JP2003046452A - 電子部品および設計方法 - Google Patents

電子部品および設計方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基本波を低損失で伝送できかつモジュール全
体で2倍高調波を所望の値以下に低減することが可能な
無線通信機用モジュールを実現する。 【解決手段】 少なくとも出力パワーアンプ(111)
と整合回路(121)とロウパスフィルタ(131)と
が1つの絶縁基板(10)上に搭載され各回路が上記順
序で接続されてなる携帯電話機などの無線通信機用のフ
ロントエンド・モジュールにおいて、整合回路とロウパ
スフィルタとの接続点から整合回路側とロウパスフィル
タ側をそれぞれ見たときの2倍高調波のインピーダンス
の位相関係を180°±90°の範囲内に設定するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信機におけ
る送信信号の基本波を低損失で伝送しかつ高調波を所定
のレベル以下に低減させる技術に関し、例えばマルチバ
ンド方式の携帯電話機を構成するフロントエンド・モジ
ュールに利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機に内蔵されるシステムは、マ
イクロコンピュータやメモリ、信号の変復調を行なう高
周波回路などのLSIと、セラミックのような絶縁基板
にトランジスタ素子や容量素子、インダクタンス素子な
どの複数のICを搭載したモジュールと呼ばれる電子部
品とが、プリント基板上に実装されて構成されており、
実装密度を高めるために電子部品の点数を減らす努力が
なされている。例えば、現在、デュアルバンド方式の携
帯電話機システム用のモジュールとしては、送信用パワ
ーアンプとインピーダンス整合回路を搭載したモジュー
ルや送受信切換えスイッチ回路と分波器を搭載したモジ
ュールなどが実用化されており、フロントエンド部はこ
れらの2つのモジュールを主体として構成されている。
【0003】なお、本明細書においては、表面や内部に
プリント配線が施されたセラミック基板のような絶縁基
板に複数の電子部品が実装されて上記プリント配線やボ
ンディングワイヤで各部品が所定の役割を果たすように
結合されることであたかも一つの電子部品として扱える
ように構成されたものをモジュールと称する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】携帯電話機は小型軽量
化の要求が非常に高い。携帯電話機の小型軽量化を図る
上で、電子部品の点数を減らし基板の実装密度を高める
ことが重要である。そこで、本発明者らは、従来は別の
部品とされていた上記2つのモジュールを一体化して1
つのモジュールとすることについて検討した。
【0005】ところで、携帯電話機のシステムにおいて
は、送受信用のアンテナ端子のインピーダンスは50Ω
と規定されているが、送信用パワーアンプの出力インピ
ーダンスは50Ωよりもずっと低いため、送信用パワー
アンプとアンテナ端子との間にインピーダンス整合回路
(以下、単に整合回路と呼ぶ)が設けられる。一方、送
信用パワーアンプからアンテナ端子までの伝送路におい
ては、基本波の伝送損失が小さくかつ基本波周波数の整
数倍の周波数の高調波を充分に低減できることが要求さ
れる。
【0006】従来、携帯電話機の送信系における高調波
を低減する技術として、例えば特開平11−23406
2号に開示されているように、出力パワーアンプと整合
回路との間に、インダクタンス素子と容量素子とを並列
に接続した共振回路を設け、該共振回路の共振点を高調
波の周波数と一致させることで、高調波成分を減衰させ
るようにした発明がある。また、高調波成分を減衰させ
るロウパスフィルタを、整合回路の後段すなわち整合回
路と送受信切換え回路との間に設ける技術もある。
【0007】ここで、整合回路への高調波成分の飛び込
みなどを考慮すると、高調波成分を低減させるには、ロ
ウパスフィルタを整合回路の後段に設ける方が望ましい
といえる。そこで、本発明者らは、出力パワーアンプと
整合回路とロウパスフィルタと送受信切換え回路とを1
モジュール化するに当たり、整合回路の後段に共振回路
を含むロウパスフィルタを設ける方式を採用することと
し、それについて検討を行なった。なお、出力パワーア
ンプで発生する基本波の高次高調波は、2倍高調波が最
も大きく3倍高調波、4倍高調波……となるほどレベル
が低くなる。従って、高調波の遮断には2倍高調波を低
減することが最も重要である。
【0008】例えば、GSM(Global System for Mobi
le Communication)とDCS(Digital Cellular Syste
m)のデュアルバンド携帯電話機においては、900M
Hzを基本波とするGSM送信時に、1760〜180
4MHzの帯域での2倍高調波レベルが−30dBm以
下、また1805〜1830MHzの帯域での2倍高調
波レベルが−36dBm以下であることが規格によって
定められている。特に、DCSの基本波周波数は1.8
GHzであるため、GSM送信側からDCS受信側への
ノイズの飛込みを防止するため上記のように1800M
Hz近傍での条件が厳しくされている。
【0009】図3(a)には、インダクタンス素子L0
と容量素子C0とからなる共振回路を含み低損失で信号
を伝送可能なロウパスフィルタの一般的な回路例を示
す。容量素子C1,C2は、インピーダンスを整合させ
て低損失で信号を伝送させるためのものである。かかる
共振回路を含むロウパスフィルタを用いてその共振点を
基本波の2倍高調波の周波数に一致させることにより、
2倍高調波を充分に低減することができ、実際にモジュ
ールに組み込んだ場合にもロウパスフィルタそれ自身は
2倍高調波を所望の値(例えば−30dB)以下に減衰
できることが分かった。ところが、出力パワーアンプと
整合回路とロウパスフィルタと送受信切換え回路とを組
み込んだモジュール全体としては、2倍高調波を−30
dBm下に低減できないことが明らかになった。
【0010】この発明の目的は、少なくとも出力パワー
アンプと整合回路とロウパスフィルタとを含む無線通信
機用のモジュールであって、整合回路の後段に共振回路
からなるロウパスフィルタを設けた場合に基本波を低損
失で伝送できかつモジュール全体で2倍高調波を所望の
レベル以下に低減することが可能な無線通信機用のモジ
ュールを提供することにある。
【0011】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面
から明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、少なくとも出力パワーアンプと
整合回路とロウパスフィルタとが1つの絶縁基板上に搭
載して各回路を上記順序で接続してなる携帯電話機など
の無線通信機用のフロントエンド・モジュールにおい
て、整合回路とロウパスフィルタとの接続点から整合回
路側とロウパスフィルタ側をそれぞれ見たときの2倍高
調波のインピーダンスの位相関係を180°±90°の
範囲内に設定するようにしたものである。
【0013】上記した手段によれば、ロウパスフィルタ
により2倍高調波のインピーダンスの位相が整合しない
位置に回転される(変える)ため、基本波の伝送損失の
低下を抑えつつ、整合回路とロウパスフィルタとの間に
所望の長さの伝送線路を挿入することなく基本波の2倍
高調波成分を所望の値以下に低減させることができるよ
うになる。
【0014】ここで、フロントエンド・モジュールは、
出力パワーアンプと整合回路とロウパスフィルタ以外
に、送信信号と受信信号の切換えを行なう送受信切換え
回路や、複数の周波数帯の受信信号の分波を行なう分波
回路等を搭載したものであってもよい。
【0015】また、上記ロウパスフィルタとしては、イ
ンダクタンス素子と容量素子とを並列に接続した共振回
路と該共振回路の入力点および出力点と定電位点との間
に接続されるべき基本波の低損失化とインピーダンス整
合を図るための容量素子とからなり、出力点側の容量素
子のみ有し入力点側の容量素子を持たないようにしたロ
ウパスフィルタを用いるのが望ましい。
【0016】また、上記整合回路は、容量素子とインダ
クタンス素子とが並列に接続されてなる共振回路を含ん
だ構成にすると良い。これにより、整合回路内で2倍高
調波成分を減衰させ、さらにロウパスフィルタで2倍高
調波成分を減衰させることで、一層低レベルに抑えるこ
とができる。
【0017】さらに、少なくとも出力パワーアンプと整
合回路とロウパスフィルタとが1つの絶縁基板上に搭載
され各回路が上記順序で接続されてなる上記モジュール
を設計するに当たっては、上記整合回路と上記ロウパス
フィルタとの接続点から上記ロウパスフィルタ側を見た
ときの2倍高調波のインピーダンスの位相を、上記接続
点から上記整合回路側を見たときの2倍高調波のインピ
ーダンスの位相に対して、180°±X(Xは90°以
内)の範囲内に設定し、上記Xは規格値に所定のマージ
ン量を加えた値に基づいて決定するようにするのが望ま
しい。
【0018】これにより、2倍高調波の減衰量がそれほ
ど大きくないフィルタ回路を用いても全体としての2倍
高調波の減衰量が大きなモジュールを得ることができ、
設計が容易となり、製造プロセスの条件も緩やかにな
る。つまり、フィルタのみで所望の減衰量を得ようとす
ると、そのような特性を有するフィルタを設計する設計
者の負担が大きくなったり製造プロセスの条件が厳しく
なったりするが、フィルタで位相を回すことで2倍高調
波をさらに減衰させることができるので、フィルタの設
計が容易となり、製造プロセスの条件も緩やかにでき
る。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。本発明者らは、出力パワーアン
プと整合回路とロウパスフィルタと送受信切換え回路と
を1モジュール化する際の検討において、共振回路を含
むロウパスフィルタを用いた場合、ロウパスフィルタそ
れ自身は2倍高調波を所望のレベル以下に減衰できるが
モジュール全体としては2倍高調波を所望のレベル以下
に低減できないことを見出した。
【0020】そして、その理由は、当初、出力パワーア
ンプから送受信切換え回路側への空中伝播による高調波
の飛び込みが原因であると考えて、図6のように、整合
回路を含むパワーアンプHPAとロウパスフィルタを含
むアンテナ切換えスイッチANTSWとの間に所望の長
さの伝送線路(50Ωセミリジッドケーブル(semi rigi
d cable):以下、ケーブルと称する)Lを挿入するとと
もにその長さを変えて、図6の系全体での2倍高調波の
レベルを測定してみた。
【0021】その結果を図7に示す。この図7から、2
倍高調波のレベルはケーブルの長さに応じて変わるもの
の比例関係にはなく、ある周期性をもって変化している
ことに気がついた。このことから、ケーブルの挿入によ
る2倍高調波の低減効果は、2倍高調波の空中伝播では
なく出力パワーアンプと送受信切換え回路との間のある
位相関係が影響しているのではないかと考えるに至っ
た。そこで、ケーブルの長さと位相関係および周期性を
定量化するため、ケーブルの長さの変化量を2倍波イン
ピーダンスの位相変化量に換算してみた。
【0022】具体的には、整合回路とケーブルとの接続
点からケーブル側を見た時の2倍波インピーダンスZAN
Tを測定することによりケーブルの長さと2倍波インピ
ーダンスの相対的な位相関係を調べた。その結果を図8
に示す。図8より、ケーブルの長さと2倍波インピーダ
ンスの相対位相との間には明らかに相関があることが分
かる。これに基づいて、ケーブルの長さを変化させた場
合の上記2倍波インピーダンスZANTと2倍高調波のレ
ベルを、周波数1830MHzの信号について調べた。
その結果を図9および図10に示す。
【0023】図9は各2倍波インピーダンスZANTを、
スミスチャートにおいてショート点(Z=0)を基準点
(位相0)として時計回りに位相を回してプロットした
もの、図10は図9の各点〜の基準点「0」からの
相対的な位相と2倍高調波レベルとの関係を表わしたも
のである。なお、図9および図10において、はケー
ブルの始端側のコネクタにおいて生じる位相回り、は
ケーブルの終端側のコネクタにおいて生じる位相回りで
ある。図10より、2倍高調波レベルは2倍波インピー
ダンスの相対位相に対して周期的に変化していることが
分かる。
【0024】GSMとDCSのデュアルバンド方式の規
格では前述のように1805〜1830MHzの帯域で
の2倍波レベルが−36dBm以下であることが定めら
れている。従って、図10よりとを除く〜およ
び〜の点で規格を満足している。さらに、約10%
のマージンを考慮して、「2倍波レベル−40dBm以
下」を条件にすると、と〜の位相において条件を
満足し、と〜の位相において条件を満足していな
いことが分かる。これを図9において示すと、破線Aで
囲まれた領域にある位相が条件を満たさないものであ
る。
【0025】次に、整合回路とケーブルとの接続点から
整合回路側を見たときの2倍波インピーダンスZHPAの
位相を求めたところ約200°であった。これを図10
に示すと、符号a1,a2のような位相位置になる。こ
れより、整合回路とケーブルとの接続点からケーブル側
を見たときの2倍波インピーダンスZANTの位相と、整
合回路側を見たときの2倍波インピーダンスZHPAの位
相とが一致する位置で2倍高調波レベルが最も大きくな
り、逆に両者の位相関係が180°ずれた位置でレベル
が最も小さくなることが分かる。
【0026】一方、整合回路とケーブルとの接続点から
整合回路側を見たときの2倍波インピーダンスZHPA
を、上記各点〜とともにスミスチャート上にプロッ
トすると、図11に▲印で示すような位置になる。そし
て、この点を基準とすると上記各位相のうち上記「2倍
波レベル−40dBm以下」の条件を満たすものは、Z
HPAの位相から90°〜180°の範囲に包含されるこ
とが分かった。
【0027】ここで、前述のように、ZHPAの位相から
180°ずれた位置で2倍波レベルが最も良くなること
から考えると、図11にはプロットされているものはな
いが、180°〜270°の範囲の位相でも「2倍波レ
ベル−40dBm以下」の条件を満たすことが推測でき
る。つまり、ZHPAの位相から180°±90°の範囲
に入るような2倍波インピーダンスZANTとなるように
ケーブルの長さを決定してやれば、条件を満たすことが
できる。
【0028】なお、180°±90°の範囲は2倍波レ
ベルを−40dBm以下にするための条件であり、上限
値を変えればそれに応じて範囲も変わる。例えば、マー
ジンを25%としてレベルを−45dBm以下に設定し
た場合には、図10よりとの点しか条件を満たすこ
とができないので、その場合の範囲は図11より180
°±45°であることが分かる。
【0029】ところが、比誘電率が程度のセラミック
を基板とし、それにケーブルを配置して、該ケーブルで
上記のような位相関係を満足させようと考えたところ、
上記のような位相関係を満たすためのケーブルの長さは
10数mmにも達し、出力パワーアンプと整合回路とロ
ウパスフィルタと送受信切換え回路とを1モジュール化
する際に、モジュールの小型化に対する障害になること
が分かった。そこで、ロウパスフィルタにおいて位相を
調整することを思いつき、そのようなロウパスフィルタ
の形式について検討を行なった。その結果、図3(b)
に示すようなロウパスフィルタを使用することで、基本
波を低損失で伝送できかつ2倍高調波を規格以下に低減
できるモジュールを実現できることを見出し、本発明に
至った。
【0030】なお、図3(a)に示す回路形式のロウパ
スフィルタを使用してインダクタンスと容量の定数を変
えることでも2倍波インピーダンスの位相を回転させる
ことは可能であるが、そのようにするとフィルタ本来の
2倍波に対する減衰量が劣化するので好ましくない。
【0031】図1は、GSMとDCSの2つの方式によ
る送受信が可能なデュアルバンド方式の携帯電話機に利
用して好適なフロントエンド部の一実施例を示す。図1
において、ANTは信号電波の送受信用アンテナ、10
0は本発明を適用したフロントエンド・モジュール、2
00は受信信号を中間周波数にダウンコンバートして復
調しベースバンド信号を生成したり送信信号を変調した
りする高周波処理回路、300は音声信号をベースバン
ド信号に変換したり受信信号を音声信号に変換したりす
るベースバンド回路、FLT1,FLT2は受信信号か
らノイズを除去するフィルタ、LNA1,LNA2は受
信信号を増幅するロウノイズ・アンプである。
【0032】なお、これらのうち例えばフィルタFLT
1とアンプLNA1はGSM用の回路、フィルタFLT
2とアンプLNA2はDCS用の回路とされる。高周波
処理回路200は1つあるいは数個の半導体集積回路で
構成されている。ベースバンド回路300は、DSP
(Digital Signal Processor)やマイクロプロセッサ、
半導体メモリなど複数のLSIやICで構成することが
できる。
【0033】フロントエンド・モジュール100は、高
周波処理回路200からの送信信号を増幅する出力パワ
ーアンプ111,112、インピーダンス整合回路12
1,122、高調波を減衰させるロウパスフィルタ13
1,132、送受信切替え用のスイッチ回路141,1
42、受信信号から直流成分をカットする容量151,
152、900MHz帯のGSM方式の信号と1.8G
Hz帯のDCS方式の信号の分波を行なう分波器160
などから構成され、これらの回路および素子は後述のよ
うに1つのセラミック基板上に実装されてモジュールを
構成する。
【0034】この実施例のモジュールは、送受信用アン
テナANTが接続される端子170のインピーダンスが
50Ωとなるように構成される。また、インピーダンス
整合回路121,122と高調波を減衰させるロウパス
フィルタ131,132との接続点のインピーダンスお
よびロウパスフィルタ131,132と送受信切替え用
のスイッチ回路141,142の接続点のインピーダン
スもそれぞれ50Ωとなるように設計されている。
【0035】また、特に制限されるものでないが、この
実施例においては、送受信切替え用のスイッチ回路14
1,142はベースバンド回路300から供給される切
換え制御信号CNT1,CNT2によって切換えが行な
われるように構成されている。
【0036】図2は、図1のフロントエンド・モジュー
ル100における一方の送信部(例えばGSM)の具体
的な回路構成例を示す。図2において、Tr1は出力パ
ワーアンプ111の最終段のトランジスタで、このトラ
ンジスタTr1のゲート端子に送信信号が入力され、ド
レイン端子には基本波の1/4波長の電気長を有するλ
/4伝送線路TL1を介して電源電圧Vdが印加されて
おり、λ/4伝送線路TL1とトランジスタTr1のド
レイン端子との接続ノードにインピーダンス整合回路1
21が接続されている。なお、TL1は、λ/4線路で
なく、コイルインダクタンスであっても良い。
【0037】特に制限されるものでないが、この実施例
においては、インピーダンス整合回路121は、インダ
クタンス素子と容量素子とからなる並列共振回路PR
と、伝送線路と容量素子とからなる整合手段IMと、ロ
ウパスフィルタ131側からパワーアンプ側への直流ノ
イズをカットする容量素子DCが設けられており、イン
ピーダンス整合回路121の出力ノードのインピーダン
スは50Ωになるように回路の定数が設定されている。
出力用トランジスタTr1は、図2にはMOSFETと
して示されているが、MOSFETに限定されず、バイ
ポーラトランジスタやGaAsMESFET、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ(HBT)、HEMT(high
-electron-mobility transistor)等であってもよい。
【0038】送受信切替え用のスイッチ回路141は、
入力端と出力端のインピーダンスが50Ωであり、ロウ
パスフィルタ131側から見たインピーダンスの位相を
変化させないものが望ましいが、かかる特性を有するス
イッチ回路は一般的な設計者であれば比較的容易に設計
できるとともに、従来より携帯電話機用のアンテナスイ
ッチ回路モジュールで用いられているスイッチ回路によ
って実現できるので、具体的な回路例は省略する。
【0039】分波器160は、並列共振回路および該並
列共振回路のアンテナ端子170と反対側のノードと接
地電位点との間に接続された容量素子と共振回路と送受
信切替え用のスイッチ回路141との間に設けられたD
C遮断用容量素子C11とからなるロウパスフィルタL
PFと、並列共振回路および該並列共振回路のアンテナ
端子170と反対側のノードと接地電位点との間に接続
されたインダクタンス素子と共振回路と送受信切替え用
のスイッチ回路142との間に設けられたDC遮断用容
量素子C12からなるハイパスフィルタHPFと、から
構成されている。
【0040】ロウパスフィルタ131は、インダクタン
ス素子L0と容量素子C0とからなる並列共振回路およ
び該共振回路の出力点と接地電位点との間に接続され基
本波の低損失化とインピーダンス整合を図るための容量
素子C2とから構成されている。このような形式のロウ
パスフィルタを使用することにより、2倍波インピーダ
ンスの位相を所望の位置に回転させて2倍高調波レベル
を−40dBm以下にしている。以下、このフィルタの
特性について詳しく説明する。
【0041】図3(a)に示すインダクタンス素子L0
と容量素子C0とを並列に接続した共振回路と該共振回
路の入力点および出力点と接地電位点との間に接続され
基本波の低損失化とインピーダンス整合を図るための容
量素子C1,C2からなる一般的なロウパスフィルタの
2倍波減衰特性を示すと図4(a)のようになる。ま
た、図3(a)の回路から入力端側の容量C1を省略し
た図3(b)のロウパスフィルタの2倍波減衰特性を示
すと図4(b)のようになる。図4(a)と(b)を比
較すると分かるように、いずれのフィルタもフィルタそ
れ自身は2倍高調波を同じ程度に減衰することができ
る。
【0042】一方、図3(a)と(b)のフィルタの位
相特性をスミスチャートで表わすと図5のようになる。
図5において、LPFaは図3(a)のフィルタの位相
特性を、LPFbは図3(b)のフィルタの位相特性を
それぞれ示している。また、▼印は図3(a)のフィル
タにおける2倍波(1.8GHz)インピーダンスの位
相位置を、また▽印は図3(b)のフィルタにおける2
倍波インピーダンスの位相位置を示す。
【0043】図5より、図3(b)のフィルタを使用す
れば、図3(a)のフィルタの2倍波インピーダンス位
相に対して約90°位相を回転できることが分かる。こ
れによって、2倍高調波に対してわざとフィルタ回路が
位相マッチングしないようにして、フィルタを通過する
間に2倍高調波を低減させることができる。
【0044】発明の課題の欄で説明したように、図3
(a)のような一般的なロウパスフィルタを整合回路の
後段に接続したモジュールでは2倍高調波を−30dB
m以下に低減できないが、図3(b)のフィルタを使用
した図1の実施例のモジュールでは2倍波インピーダン
スの位相を約90°回転させることで2倍高調波を−3
0dBm以下に低減させることができる。
【0045】なお、図3(a)のフィルタの基本波(9
00MHz)に対するインピーダンスの位相は、図5の
スミスチャートでは▲印で示すように中央(50Ωで損
失無しの点)に位置する。一方、図3(b)のフィルタ
の基本波に対するインピーダンスの位相は、図5のスミ
スチャートでは△印のような所に位置する。図3(a)
のフィルタも図3(b)のフィルタも、もともと基本波
に対する挿入損失は非常に小さいので、インピーダンス
の位相不整合による減衰作用は無視できる程度に低い。
【0046】ところで、図3(b)のフィルタは、低損
失化の容量C1,C2のうちC1を持たないため、図4
(a)と(b)とを比較すると明らかなように、図3
(a)のロウパスフィルタに比べると伝送損失が多少増
加する。しかし、その増加量は比較的小さいので、伝送
損失の低下があっても2倍高調波を−30dBm以下に
低減することができるという利点から、モジュールのト
ータルの性能としては本実施例のモジュールの方が高い
と考え、図3(b)の回路形式のフィルタを採用するこ
ととした。
【0047】また、2つのモジュールで構成された従来
のフロントエンド部では、2つのモジュールの配置を変
えることでモジュール間を結合する伝送線路(配線)の
長さを変えて2倍高調波を低減させていたが、モジュー
ルの配置は設計者の経験による感で決定しており、モジ
ュールの配置を正確に決定する有効な手段がないととも
に、伝送線路の長さが長くなってシステムの小型化を妨
げる原因となっていた。
【0048】これに対し、本実施例を適用することによ
りモジュールの小型化が容易になるとともに、確実に2
倍高調波を低減させることができるようになる。なお、
2モジュールで構成された従来のフロントエンド部で、
2つのモジュールの配置を変えるということは、モジュ
ール間を結合する伝送線路(配線)の長さを変えること
に相当し、伝送線路の長さを変えることによって結果と
して本実施例のフィルタ回路のようにインピーダンスの
位相を回転させていたものと考えることはできる。しか
し、従来の設計は、伝送線路(配線)の長さを変えるこ
とでインピーダンスの位相を回転させるという積極的な
意図を持って行なっていたものではなかった。仮にその
ような意図で行なっているのならば、経験によらず計算
で伝送線路の長さを決定できたはずだからである。
【0049】図12には、図1に示されている回路をモ
ジュール化したときのデバイス構造を示す。なお、図1
2は実施例のフロントエンド・モジュールの構造を正確
に表わしたものではなく、その概略が分かるように細部
を省略した構造図として表わしたものである。
【0050】図12に示されているように、本実施例の
モジュールの本体10は、アルミナなどのセラミック板
からなる複数の誘電体板11を積層して一体化した構造
にされている。各誘電体板11の表面または裏面には、
所定のパターンに形成し表面に金メッキを施した銅など
の導電体からなる導体層12が設けられている。12a
は導体層12からなる配線パターンである。また、各誘
電体板11の表裏の導体層12もしくは配線パターン同
士を接続するために、各誘電体板11にはスルーホール
と呼ばれる孔13が設けられ、この孔内には導電体が充
填されている。
【0051】図12の実施例のモジュールでは、6枚の
誘電体板11が積層されており、上から第1層目と第3
層目と第6層目の裏面側にはほぼ全面にわたって導体層
12が形成され、それぞれ接地電位GNDを供給するグ
ランド層とされている。そして、残りの各誘電体板11
の表裏面の導体層12は、伝送線路等を構成するのに使
用されている。この導体層12の幅と誘電体板11の厚
みを適宜に設定することにより、伝送線路はインピーダ
ンスが50Ωとなるように形成される。
【0052】第1層目から第3層目の誘電体板11に
は、GSM系のパワーアンプIC21とDCS系のパワ
ーアンプIC22を設置するために矩形状の穴が設けら
れ、この穴の内側に各ICが挿入され穴の底に接合材1
4によって固定されているとともに、その穴の底に相当
する第4層目の誘電体板11とそれよりも下側の各誘電
体板11にはビアホールと呼ばれる孔15が設けられ、
この孔内にも導電体が充填されている。このビアホール
内の導電体は、IC21,IC22で発生した熱を最下
層の導体層に伝達して放熱効率を向上させる役目を担っ
ている。
【0053】IC21,IC22の上面の電極と所定の
配線パターン12aとはボンディングワイヤ31により
電気的に接続されている。また、第1層目の誘電体板1
1の表面には、前記整合回路121やフィルタ回路13
1等を構成するための容量素子や抵抗素子、インダクタ
ンス素子などのチップ型電子部品32が複数個搭載され
ている。なお、これらの素子は、電子部品を使用せずに
誘電体板11の表裏面の導体層を利用して基板内部に形
成することも可能である。
【0054】実施例のモジュールをプリント基板に実装
して電気的接続を図るための外部端子は、図13に示す
ように、モジュール本体10の裏面に所定の形状に形成
された導体層からなる電極パッド41として設けられて
おり、この電極パッドとシステムのプリント基板上に設
けられている対応する部位(配線の一部もしくは配線と
接続されている導電層)との間に半田ボール等を介在さ
せることによりプリント基板上に実装させることができ
るように構成されている。なお、図13に示されている
電極パッド41の配置と形状は一例であり、これに限定
されるものでない。また、図13において、電極パッド
41以外の部位には、前述したように、接地電位を供給
するグランド層となる導体層12がほぼ全面的に形成さ
れている。
【0055】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【0056】例えば、図1のモジュールでは、出力パ
ワーアンプ111,112と、インピーダンス整合回
路121,122と、ロウパスフィルタ131,13
2と、送受信切替え用のスイッチ回路141,142
と、直流カット用の容量151,152と、分波器
160とを1つのセラミック基板に搭載しモジュールと
して構成したが、出力パワーアンプ111,112
と、インピーダンス整合回路121,122と、ロ
ウパスフィルタ131,132とを1つのモジュールと
して構成する場合や出力パワーアンプ111,112
と、インピーダンス整合回路121,122と、ロ
ウパスフィルタ131,132と、送受信切替え用の
スイッチ回路141,142とを1つのモジュールとし
て構成する場合等にも本発明を適用することができ、そ
れによって同様な効果を得ることができる。
【0057】さらに、従来の高周波電力増幅器モジュー
ルには、通話に必要な出力電力となるようにパワーアン
プの後段にパワーアンプの出力レベルを検出するカプラ
と、該カプラの出力に基づいて出力トランジスタ素子の
バイアス電圧を制御するAPC(Automatic Power Cont
rol)回路とを設けたものがあるが、本実施例のフロン
トエンド・モジュールにおいても同様なカプラとAPC
回路をも含んで1モジュールとして構成するようにして
も良い。
【0058】また、図2の実施例においては、整合回路
121の後段にロウパスフィルタ131を一つだけ接続
したものを示しているが、さらにその後段にロウパスフ
ィルタを接続して3次以上の高調波を減衰できるように
しても良い。さらに、図2の実施例においては、整合回
路121内にも共振回路PRが設けられているが、この
共振回路を省略した伝送線と容量素子とからなる整合回
路とするようにしてもよい。送受信切替え用のスイッチ
回路141も図2に示されている構成のものに限定され
ない。
【0059】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるGSM
とDCSの2つの方式による送受信が可能なデュアルバ
ンド携帯電話機に使用して有効なフロントエンド・モジ
ュールに適用した場合を説明したが、本発明はそれに限
定されるものでなく、3以上の方式による送受信が可能
なマルチバンド携帯電話機や移動電話機などの無線通信
システムに利用することができる。
【0060】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、整合回路の後段に共振回路
からなるロウパスフィルタを設けた場合にも基本波を低
損失で伝送できかつモジュール全体で2倍高調波を所望
の値以下に低減することが可能な無線通信機用のモジュ
ールを得ることができる。また、これにより、従来は2
つのモジュールで構成されていたものを1つのモジュー
ルで構成することができ、このモジュールを使用した携
帯電話機などの無線通信機の小型化が可能になるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】GSMとDCSの2つの方式による送受信が可
能なデュアルバンド携帯電話機に利用して好適なフロン
トエンド部の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1のフロントエンド・モジュールにおける一
方の送信部(例えばGSM)の具体的な回路構成例を示
す回路図である。
【図3】図3(a)は共振回路を含むロウパスフィルタ
の一般的な回路例を示す回路図、図3(b)は本発明を
適用したモジュールに用いたロウパスフィルタの回路例
を示す回路図である。
【図4】図4(a)は図3(a)のロウパスフィルタの
2倍波減衰特性を示すグラフ、図4(b)は図3(b)
のロウパスフィルタの2倍波減衰特性を示すグラフであ
る。
【図5】図3(a)と(b)のフィルタの位相特性を示
すスミスチャートである。
【図6】パワーアンプとアンテナ切換えスイッチとを接
続するケーブルの長さと2倍高調波レベルとの関係を調
べるために構成した系を示す概念図である。
【図7】図6の系でケーブルの長さを変えたときの2倍
高調波レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【図8】図6の系におけるケーブルの長さと2倍高調波
のインピーダンスの相対位相との関係を示すグラフであ
る。
【図9】図6の系において、パワーアンプとケーブルと
の接続点からアンテナスイッチ側を見たときのケーブル
の長さに対応した各2倍高調波のインピーダンスZANT
の位相をスミスチャートに示した説明図である。
【図10】図9の各点〜の基点「0」からの相対的
な位相と2倍高調波レベルとの関係を表わしたグラフで
ある。
【図11】図6の系において、パワーアンプとケーブル
との接続点からアンテナスイッチ側を見たときのケーブ
ルの長さに対応した各2倍高調波のインピーダンスZAN
Tの位相と、パワーアンプとケーブルとの接続点からパ
ワーアンプ側を見たとき2倍高調波のインピーダンスZ
HPAの位相との関係をスミスチャートに示した説明図で
ある。
【図12】図1に示されている回路をモジュール化した
ときのデバイス構造を示す一部断面斜視図である。
【図13】実施例のモジュールの裏面の構成例を示す底
面図である。
【符号の説明】
ANT 送受信用アンテナ FLT1,FLT2 フィルタ LNA1,LNA2 ロウノイズ・アンプ 100 フロントエンド・モジュール 111,112 出力パワーアンプ 121,122 インピーダンス整合回路 131,132 ロウパスフィルタ 141,142 送受信切替え用のスイッチ回路 160 分波器 200 高周波処理回路 10 モジュール本体 11 誘電体板 12 導体層 21,22 パワーアンプIC 31 ボンディングワイヤ 32 チップ型電子部品(容量素子、インダクタンス
素子) 41 電極パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤嶺 均 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 伊藤 太加志 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 新井 聡 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 Fターム(参考) 5J091 AA01 AA41 CA27 CA36 CA75 FA19 HA09 HA29 HA33 HA38 KA13 KA29 KA41 KA42 KA66 KA68 QA04 SA14 TA01 TA02 TA03 TA05 5K011 DA21 DA27 JA01 5K052 AA02 BB01 EE02 GG03 GG12

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも出力パワーアンプと整合回路
    とロウパスフィルタとが1つの絶縁基板上に搭載され各
    回路が上記順序で接続されてなる無線通信機用の電子部
    品であって、 上記整合回路と上記ロウパスフィルタとの接続点から上
    記ロウパスフィルタ側を見たときの2倍高調波のインピ
    ーダンスの位相が、上記接続点から上記整合回路側を見
    たときの2倍高調波のインピーダンスの位相に対して、
    180°±90°の範囲内に設定されていることを特徴
    とする電子部品。
  2. 【請求項2】 上記ロウパスフィルタは、容量素子とイ
    ンダクタンス素子とが並列に接続されてなる共振回路
    と、該共振回路の出力点と定電位点との間に接続された
    容量素子とから構成されていることを特徴とする請求項
    1に記載の電子部品。
  3. 【請求項3】 上記整合回路は、容量素子とインダクタ
    ンス素子とが並列に接続されてなる共振回路を含んで構
    成されていることを特徴とする請求項2に記載の電子部
    品。
  4. 【請求項4】 送信信号と受信信号の切換えを行なう送
    受信切換え回路が、さらに上記絶縁基板に搭載されてい
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電
    子部品。
  5. 【請求項5】 上記出力パワーアンプと整合回路とロウ
    パスフィルタの組が、2以上の周波数帯の各周波数帯に
    応じてそれぞれ設けられ、いずれか1つの周波数帯の2
    倍高調波は他のいずれかの周波数帯にあることを特徴と
    する請求項1〜4のいずれかに記載の電子部品。
  6. 【請求項6】 上記2以上の周波数帯の受信信号の分波
    を行なう分波回路が、さらに上記絶縁基板に搭載されて
    いることを特徴とする請求項5に記載の電子部品。
  7. 【請求項7】 2以上の周波数帯で送信を行なう無線通
    信機用の電子部品であって、 少なくとも出力パワーアンプと整合回路とロウパスフィ
    ルタの組が上記各周波数帯に応じてそれぞれ設けられか
    つそれらが1つの絶縁基板上に搭載され、各組の出力パ
    ワーアンプと整合回路とロウパスフィルタはそれぞれこ
    の順序で接続されており、 上記整合回路と上記ロウパスフィルタとの接続点から上
    記ロウパスフィルタ側を見たときの2倍高調波のインピ
    ーダンスの位相が、上記ロウパスフィルタによって位相
    整合しない位置に回転されていることを特徴とする電子
    部品。
  8. 【請求項8】 上記ロウパスフィルタは、容量素子とイ
    ンダクタンス素子とが並列に接続されてなる共振回路
    と、該共振回路の出力点と定電位点との間に接続された
    容量素子とから構成されていることを特徴とする請求項
    7に記載の電子部品。
  9. 【請求項9】 上記整合回路は、容量素子とインダクタ
    ンス素子とが並列に接続されてなる共振回路を含んで構
    成されていることを特徴とする請求項8に記載の電子部
    品。
  10. 【請求項10】 送信信号と受信信号の切換えを行なう
    送受信切換え回路が、さらに上記絶縁基板に搭載されて
    いることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の
    電子部品。
  11. 【請求項11】 上記複数の周波数帯の受信信号の分波
    を行なう分波回路が、さらに上記絶縁基板に搭載されて
    いることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載
    の電子部品。
  12. 【請求項12】 2以上の周波数帯で送信を行なう無線
    通信機用の電子部品であって、 少なくとも出力パワーアンプと整合回路とロウパスフィ
    ルタの組が上記各周波数帯に応じてそれぞれ設けられか
    つそれらが1つの絶縁基板上に搭載され、各組の出力パ
    ワーアンプと整合回路とロウパスフィルタはそれぞれこ
    の順序で接続されており、 いずれか1つの周波数帯の高次高調波の減衰量が、2倍
    高調波に対して第1レベルに規定されている場合に、上
    記ロウパスフィルタのフィルタ特性により2倍高調波が
    低減され、 上記整合回路と上記ロウパスフィルタとの接続点から上
    記ロウパスフィルタ側を見たときの2倍高調波のインピ
    ーダンスの位相が、上記ロウパスフィルタによって位相
    整合しない位置に回転されることにより、2倍高調波が
    上記第1レベル以下に低減されるように構成されている
    ことを特徴とする電子部品。
  13. 【請求項13】 上記2以上の周波数帯のうち1つはG
    SM方式の900MHz帯であり、上記第1レベルはG
    SM方式の規格である−36dBmであることを特徴と
    する請求項12に記載の電子部品。
  14. 【請求項14】 上記フィルタ特性により、−30dB
    m以下に低減されることを特徴とする請求項13に記載
    の電子部品。
  15. 【請求項15】 上記2以上の周波数帯のうち他の1つ
    は、DCS方式の1.8GHz帯であることを特徴とす
    る請求項12に記載の電子部品。
  16. 【請求項16】 少なくとも出力パワーアンプと整合回
    路とロウパスフィルタとが1つの絶縁基板上に搭載さ
    れ、各回路が上記順序で接続されてなる電子部品の設計
    方法であって、 上記整合回路と上記ロウパスフィルタとの接続点から上
    記ロウパスフィルタ側を見たときの2倍高調波のインピ
    ーダンスの位相を、上記接続点から上記整合回路側を見
    たときの2倍高調波のインピーダンスの位相に対して、
    180°±X(Xは90°以内)の範囲内に設定し、 上記Xは規格値に所定のマージン量を加えた値に基づい
    て決定することを特徴とする電子部品の設計方法。
  17. 【請求項17】 上記Xは、上記マージン量が上記規格
    値の約10%である場合に90°であることを特徴とす
    る請求項16に記載の電子部品の設計方法。
  18. 【請求項18】 上記Xは、上記マージン量が上記規格
    値の約25%である場合に45°であることを特徴とす
    る請求項16に記載の電子部品の設計方法。
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