leistungsverstärker und einem Isolatorelement bereitzustellen, welches ermöglicht, dass eine Kommunikationsvorrichtung, wie ein tragbares Telefon oder eine mobile Kommunikationsstation, einfacher ausgelegt werden können und welches die Änderung der Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung auf ein minimales Ausmaß drücken kann.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein HF Signalausgangsmodul mit einem HF Leistungsverstärker und einem Isolatorelement bereitzustellen, in welchem die Frequenzeigenschaften des Isolatorelements leicht angepasst werden können.
Die vorliegende Erfindung erreicht diese Ziele durch Bereitstellung eines HF Signalausgangsmoduls, welches die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
Gemäß der Erfindung umfasst das HF Signalausgangsmodul: ein dielektrisches vielschichtiges Substrat; einen HF Leistungsverstärkerschaltkreis; ein Isolatorelement; einen Schaltkreis zur Impedanzanpassung, welcher eingesetzt und verbunden ist zwischen dem Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers und dem Isolatorelement; und eine Rückkopplungsschleife zur Steuerung einer Verstärkung des Schaltkreises des HF Leistungsverstärkers, wobei der Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers, das Isolatorelement, der Schaltkreis für die Impedanzanpassung, und die Rückkopplungsschleife zusammenhängend auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat angebracht sind und die Rückkopplungsschleife von dem Schaltkreis für Impedanzanpassung abzweigt und mit dem Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers verbunden ist.
Der Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers, das Isolatorelement, der Schaltkreis für die Impedanzanpassung und die Rückkopplungsschleife sind zusammenhängend auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat angebracht und die Rückkopplungsschleife ist von dem Schaltkreis für Impedanzanpassung abgezweigt und mit dem Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers verbunden. Da die HF Ausgangsstufe mit dem dielektrischen vielschichtigen Substrat auf diese Weise verbunden ist, kann die HF Ausgangsstufe erheblich in Größe und Dicke reduziert werden. Diese Integration kann die Anzahl der Komponenten verringern. Da der Abzweigabschnitt der Rückkopplungsschleife in dem Schaltkreis für die Impedanzanpassung untergebracht ist, kann die Struktur der Rückkopplungsschleife weiterhin vereinfacht werden. Im Ergebnis kann die HF Ausgangsstufe weiter miniaturisiert werden.
Wenn das HF Signalausgabemodul mit einem HF Leistungsverstärker und einem Isolatormodul gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, verwendet wird, ist es möglich, die folgenden Wirkungen zu erzielen: (1) der Befestigungsbereich der gesamten HF Ausgangsstufe kann reduziert werden; (2) der Entwickler einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation, muss nicht einzelne Komponenten zuliefern lassen, wie etwa einen Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers und ein Isolatorelement und einen Schaltkreis zur Impedanzanpassung für die Verbindung der Komponenten auslegen, und daher kann der Arbeitsaufwand für die Auslegung der Kommunikationsvorrichtung vermindert werden; und (3) Änderung in der Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung kann auf ein minimales Ausmaß gedrückt werden.
Vorzugsweise wird der Schaltkreis für die Impedanzanpassung in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat eingebaut oder in oder auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat ausgebildet.
Der Schaltkreis zur Impedanzanpassung wird durch eine Einrichtung zum richtungsmäßigen Ankoppeln ausgebildet, welche einen Rückkopplungsanschluss aufweist, welcher mit der Rückkopplungsschleife verbunden ist. Hierdurch wird die Eingangsimpedanz der Einrichtung zum richtungsmäßigen Koppeln an den Ausgang des Schaltkreises des Leistungsverstärkers angepasst, wobei die Ausgangsimpedanz an den Eingang des Isolatorelements angepasst, und die Rückkopplungsschleife von dem Schaltkreis für die Impedanzanpassung erhalten wird, wodurch die Struktur weiterhin vereinfacht wird.
Vorzugsweise wird mindestens ein Teil eines Kondensators, welcher mit mindestens einem Anschluss des Isolatorelements verbunden ist, durch eine interne Elektrode, welche in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat ausgebildet ist, und eine Oberflächenelektrode ausgebildet, welche auf einer Oberfläche des dielektrischen vielschichtigen Substrats gegenüberliegend zu der internen Elektrode ausgebildet ist, wobei die Oberflächenelektrode einstellbar ist. Wenn eine derartige Oberflächenelektrode angeordnet wird, kann die Frequenzcharakteristik des Isolatorelements durch die Änderung der Kapazität durch eine Einrichtung zum Lasertrimmen angepasst werden.
Vorzugsweise werden Hauptabschnitte (insbesondere ein Ferritblock und ein mittiger Leiter) des Isolatorelements integral einsetzbar in einem Montageabschnitt angeordnet, welcher durch die Entfernung eines Teils des dielektrischen, vielschichtigen Substrats ausgebildet wird. Besonders vorzugsweise ist der Montageabschnitt ein Durchgangsloch des dielektrischen vielschichtigen Substrats. Da die Hauptabschnitte des Isolatorelements integral einsetzbar in dem Montageabschnitt, wie etwa in einem Durchgangsloch, angeordnet sind, kann der Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers und das Isolator element in einer Einheit integriert werden, ohne die gesamte Höhe zu vergrößern, so dass die Dicke reduziert werden kann.
Vorzugsweise sind der Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers und das Isolatorelement durch ein gemeinsames Abschirmgehäuse abgedeckt.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung weiterhin: ein Element einer akustischen Oberflächenwelle (SAW: Surface Acoustic Wave), welches auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat angebracht ist, und welches mit dem Eingang des Schaltkreises des HF Leistungsverstärkers verbunden ist; und einen Anpassschaltkreis, welcher in das dielektrische vielschichtige Substrat eingebaut ist, und welcher eine Ausgangsimpedanz des SAW-Elements an eine Eingangsimpedanz des Schaltkreises des HF Leistungsverstärkers angepasst.
Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist ein Blockdiagramm und zeigt die Schaltkreiskonfiguration eines Beispiels eines tragbaren Telefons, in welches ein HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Erfindung aufgenommen ist;
2 ist ein Blockdiagramm und zeigt die Schaltkreiskonfiguration eines Beispiels eines integrierten HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der 1;
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch die Struktur eines HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4A ist eine perspektivische Ansicht und zeigt das Aussehen des HF Ausgangsignalmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Ausführungsform der 3;
4B ist ein Schnitt entlang der Linie B–B der perspektivischen Ansicht;
5A und 5B sind Blockschaltbilder und verdeutlichen den Aufbau der Ausführungsform, insbesondere einen Schaltkreis zur Impedanzanpassung und eine Rückkopplungsschleife;
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch die Struktur des HF Ausgangsignalmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
7A ist eine perspektivische Ansicht und zeigt das Aussehen des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Ausführungsform der 6;
7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B der perspektivischen Ansicht;
8 ist eine äquivalente Schaltskizze eines Isolatorelements in der Ausführungsform der 6;
9A und 9B zeigen eine Draufsicht und eine Schnittansicht, welche das Anpassen eines Kondensators verdeutlicht, welcher mit dem Ausgang des Isolatorelements der Ausführungsform der 6 verbunden ist; und
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch die Struktur eines HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist ein Blockschaltbild und zeigt die Schaltkreiskonfiguration für ein Beispiel eines tragbaren Telefons, in welches das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Erfindung eingebaut ist.
Mit Bezug auf die Figur bedeutet 10 eine Antenne, 11 bedeutet einen Duplexer, welcher die Übertragungs- und Empfangssignale trennt, 12 bedeutet eine HF Eingangsstufe der Empfangsseite und ist beispielsweise durch eine Vielzahl von Stufen von rauscharmen Verstärkern und BPFs (BPF: Band Pass Filters) aufgebaut, 13 bedeutet einen Mischerschaltkreis der Empfangsseite, 14 bedeutet eine HF Ausgangsstufe der Übertragungsseite, welche durch ein HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Erfindung aufgebaut ist, 15 bedeutet einen Mischerschaltkreis der Übertragungsseite, 16 bedeutet einen Verteiler, 17 bedeutet einen VCO (Voltage-Controlled Oscillator: VCO), und 18 bedeutet ein PLL (Phase-Locked Loop: PLL)-Schaltkreis. Gemäß der Erfindung ist das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement, welches die HF Ausgangsstufe 14 aufbaut, als eine einzige integrierte Komponente ausgebildet.
2 ist ein Blockschaltbild und zeigt die Schaltkreiskonfiguration für ein Beispiel des integrierten HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß 1. Diese Schaltkreiskonfiguration entspricht einem HF Ausgangsignalmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement einer Ausführungsform gemäß 10.
Mit Bezug auf die Figur bedeutet 20 ein Isolatorelement, in welchem ein Ausgangsanschluss an den Duplexer 11 angeschlossen werden muss (1), 21 bedeutet einen Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, welcher mit einem Eingangsanschluss des Isolatorelements 20 verbunden ist, 22 bedeutet einen HF Leistungsverstärkerschaltkreis, welcher mit dem Eingangsanschluss des Isolatorelements 20 über den Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz 21 angeschlossen ist, 23 bedeutet einen Schaltkreis zur Anpassung der Eingangsimpedanz, welcher an den Eingangsanschluss des Schaltkreises 22 des HF Leistungsverstärkers angeschlossen ist, 24 bedeutet ein BPF, welches aus einem SAW-Element aufgebaut ist, welches mit dem Eingangsanschluss des Schaltkreises 22 des HF Leistungsverstärkers über den Schaltkreis 23 zur Anpassung der Eingangsimpedanz verbunden ist und 25 bedeutet eine Rückkopplungsschleife, welche von dem Schaltkreis 21 für die Ausgangsimpedanzanpassung abgezweigt und mit dem Schaltkreis 22 des HF Leistungsverstärkers verbunden ist, um den Ausgang des Schaltkreises 22 des HF Leistungsverstärkers zu steuern.
Das Isolatorelement 22 ist ein irreversibles richtungsmäßiges Element, in welchem die Übertragungseigenschaften gemäß der Übertragungsrichtung geändert werden, wenn ein HF Signal durch einen Ferritblock geführt wird, auf welchen ein DC-statisches Magnetfeld angewandt wird. Um den Einfluss aufgrund von Änderungen der Lastbedingungen des Schaltkreises 22 des HF Leistungsverstärkers zu verringern, ist das Isolatorelement 22 zwischen dem Schaltkreis 22 des HF Leistungsverstärkers und dem Duplexer 11 auf der Antennenseite eingesetzt und zwischen diesen verbunden. Um die Impedanzen des Schaltkreises 22 des HF Leistungsverstärkers und des Isolatorelements 20 aneinander anzupassen, ist der Schaltkreis 21 zur Impedanzanpassung zwischen dieselben eingefügt und verbunden.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch den Aufbau eines HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und 4A ist eine perspektivische Ansicht und zeigt das Erscheinungsbild des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Ausführungsform der 3 und 4B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B der 4A.
Mit Bezug auf die Figuren bedeutet 30 ein einziges dielektrisches vielschichtiges Substrat, 31 bedeutet einen Leistungsverstärker-MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit: MMIC)-Baustein, welcher auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 angebracht ist und welcher die Hauptteile des Schaltkreises des HF Leistungsverstärkers aufbaut, 32 bedeutet Abstandselemente für Wärmestrahlung für den Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 31, 33 bedeutet Bausteinkomponenten, welche ähnlich auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 angebracht sind, 34 bedeutet einen Zwischenverbindungsleiter, welcher in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 ausgebildet ist, und welcher für den Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers verwendet wird, 35 bedeutet eine Eingangsanschlusselektrode des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement, 36 bedeutet eine Ausgangsanschlusselektrode des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement und welcher mit einem Ausgang 39b des Isolatorelements verbunden ist, 37 bedeutet ein kreisförmiges Durchgangsloch des dielektrischen vielschichtigen Substrats 30, 38 bedeutet einen kreisförmigen Ferritblock für das Isolatorelement, welcher einsetzbar in dem Durchgangsloch 37 angeordnet ist, 39 bedeutet einen mittigen Leiter für das Isolatorelement, welcher um den Ferritblock 38 gewickelt ist, 40 bedeutet einen kreisförmigen Permanentmagneten für das Isolatorelement, 41 bedeutet ein Metallgehäuse, welches aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet ist und in welchem eine Vielzahl von Fenstern 41a derart ausgebildet sind, dass das Gehäuse nicht in Kontakt mit den Anschlusselektroden ist, 42 bedeutet ein Deckelelement, welches ähnlich ausgebildet ist durch ein weiches magnetisches Material, und welches mit dem Metallgehäuseelement 41 zusammenwirkt, um das gesamte HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement zu bedecken, 43 bedeutet einen Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, welcher durch Elektroden, ein Dielektrikum, und Leistungsmuster ausgebildet ist, welche in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 ausgebildet sind und welcher die Impedanzen des Leistungsverstärker-MMIC-Bausteins 31 und des Isolatorelements zueinander anpasst und welcher einen Abzweiganschluss zu einer Rückkopplungsschleife aufweist, welche zu dem Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 31 geführt wird, 44 bedeutet eine Ausgangselektrode des Schaltkreises für die Anpassung der Ausgangsimpedanz 43 und welche mit dem Eingangsanschluss 39a des Isolatorelements verbunden ist, 45 bedeutet eine Elektrode, welche über einen Abschlusswiderstand 46 mit Masse verbunden ist und 47 bis 49 bedeuten Masseanschlusselektroden.
5A und 5B sind Blockschaltbilder und verdeutlichen den Aufbau der Ausführungsform, insbesondere den Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz und die Rückkopplungsschleife.
Mit Bezug auf 5A bedeutet 50 einen Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers, welcher durch einen Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 31 aufgebaut ist, 51 bedeutet ein Isolatorelement, 52 bedeutet einen Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz (43 in der 4B), 52a bedeutet einen Eingangsanschluss (mit einer Impedanz von 10 Ω) des Schaltkreises 52 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, 52b bedeutet einen Ausgangsanschluss (mit einer Impedanz von 50 Ω) des Schaltkreises 52 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, 52c bedeutet einen Rückkopplungsanschluss des Schaltkreises 52 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, und 53 bedeutet eine Rückkopplungsschleife, welche von dem Rückkopplungsanschluss 52c zu dem Schaltkreis 50 des HF Leistungsverstärkers zurückläuft.
Wie in der 5A gezeigt, ist der Schaltkreis 52 (43) zur Anpassung der Ausgangsimpedanz durch einen Richtungskoppler (Koppelschaltkreis) aufgebaut, welcher aus den Induktionen L1 und L2, den Kondensatoren C1 und C2 und einem Lastwiderstand R besteht. Der Rückkopplungsanschluss 52c ist innerhalb des Schaltkreises 52 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz angeordnet und an der Verzweigung des Kondensators C2 und der Induktion L2. Die Rückkopplungsschleife 53 wird von dem Anschluss abgezweigt und darauffolgend mit dem Schaltkreis 50 zur HF Leistungsverstärkung verbunden.
Zusätzlich kann gemäß 5B der Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz durch eine Induktion L1 und die Kondensatoren C1 und C2 aufgebaut sein. Der Rückkopplungsanschluss 52c ist an der Verzweigung des Kondensators C1 und der Induktion L1 über einen Kondensator C3 angeordnet. Die Rückkopplungsschleife 53 ist abgezweigt und daraufhin mit dem Schaltkreis 50 des HF Leistungsverstärkers verbunden.
Gemäß 4B sind die Induktionen L1 und L2 durch interne Elektroden aufgebaut, welche in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 ausgebildet sind, um parallel zu verlängern, und die Kondensatoren C1 und C2 zeigen äquivalent Kapazitäten an, welche zwischen den internen Elektroden verteilt sind. Ein Ende (das rechte Ende in 4B) der Induktion L2 ist über ein Durchgangsloch (nicht gezeigt) mit einem Steuereingangsanschluss des Leistungsverstärker-MMIC-Bausteins 31 verbunden. Das andere Ende (das linke Ende in 4B) der Induktion L2 ist über ein Durchgangsloch (nicht gezeigt) mit einem Ende eines Lastwiderstandes R verbunden, welcher durch Bausteinkomponenten 33 aufgebaut ist, welche auf der Oberfläche des dielektrischen vielschichtigen Substrats 30 angebracht sind. Das andere Ende der Last R ist mit Masse verbunden.
Um eine Leistung zu überwachen, wird üblicherweise ein Kopplerschaltkreis verwendet. Bei einem Kopplerschaltkreis wird in Bezug auf eine sich in der Richtung A ausbreitende Welle, wie in 5 gezeigt, ein Rückkopplungspegel erreicht, welcher beispielsweise gleich –20dB der Energie der sich ausbreitenden Welle ist. Das Signal wird von einer Diode oder Ähnlichem detektiert, um ein Signal mit einem DC-Pegel zu erhalten, wobei der Ausgang des Schaltkreises des Leistungsverstärkers überwacht werden kann. Im Gegensatz dazu wird in Bezug auf eine reflektierte Welle B, der Rückkopplungspegel nahezu durch die Last R aufgebraucht und es erscheint wenig Signal an dem Rückkopplungsanschluss 52c. In dem Fall, in welchem ein Isolatorelement verwendet wird, ist diese Kopplerfunktion nicht notwendig, weil eine reflektierte Welle kaum besteht. Wenn, mit anderen Worten, bisher bekannt ist, dass fast nur die sich ausbreitende Welle besteht, wird die Rückkopplung von dem Eingangsanschluss des Isolatorelements, durch den Durchlauf durch einen Kondensator, wie in 5B gezeigt, ermöglicht.
In der Ausführungsform ist die Impedanzumsetzung zwischen dem Ausgang des Schaltkreises des Leistungsverstärkers und dem Eingang des Isolatorelements immer notwendig. Daher sind die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Koppelschaltkreises so ausgelegt, dass diese jeweils zu der Ausgangsimpedanz des Schaltkreises des Leistungsverstärkers und der Eingangsimpedanz des Isolatorelements angepasst sind, so dass der Koppelschaltkreis als ein Schaltkreis zur Impedanzumsetzung verwendet werden kann und ebenso als ein Schaltkreis zur Überwachung des Ausgangs für den Schaltkreis des Leistungsverstärkers.
Im Gegensatz dazu ist in der Ausführungsform der Abzweigabschnitt der Rückkopplungsschleife in dem Schaltkreis zur Impedanzanpassung angeordnet, wobei die Struktur der Rückkopplungsschleife vereinfacht werden kann. Hierdurch kann die HF Ausgangsstufe weiterhin miniaturisiert werden.
Bei dem Isolatorelement ist der Eingang 39a, der Ausgang 39b und ein Dummyanschluss 39c auf der Oberseite des Ferritblocks 38 angeordnet. Diese Anschlüsse sind in einer im Wesentlichen gleichen Ebene mit der Ausgangsanschlusselektrode 36, der Ausgangselektrode 44 und der Elektrode 45 verbunden, welche auf der unteren Seite des dielektrischen vielschichtigen Substrats 30 jeweils angeordnet sind.
Der Ferritblock 38 mit dem mittigen Leiter 39 ist einsetzbar in dem Durchgangsloch 37 des dielektrischen vielschichtigen Substrats 30 angeordnet. Auf diese Weise ist der Ferritblock 38 nicht auf dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 angebracht, sondern in das Durchgangsloch 37 eingepasst. Daher ist es möglich zu verhindern, dass die gesamte Höhe des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement vergrößert wird. Insbesondere kann das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement weiterhin dünner gemacht wer den. Da der Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 31 mit dem Eingangsanschluss 39a des Isolatorelements über den Schaltkreis zur Ausgangsimpedanzanpassung 43 verbunden ist, welcher durch Elektroden, das Dielektrikum, und die Leitermuster konfiguriert ist, welche in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 30 ausgebildet sind, ist die HF Ausgangsstufe, welche hauptsächlich aus dem Schaltkreis des HF Ausgangsverstärkers, dem Schaltkreis zur Ausgangsimpedanzanpassung, dem Isolatorelement, und Ähnlichem aufgebaut ist, in das einzige dielektrische vielschichtige Substrat 30 integriert. Daher kann die Einrichtung stark miniaturisiert werden. Es ist selbstverständlich, dass die Verwendung einer derartigen integrierten HF Ausgangsstufe die Anzahl der Komponenten der Kommunikationsvorrichtung vermindern kann.
Bei dem HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Ausführungsform ist beispielsweise die Montagefläche ungefähr 40 mm², und die Montagehöhe ist maximal 2 mm.
Wenn das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Ausführungsform verwendet wird, kann daher die Montagefläche der gesamten HF Ausgangsstufe verringert werden, der Aufwand für die Auslegung einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation kann verringert werden, und die Schwankung der Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung kann auf ein Minimum gedrückt werden.
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch die Struktur des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement einer anderen Ausführungsform der Erfindung. 7A ist eine perspektivische Ansicht und zeigt das Aussehen des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Ausführungsform der 6, und 7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B der 7A.
Mit Bezug auf die Figuren bedeutet 60 ein einziges, dielektrisches, vielschichtiges Substrat, 61 bedeutet einen Leistungsverstärker-MMIC-Baustein, welcher auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 angebracht ist und welcher die Hauptabschnitte des Schaltkreises des HF Leistungsverstärkers aufbaut, 62 bedeutet Abstandselemente für Wärmestrahlung für den Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 61, 63 bedeutet Baustein komponenten, welche in ähnlicher Weise auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 angebracht sind, 64 bedeutet einen Verbindungsleiter, welcher in dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 ausgebildet ist, und welcher für den Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers verwendet wird, 65 bedeutet eine Eingangsanschlusselektrode des HF Ausgangsignalmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolationselement, 66 bedeutet eine Ausgangsanschlusselektrode des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement und ist verbunden zu einem Ausgangsanschluss 68b des Isolatorelements, 67 bedeutet ein rechtwinkliges Durchgangsloch des dielektrischen, vielschichtigen Substrats 60, 68 bedeutet einen rechtwinkligen Ferritblock für das Isolatorelement, welcher einsetzbar in dem Durchgangsloch 67 angeordnet ist, und in welchem ein mittiger Leiter ausgebildet ist, 70 bedeutet einen rechtwinkligen permanenten Magneten für das Isolatorelement, 71 bedeutet eine Metallgehäuseeinheit, welche durch weiches magnetisches Material ausgebildet ist, und in welcher eine Vielzahl von Fenster 71a so ausgebildet sind, dass die Einheit nicht in Kontakt mit den Anschlusselektroden ist, 72 bedeutet eine Deckeleinheit, welche ähnlich ausgebildet ist durch ein weiches magnetisches Material, und welche mit der Metallgehäuseeinheit 71 zusammenwirkt, um das gesamte HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement abzudecken, 73 bedeutet einen Schaltkreis für Ausgangsimpedanzanpassung und einen APC-Schaltkreis, welche durch Elektroden, ein Dielektrikum, und Leitungsmuster ausgebildet sind, welche in dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 ausgebildet sind, und welche die Impedanzen des Leistungsverstärker-MMIC-Bausteins 61 und des Isolatorelements zueinander anpassen, 74 bedeutet, eine Ausgangselektrode des Schaltkreises 73 für Anpassung der Ausgangsimpedanz und welche mit dem Eingangsanschluss 68a des Isolatorelements verbunden ist, 75 bedeutet eine Elektrode, welche über einen Abschlusswiderstand 76 mit Masse verbunden ist und 77 bis 79 bedeuten Masseanschlusselektroden.
In der Ausführungsform sind die Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen des Schaltkreises für die Anpassung der Ausgangsimpedanz und der Rückkopplungsschleife identisch mit denjenigen der Ausführungsform der 3.
Bei dem Isolatorelement sind der Eingangsanschluss 68a, der Ausgangsanschluss 68b und ein nicht belegter Anschluss 68c auf der oberen und seitlichen Fläche des Ferritblocks 68 angeordnet. Diese Anschlüsse sind mit einer Ausgangsanschlusselektrode 66', der Ausgangselektrode 74 und der Elektrode 75 verbunden, welche auf der Oberseite des dielektrischen, vielschichtigen Substrats 30 und an der Innenfläche des Durchgangslochs 67 jeweils angeordnet. Eine Masseelektrode 68d ist im Wesentlichen auf der gesamten Unterseite des Ferritblocks 68 ausgebildet.
8 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm des Isolatorelements der Ausführungsform der 6, und 9 ist eine Ansicht, welche die Einstellung eines Kondensators verdeutlicht, welcher mit dem Eingangsanschluss des Isolatorelements in der Ausführungsform der 6 verbunden ist, und in welcher 9A eine Draufsicht und 9B eine Schnittansicht ist.
In der Ausführungsform ist die Fläche von einer der Oberflächenelektroden 74, 75 und 66' durch Einstellung angepasst, so dass der Wert des Kondensators C74, C75 oder C66', welche in 8 gezeigt sind, angepasst werden kann.
Nachfolgend wird ein Fall, in welchem die Oberflächenelektrode 74 eingestellt wird, welche mit dem Eingangsanschluss 68a des Isolatorelements verbunden werden soll, mit Bezug auf 9 beschrieben.
Gemäß 9A und 9B ist der Eingangsanschluss 68a des Isolatorelements elektrisch durch Lötstellen 80 mit der Oberflächenelektrode 74 des dielektrischen, vielschichtigen Substrats 60 verbunden. Bei dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 sind interne Elektroden 81 und 82 unterhalb der Oberflächenelektrode 74 ausgebildet, und die Summe der Kapazitäten zwischen der Oberflächenelektrode 74 und der internen Elektrode 81 und diejenige zwischen der internen Elektrode 81 und 82 sind gleich dem Wert des Kondensators C74. Eine Masseelektrode 83 ist mit den Masseanschlusselektroden 77 bis 79 auf der Unterseite des dielektrischen, vielschichtigen Substrats 60 verbunden.
Gemäß 9A wird eine funktionsmäßige Einstellung, in welcher ein Abschnitt 74a der Oberflächenelektrode 74 abgetrennt wird, während die Eigenschaften des Isolatorelements überwacht werden, wie etwa eine Lasereinstellung durchgeführt, in welcher das Entfernen durch einen Laser vorgenommen wird, wobei die Kapazität des Kondensators C74, welcher mit dem Eingangsanschluss des Isolatorelements verbunden ist, geändert werden kann. Nachdem das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement zusammengebaut wird, können die Frequenzeigenschaften des Isolatorelements daher sehr einfach durch funktionelle Einstellung angepasst werden.
Der Ferritblock 68, welcher den mittigen Leiter beinhaltet wird einsetzbar in dem Durchgangsloch 66 des dielektrischen, vielschichtigen Substrats 60 angeordnet. Auf diese Weise ist der Ferritblock 68 nicht auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 angebracht, sondern ist in das Durchgangsloch 66 eingepasst. Daher ist es möglich, zu vermeiden, dass die gesamte Höhe des HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement sich vergrößert. Das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement kann nämlich weiterhin dünner gestaltet werden. Da der Leistungsverstärker-MMIC-Baustein 61 mit dem Eingangsanschluss 68 des Isolatorelements über den Schaltkreis 73 zur Ausgangsimpedanzanpassung verbunden ist, welcher durch die Elektroden, das Dielektrikum und die Leitungsmuster aufgebaut wird, welche in dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat 60 ausgebildet sind, ist die HF Ausgangsstufe, welche hauptsächlich durch den Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers, den Schaltkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz, dem Isolatorelement und Ähnlichem aufgebaut ist, in das einzige dielektrische vielschichtige Substrat 60 integriert. Daher kann die Einrichtung weitgehend miniaturisiert werden. Selbstverständlich kann die Verwendung einer derartigen integrierten HF Ausgangsstufe die Anzahl der Komponenten einer Kommunikationsvorrichtung vermindern.
Für das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Ausführungsform beträgt beispielsweise die Montagefläche ungefähr 40 mm² und die Montagehöhe ist höchstens 2 mm.
Wenn das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement der Ausführungsform verwendet wird, kann daher die Montagefläche der gesamten HF Ausgangsstufe verringert werden, der Aufwand für die Auslegung einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation, reduziert werden und Schwankungen der Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung kann auf ein Minimum gedrückt werden.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt schematisch den Aufbau eines HF Signalausgangsmoduls mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform ist ein BPF integral auf dem HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement angebracht. Das BPF ist durch ein SAW-Element 100 aufgebaut, welches mit dem Eingang des Leistungsverstärker-MMIC-Bausteins 61 in der Ausführungsform der 6 verbunden ist über einen Schaltkreis zur Anpassung der Eingangsimpedanz, welcher in 10 nicht gezeigt ist. Wenngleich nicht gezeigt, ist der Schaltkreis zur Anpassung der Eingangsimpedanz beispielsweise durch einen π-Schaltkreis von C-L-C oder L-C-L aufgebaut und durch Leiter und ein Dielektrikum in dem dielektrischen vielschichtigen Substrat 60 ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, weist das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Ausführungsform eine Schaltkreiskonfiguration, wie in 2 gezeigt, auf.
Der übrige Aufbau der Ausführungsform ist exakt identisch mit derjenigen der Ausführungsform der 6. In 10 sind daher Komponenten, welche mit denjenigen der 6 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ebenso ist Funktion und Wirkung der Ausführungsform identisch mit denjenigen der Ausführungsform der 6.
Wirkungen der Erfindung
Wie vorstehend eingehend beschrieben, sind gemäß der Erfindung der Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers, das Isolatorelement, der Schaltkreis für die Impedanzanpassung, und die Rückkopplungsschleife integral auf einem dielektrischen, vielschichtigen Substrat angebracht, und die Rückkopplungsschleife wird von dem Schaltkreis zur Anpassung der Impedanz abgezweigt und mit dem Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers verbunden. Da die HF Ausgangsstufe auf diese Weise mit dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat integriert ist, kann die HF Ausgangsstufe in Baugröße und Dicke stark reduziert werden. Diese Integration kann die Anzahl der Komponenten verringern. Da der Abzweigabschnitt der Rückkopplungsschleife in dem Schaltkreis zur Anpassung der Impedanz angeordnet ist, kann weiterhin die Struktur der Rückkopplungsschleife vereinfacht werden. Im Ergebnis kann die HF Ausgangsstufe weiter miniaturisiert werden.
Wenn das HF Signalausgangsmodul mit einem Leistungsverstärker und einem Isolatorelement gemäß der Erfindung verwendet wird, ist es möglich, die folgenden Wirkungen zu erzielen: (1) die Montagefläche der gesamten HF Ausgangsstufe kann verringert werden; (2) der Entwurfsingenieur einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon oder einer mobilen Kommunikationsstation, ist nicht darauf angewiesen, individuell gelieferte Komponenten, wie etwa einen Schaltkreis des HF Leistungsverstärkers und ein Isolatorelement, einzeln zu erhalten und einen Schaltkreis zur Anpassung der Impedanz für die Verbindung der Komponenten auszulegen, und daher kann der Aufwand für die Auslegung der Kommunikationsvorrichtung verringert werden; und (3) Änderungen in der Leistungsfähigkeit der gesamten Kommunikationsvorrichtung können auf ein minimales Ausmaß gedrückt werden.

Claims

Ein HF-Signalausgangsmodul, umfassend: einen HF-Leistungsverstärkerschaltkreis (22); ein Isolatorelement (20); einen Schaltkreis (21) zur Impedanzanpassung, welcher eingesetzt und verbunden ist zwischen dem HF-Leistungsverstärkerschaltkreis und dem Isolatorelement; und eine Rückkopplungsschleife (25), welche von dem Schaltkreis zur Impedanzanpassung abgezweigt und mit dem HF-Leistungsverstärkerschaltkreis verbunden ist zur Steuerung einer Verstärkung des HF-Leistungsverstärkerschaltkreises, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul weiterhin umfasst: ein dielektrisches, vielschichtiges Substrat (30), wobei der HF-Leistungsverstärkerschaltkreis, das Isolatorelement, der Schaltkreis zur Impedanzanpassung, und die Rückkopplungsschleife integral auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat angebracht sind, und dadurch, dass der Schaltkreis zur Impedanzanpassung ausgebildet ist durch eine Einrichtung zur direktionalen Kopplung, welche einen Rückkopplungsanschluss aufweist, welcher mit der Rückkopplungsschleife verbunden ist.
Das HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei der Schaltkreis (21) zur Impedanzanpassung in dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat (30) eingebaut ist.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei der Schaltkreis zur Impedanzanpassung (21) in und auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat (30) ausgebildet ist.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil eines Kondensators (C74), welcher mit mindestens einem Anschluss des Isolatorelements (68) verbunden ist, durch eine interne Elektrode (81), welche in dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat (60) ausgebildet ist, und eine Oberflächenelektrode (74) aufgebaut ist, welche auf einer Oberfläche des dielektrischen, vielschichtigen Substrats ausgebildet ist, so dass dieselbe der internen Elektrode gegenüberliegt, wobei die Oberflächenelektrode einstellbar ist.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei Hauptabschnitte des Isolatorelements integral einsetzbar in einem Montageabschnitt angeordnet sind, welcher durch Entfernen eines Teils des dielektrischen, vielschichtigen Substrats ausgebildet ist.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 5, wobei der Montageabschnitt ein Durchgangsloch (37) des dielektrischen, vielschichtigen Substrats ist.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei der HF-Leistungsverstärkerschaltkreis und das Isolatorelement durch einen gemeinsamen Abschirmkasten (42) abgedeckt sind.
Ein HF-Signalausgangsmodul gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst: ein SAW-Element (100), welches auf dem dielektrischen, vielschichtigen Substrat (60) angebracht ist, und welches mit einem Eingang des HF-Leistungsverstärkerschaltkreises (61) verbunden ist; und einen Anpassschaltkreis, welcher in das dielektrische, vielschichtige Substrat eingebaut ist, und welcher eine Ausgangsimpedanz des SAW-Elements an eine Eingangsimpedanz des HF-Leistungsverstärkerschaltkreises anpasst.