JP2004166188A - 高周波モジュール基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波増幅用半導体部素子の特性を調整することができる高周波モジュール基板を提供する。
【解決手段】分波回路DIP01と、スイッチ回路SW01,SW02と、複数の高周波増幅用半導体素子AMP011〜013、021〜023と、高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラCOP01、COP02とを具備するとともに、高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023のうち少なくとも1つとグランドとの間にコンデンサC011〜C023を接続し、さらにコンデンサC011〜C023とグランドとの間に誘導性素子L011〜L023を接続する。または、直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023のうち少なくとも1つとグランドとの間に低容量コンデンサCL011〜CL023を接続する。
【選択図】図2
【解決手段】分波回路DIP01と、スイッチ回路SW01,SW02と、複数の高周波増幅用半導体素子AMP011〜013、021〜023と、高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラCOP01、COP02とを具備するとともに、高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023のうち少なくとも1つとグランドとの間にコンデンサC011〜C023を接続し、さらにコンデンサC011〜C023とグランドとの間に誘導性素子L011〜L023を接続する。または、直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023のうち少なくとも1つとグランドとの間に低容量コンデンサCL011〜CL023を接続する。
【選択図】図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話等に搭載される高周波モジュール基板に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年の携帯電話の普及とともに、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。その中で、新たな携帯電話として、マルチバンド対応携帯電話が提案されている。このマルチバンド対応携帯電話は、通常の携帯電話が一つの送受信系のみからなるのに対して、2つ以上の送受信系に対応できるものである。これにより、利用者は、適宜、都合の良い送受信系を選択して利用することができるものである。
【0003】
また、図1に示すように、携帯電話の小型化のために、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路DIP、および前記各送受信系に送信系と受信系を切り替えるスイッチ回路SW1,SW2、通過帯域の送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子AMP1,AMP2と、高周波増幅用半導体素子からの出力信号の一部を取り出しモニタするためのカプラCOP1,COP2を有する回路が、多層化された誘電体基板表面或いは内層に形成され、多層誘電体基板の一部にキャビティを設け、その内部に前記高周波増幅用半導体素子が実装されて高周波モジュールが形成される(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
このような高周波モジュールに実装される高周波増幅用半導体素子は、通常、複数の増幅素子を直列接続した多段増幅器となっており、個々の増幅素子には、直流電圧供給用バイアス線路が接続され、直流電圧が供給される。そして、高周波に対しては、4分の1波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。
【0005】
また、多段の高周波増幅用半導体素子の電気的特性は、その最終段に接続される出力整合回路により、出力電力や高調波などが規格を満足するように調整されている。
【0006】
〔特許文献1〕
特開2002−232320
〔特許文献2〕
特開2002−171196
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波モジュールにおける、出力電力と出力制御用電圧とは、複数個の増幅素子が直列接続された多段増幅器にありがちな、増幅素子の動作が次段に切り替わる点で波形の乱れが発生し、図6に示されるように出力電力と出力制御用電圧の関係が直線的に変化しないという問題があった。
【0008】
このため、携帯端末に搭載して出力電力を制御しようとした際、所望の電力を得るまでに時間がかかるだけでなく、最悪の場合、所望の電力を得るための出力制御電圧値が2つ以上存在することとなり、制御不能に陥る可能性があった。
【0009】
これを改善するためには、高周波増幅用半導体素子の各段の増幅率等の設計変更が必要となるため、特性改善の効果を得るまでに多くの時間とコストが必要であった。
【0010】
従って、本発明は、高周波半導体増幅素子の設計変更することなく、出力制御用電圧に対し出力電力が直線的に変化するようにした高周波用モジュール基板を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュール基板は、複数の誘電体層と導体層とを積層形成してなる多層基板の表面及び/または内部に、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され、各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する複数の高周波増幅用半導体素子と、該高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラとを具備するとともに、該高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路のうち少なくとも1つにコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に誘導性素子が接続されていることを特徴とするものである。
【0012】
本発明によれば、直流電圧供給用バイアス線路に接続されるコンデンサと前記コンデンサとグランドとの間に接続される誘導性素子によって、縦続接続される高周波半導体増幅素子間を適切なインピーダンスになるように調整することができる。これにより、高周波半導体増幅素子の設計を変更することなく、出力制御用電圧に対する出力電力特性の形状が線形になるように改善できる。つまり、高周波増幅用半導体素子を搭載するための高周波モジュール基板に特性調整機能を持たせることができるのである。
【0013】
また、かかる高周波モジュール基板においては、前記直流電圧供給用バイアス線路の途中に少なくとも1個以上のコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に、少なくとも1個以上の誘導性素子が接続されていることによって縦続接続される高周波増幅用半導体素子間を適切なインピーダンスになるよう調整することができる。
【0014】
また、前記誘導性素子をグランドビアで形成したり、さらには、ビアと少なくとも1層以上のパターンを介してグランドと接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0015】
また、本発明によれば、前記高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路の少なくとも1つと、グランドとの間に低容量のコンデンサを接続することによっても波形の直線化を図ることができる。特に、前記コンデンサの容量が100pF以下であることが望ましい。
【0016】
一般に、直流電圧供給用バイアス線路とグランドとの間には1000pF以上のコンデンサを設けることによって、前記コンデンサと前記バイアス線路とで共振させて、高周波増幅用半導体素子からの高周波信号が直流電圧供給用端子へ流れないように制御することができる。
【0017】
しかし、コンデンサがこのように大容量である場合、直流電圧供給用バイアス線路の共振によって、高周波的にオープン(開放)となる。しかし、これでは、回路的に接続されていないのと同じであり、ICとIC間のインピーダンスを調整することはできない。ところが、コンデンサを100pF以下の低容量とすることによって共振はオープンから少し外れることで、IC間のインピーダンスの調整を行うことができるようになる。その結果、波形の乱れを調整し、波形を直線化することができる。
【0018】
また、上記のコンデンサは、表面実装部品として形成することによって、実装するコンデンサの容量等を調整するによって容易にインピーダンスを調整することができる。また、誘電体層の一部を対向電極で挟んでコンデンサを形成することによって、部品点数の低減化と回路の高密度、小型化を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図2に、本発明に係る高周波モジュール基板における回路図を示す。かかる回路によれば、複数の通過帯域の信号を通過帯域毎に分ける分波回路DIP01、各送信系の通過帯域の送信信号を増幅するための高周波増幅用半導体素子AMP011、AMP012、AMP013、AMP021、AMP022、AMP023、各送受信系の送信系と受信系を切り換えるダイオードスイッチ回路SW01、SW02、出力信号の一部をモニタするためのカプラCOP01、COP02から構成されている。
【0020】
なお、高周波スイッチSW01及びSW02は、GSM/DCSデュアルバンド方式の携帯電話機において、それぞれのシステムに対応する送信回路と共通回路である分波回路との接続、および受信回路と共通回路である分波回路との接続を切り換えるために用いられる。
【0021】
高周波増幅用半導体素子AMP011に直流電圧を供給するための端子V011は、電圧供給用バイアス線路BL011を介してAMP011の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL011の途中には、コンデンサC011が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL011とで共振させて、AMP011からの高周波信号が直流電圧供給用端子V011へ流れないようにしている。
【0022】
また前記コンデンサC011とグランドとの間にはインダクタL011が接続されている。コンデンサC011とインダクタL011が電圧供給用バイアスBL011に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP011の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP012との整合状態を変えることができる。
【0023】
同様に、高周波増幅用半導体素子AMP012に直流電圧を供給するための端子V012は、電圧供給用バイアス線路BL012を介してAMP012の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL012の途中には、コンデンサC012が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL012とで共振させて、AMP012からの高周波信号が直流電圧供給用端子V012へ流れないようにしている。
【0024】
また、前記コンデンサC012とグランドとの間には、誘導性素子としてインダクタL012が接続されている。コンデンサC012とインダクタL012が電圧供給用バイアスBL012に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP012の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP013との整合状態を変えることができる。
【0025】
更に、高周波増幅用半導体素子AMP013に直流電圧を供給するための端子V013は、電圧供給用バイアス線路BL013を介してAMP013の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL013の途中には、コンデンサC013が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL013とで共振させて、AMP013からの高周波信号が直流電圧供給用端子V013へ流れないようにしている。
【0026】
また前記コンデンサC013とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL013が接続されている。コンデンサC013とインダクタL013が電圧供給用バイアスBL013に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP013の出力側のインピーダンスを調整することが可能となる。
【0027】
また同様に、高周波増幅用半導体素子AMP021に直流電圧を供給するための端子V021は、電圧供給用バイアス線路BL021を介してAMP021の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL021の途中には、コンデンサC021が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL021とで共振させて、AMP021からの高周波信号が直流電圧供給用端子V021へ流れないようにしている。
【0028】
また前記コンデンサC021とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL021が接続されている。コンデンサC021とインダクタL021が電圧供給用バイアスBL021に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP021の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP022との整合状態を変えることができる。
【0029】
また、高周波増幅用半導体素子AMP022に直流電圧を供給するための端子V022は、電圧供給用バイアス線路BL022を介してAMP022の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL022の途中には、コンデンサC022が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL022とで共振させて、AMP022からの高周波信号が直流電圧供給用端子V022へ流れないようにしている。また前記コンデンサC022とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL022が接続されている。コンデンサC022とインダクタL022が電圧供給用バイアスBL022に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP022の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP023との整合状態を変えることができる。
【0030】
さらに、高周波増幅用半導体素子AMP023に直流電圧を供給するための端子V023は、電圧供給用バイアス線路BL023を介してAMP023の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL023の途中には、コンデンサC023が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL023とで共振させて、AMP023からの高周波信号が直流電圧供給用端子V023へ流れないようにしている。また前記コンデンサC023とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL023が接続されている。コンデンサC023とインダクタL023が電圧供給用バイアスBL023に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP023の出力側のインピーダンスを調整することが可能となる。
【0031】
上記の高周波回路を多層誘電体基板の表面や内部に形成する場合、各直流電圧供給用バイアス線路に接続されるコンデンサは、チップコンデンサとして基板表面に実装したり、基板内の誘電体層の一部を対向電極で挟んで形成することもできる。
【0032】
また、コンデンサとグランドとの間に接続される誘導性素子としてのインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023は、表面実装部品或いは誘電体多層基板内部もしくは表面に形成されるパターン、パターン間結線用ビア等によって実現することができる。
【0033】
その具体的な例を図3に誘電体多層基板の概略断面図を示す。
【0034】
図3によれば、この高周波モジュール基板は、複数の誘電体層1a〜1gによる積層体によって形成されており、その表面には、凹部2が形成され、その内部の底面には、高周波増幅用半導体素子AMPが実装されている。
【0035】
誘電体基板1の表面には、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2が形成されており、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一方の端部は、誘電体基板1の内部に形成された配線L1、L2、また誘電体基板を貫通して形成されたビアV1、V2、さらにはワイヤW1、W2を経由して、基板凹部2内に実装された高周波増幅用半導体素子AMPと接続されている。
【0036】
また、誘電体基板表面に形成された直流電圧供給用バイアス線路BL1の他端は、基板1表面に実装されたコンデンサC1と接続されている。
【0037】
そして、コンデンサC1は、誘電体基板1内を垂直に基板の裏面にまで貫通して形成されたビアV3と接続され、基板の裏面に形成されたグランドパターンGND1と接続されている。
【0038】
かかる構成によって、ビアV3によってインダクタンスが形成され、そのインダクタンスが、前記図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を形成する。
【0039】
一方、誘電体基板1表面に実装されたコンデンサC2は、ビアV4によって、基板内部に形成されたグランドパターンGND2と接続される。そして、基板内部のグランドパターンGND2は、さらにV5を介して基板1裏面のグランドパターンGND3に接続されている。
【0040】
かかる構成によって、ビアV5及びビアV4、更にGND2の持つインダクタンスによって、図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023の役割を果たすこともできる。
【0041】
このように、インダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を、ビアV5及びビアV4と、基板内部に形成した導体パターンGND2を介してグランドGND3と接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0042】
また、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一部または全部を誘電体多層基板1表面に形成することによって、その長さを容易に変更することが可能となり、これによってインピーダンスの調整を容易に行うことができる。
【0043】
そして、本発明における前述したように、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2に接続されるコンデンサC1、C2とグランドGND1、GND2との間に、ビアやパターン等によってインダクタを挿入する方法とを適宜組み合わせることによって、高周波増幅用半導体素子の出力制御電圧に対する出力電力特性の調整、改善が容易かつ効果的に行える結果、図5に示すように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0044】
一方、直流電圧供給用バイアス線路BL2の他端は、ビアV4を介して、誘電体層1bを挟持する一対の対向電極の一方の電極E1と接続されている。そして、他方の電極E2は、ビアV5によって、基板内部に形成されたグランドパターンGND2と接続される。そして、基板内部のグランドパターンGND2は、さらにV6を介して基板1裏面のグランドパターンGND3に接続されている。
【0045】
かかる構成によって、一対の電極E1、E2間でコンデンサC2が形成され、またビアV5及びビアV6、更にGND2の持つインダクタンスによって、図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L021、L023の役割を果たすこともできる。
【0046】
このように、コンデンサCを誘電体層の一部を対向電極で挟んで形成したり、インダクタL011、L012、L013、L021、L021、L023を、ビアV2や、ビアV5及びビアV6と、基板内部に形成した導体パターンGND2を介してグランドGND3と接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0047】
また、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一部または全部を誘電体多層基板1表面に形成することによって、その長さを容易に変更することが可能となり、これによってインピーダンスの調整を容易に行うことができる。
【0048】
そして、本発明における前述したように、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2に接続されるコンデンサC1、C2とグランドGND1、GND2との間に、ビアやパターン等によってインダクタを挿入する方法とを適宜組み合わせることによって、高周波増幅用半導体素子の出力制御電圧に対する出力電力特性の調整、改善が容易かつ効果的に行える結果、図5に示すように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0049】
また、本発明によれば、図4の高周波モジュールの回路図に示すように、図2の高周波モジュールにおいて、誘導性素子としてのインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を設ける代わりに、高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023との間に、低容量のコンデンサCL011、CL012、CL013、CL021、CL022、CL023を設けることによっても同様の効果を奏する。特にこのコンデンサの容量は100pF以下、さらには70pF以下であることが適当である。この場合、図3におけるコンデンサC1、C2の容量を上記のように調整すればよい。
【0050】
また、低容量コンデンサを用いた場合、ビアV3,V4,V5,V6や、グランドGND2にインダクタを発生させることによって、細かな調整を行うことができ、図5に示したように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0051】
なお、本発明によれば、上記のように、多層誘電体基板の表面に、高周波増幅用半導体素子AMPやコンデンサC1、C2が実装された基板の表面は、蓋体によって気密に封止されることが望ましい。
【0052】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高周波モジュール基板では、高周波増幅用半導体素子への直流電圧供給用バイアス線路とグランドの間にコンデンサを接続することで、高周波増幅用半導体素子からの高周波信号が直流電圧供給用端子へ流れないように制御することができるが、前記コンデンサとグランドとの間に誘導性素子を接続する、あるいは低容量のコンデンサを設けることによって、縦続接続される高周波増幅用半導体素子間を適切なインピーダンスになるよう調整することができる。これにより、高周波増幅用半導体素子の設計を変更することなく、出力制御用電圧に対する出力電力特性が直線的に変化するように改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波モジュールの基本回路構成である。
【図2】本発明に係る高周波増幅用半導体素子の特性を調整できる高周波モジュールの回路図である。
【図3】本発明に係る高周波モジュール用誘電体多層基板の概略断面図である。
【図4】本発明に係る高周波増幅用半導体素子の特性を調整できる高周波モジュールの他の回路図である。
【図5】本発明に係る高周波モジュールの電気的特性である。
【図6】従来の高周波モジュールの電気的特性である。
【符号の説明】
ANT・・・アンテナ端子
COP1、COP2・・・カプラ
DIP・・・分波回路
SW1、SW2・・・高周波スイッチ回路
AMP、AMP1、AMP2、AMP011、AMP012、AMP013、AMP021、AMP022、AMP023・・・高周波増幅用半導体素子
Rx01、Rx02・・・受信信号用端子
MON01、MON02・・・モニタ出力端子
BL011、BL012、BL013、BL021、BL022、BL023、BL1、BL2・・・直流電圧供給用バイアス線路
C011、C012、C013、C021、C022、C023、C1、C2・・・コンデンサ
CL011、CL012、CL013、CL021、CL022、CL023・・・低容量コンデンサ
L011、L012、L013、L021、L022、L023、L1、L2・・・インダクタ
Via1、Via2、Via3・・・パターン間接続用ビア
GND1、GND2、GND3・・・接地用グランドパターン
APC・・・出力電力制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話等に搭載される高周波モジュール基板に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年の携帯電話の普及とともに、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。その中で、新たな携帯電話として、マルチバンド対応携帯電話が提案されている。このマルチバンド対応携帯電話は、通常の携帯電話が一つの送受信系のみからなるのに対して、2つ以上の送受信系に対応できるものである。これにより、利用者は、適宜、都合の良い送受信系を選択して利用することができるものである。
【0003】
また、図1に示すように、携帯電話の小型化のために、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路DIP、および前記各送受信系に送信系と受信系を切り替えるスイッチ回路SW1,SW2、通過帯域の送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子AMP1,AMP2と、高周波増幅用半導体素子からの出力信号の一部を取り出しモニタするためのカプラCOP1,COP2を有する回路が、多層化された誘電体基板表面或いは内層に形成され、多層誘電体基板の一部にキャビティを設け、その内部に前記高周波増幅用半導体素子が実装されて高周波モジュールが形成される(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
このような高周波モジュールに実装される高周波増幅用半導体素子は、通常、複数の増幅素子を直列接続した多段増幅器となっており、個々の増幅素子には、直流電圧供給用バイアス線路が接続され、直流電圧が供給される。そして、高周波に対しては、4分の1波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。
【0005】
また、多段の高周波増幅用半導体素子の電気的特性は、その最終段に接続される出力整合回路により、出力電力や高調波などが規格を満足するように調整されている。
【0006】
〔特許文献1〕
特開2002−232320
〔特許文献2〕
特開2002−171196
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波モジュールにおける、出力電力と出力制御用電圧とは、複数個の増幅素子が直列接続された多段増幅器にありがちな、増幅素子の動作が次段に切り替わる点で波形の乱れが発生し、図6に示されるように出力電力と出力制御用電圧の関係が直線的に変化しないという問題があった。
【0008】
このため、携帯端末に搭載して出力電力を制御しようとした際、所望の電力を得るまでに時間がかかるだけでなく、最悪の場合、所望の電力を得るための出力制御電圧値が2つ以上存在することとなり、制御不能に陥る可能性があった。
【0009】
これを改善するためには、高周波増幅用半導体素子の各段の増幅率等の設計変更が必要となるため、特性改善の効果を得るまでに多くの時間とコストが必要であった。
【0010】
従って、本発明は、高周波半導体増幅素子の設計変更することなく、出力制御用電圧に対し出力電力が直線的に変化するようにした高周波用モジュール基板を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュール基板は、複数の誘電体層と導体層とを積層形成してなる多層基板の表面及び/または内部に、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され、各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する複数の高周波増幅用半導体素子と、該高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラとを具備するとともに、該高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路のうち少なくとも1つにコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に誘導性素子が接続されていることを特徴とするものである。
【0012】
本発明によれば、直流電圧供給用バイアス線路に接続されるコンデンサと前記コンデンサとグランドとの間に接続される誘導性素子によって、縦続接続される高周波半導体増幅素子間を適切なインピーダンスになるように調整することができる。これにより、高周波半導体増幅素子の設計を変更することなく、出力制御用電圧に対する出力電力特性の形状が線形になるように改善できる。つまり、高周波増幅用半導体素子を搭載するための高周波モジュール基板に特性調整機能を持たせることができるのである。
【0013】
また、かかる高周波モジュール基板においては、前記直流電圧供給用バイアス線路の途中に少なくとも1個以上のコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に、少なくとも1個以上の誘導性素子が接続されていることによって縦続接続される高周波増幅用半導体素子間を適切なインピーダンスになるよう調整することができる。
【0014】
また、前記誘導性素子をグランドビアで形成したり、さらには、ビアと少なくとも1層以上のパターンを介してグランドと接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0015】
また、本発明によれば、前記高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路の少なくとも1つと、グランドとの間に低容量のコンデンサを接続することによっても波形の直線化を図ることができる。特に、前記コンデンサの容量が100pF以下であることが望ましい。
【0016】
一般に、直流電圧供給用バイアス線路とグランドとの間には1000pF以上のコンデンサを設けることによって、前記コンデンサと前記バイアス線路とで共振させて、高周波増幅用半導体素子からの高周波信号が直流電圧供給用端子へ流れないように制御することができる。
【0017】
しかし、コンデンサがこのように大容量である場合、直流電圧供給用バイアス線路の共振によって、高周波的にオープン(開放)となる。しかし、これでは、回路的に接続されていないのと同じであり、ICとIC間のインピーダンスを調整することはできない。ところが、コンデンサを100pF以下の低容量とすることによって共振はオープンから少し外れることで、IC間のインピーダンスの調整を行うことができるようになる。その結果、波形の乱れを調整し、波形を直線化することができる。
【0018】
また、上記のコンデンサは、表面実装部品として形成することによって、実装するコンデンサの容量等を調整するによって容易にインピーダンスを調整することができる。また、誘電体層の一部を対向電極で挟んでコンデンサを形成することによって、部品点数の低減化と回路の高密度、小型化を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図2に、本発明に係る高周波モジュール基板における回路図を示す。かかる回路によれば、複数の通過帯域の信号を通過帯域毎に分ける分波回路DIP01、各送信系の通過帯域の送信信号を増幅するための高周波増幅用半導体素子AMP011、AMP012、AMP013、AMP021、AMP022、AMP023、各送受信系の送信系と受信系を切り換えるダイオードスイッチ回路SW01、SW02、出力信号の一部をモニタするためのカプラCOP01、COP02から構成されている。
【0020】
なお、高周波スイッチSW01及びSW02は、GSM/DCSデュアルバンド方式の携帯電話機において、それぞれのシステムに対応する送信回路と共通回路である分波回路との接続、および受信回路と共通回路である分波回路との接続を切り換えるために用いられる。
【0021】
高周波増幅用半導体素子AMP011に直流電圧を供給するための端子V011は、電圧供給用バイアス線路BL011を介してAMP011の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL011の途中には、コンデンサC011が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL011とで共振させて、AMP011からの高周波信号が直流電圧供給用端子V011へ流れないようにしている。
【0022】
また前記コンデンサC011とグランドとの間にはインダクタL011が接続されている。コンデンサC011とインダクタL011が電圧供給用バイアスBL011に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP011の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP012との整合状態を変えることができる。
【0023】
同様に、高周波増幅用半導体素子AMP012に直流電圧を供給するための端子V012は、電圧供給用バイアス線路BL012を介してAMP012の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL012の途中には、コンデンサC012が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL012とで共振させて、AMP012からの高周波信号が直流電圧供給用端子V012へ流れないようにしている。
【0024】
また、前記コンデンサC012とグランドとの間には、誘導性素子としてインダクタL012が接続されている。コンデンサC012とインダクタL012が電圧供給用バイアスBL012に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP012の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP013との整合状態を変えることができる。
【0025】
更に、高周波増幅用半導体素子AMP013に直流電圧を供給するための端子V013は、電圧供給用バイアス線路BL013を介してAMP013の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL013の途中には、コンデンサC013が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL013とで共振させて、AMP013からの高周波信号が直流電圧供給用端子V013へ流れないようにしている。
【0026】
また前記コンデンサC013とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL013が接続されている。コンデンサC013とインダクタL013が電圧供給用バイアスBL013に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP013の出力側のインピーダンスを調整することが可能となる。
【0027】
また同様に、高周波増幅用半導体素子AMP021に直流電圧を供給するための端子V021は、電圧供給用バイアス線路BL021を介してAMP021の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL021の途中には、コンデンサC021が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL021とで共振させて、AMP021からの高周波信号が直流電圧供給用端子V021へ流れないようにしている。
【0028】
また前記コンデンサC021とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL021が接続されている。コンデンサC021とインダクタL021が電圧供給用バイアスBL021に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP021の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP022との整合状態を変えることができる。
【0029】
また、高周波増幅用半導体素子AMP022に直流電圧を供給するための端子V022は、電圧供給用バイアス線路BL022を介してAMP022の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL022の途中には、コンデンサC022が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL022とで共振させて、AMP022からの高周波信号が直流電圧供給用端子V022へ流れないようにしている。また前記コンデンサC022とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL022が接続されている。コンデンサC022とインダクタL022が電圧供給用バイアスBL022に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP022の出力側のインピーダンスを調整することが可能となり、次段の高周波増幅用半導体素子AMP023との整合状態を変えることができる。
【0030】
さらに、高周波増幅用半導体素子AMP023に直流電圧を供給するための端子V023は、電圧供給用バイアス線路BL023を介してAMP023の出力側に接続されている。また、電圧供給用バイアス線路BL023の途中には、コンデンサC023が接続され、前記コンデンサとバイアス線路BL023とで共振させて、AMP023からの高周波信号が直流電圧供給用端子V023へ流れないようにしている。また前記コンデンサC023とグランドとの間には誘導性素子としてインダクタL023が接続されている。コンデンサC023とインダクタL023が電圧供給用バイアスBL023に接続されていることにより、高周波増幅用半導体素子AMP023の出力側のインピーダンスを調整することが可能となる。
【0031】
上記の高周波回路を多層誘電体基板の表面や内部に形成する場合、各直流電圧供給用バイアス線路に接続されるコンデンサは、チップコンデンサとして基板表面に実装したり、基板内の誘電体層の一部を対向電極で挟んで形成することもできる。
【0032】
また、コンデンサとグランドとの間に接続される誘導性素子としてのインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023は、表面実装部品或いは誘電体多層基板内部もしくは表面に形成されるパターン、パターン間結線用ビア等によって実現することができる。
【0033】
その具体的な例を図3に誘電体多層基板の概略断面図を示す。
【0034】
図3によれば、この高周波モジュール基板は、複数の誘電体層1a〜1gによる積層体によって形成されており、その表面には、凹部2が形成され、その内部の底面には、高周波増幅用半導体素子AMPが実装されている。
【0035】
誘電体基板1の表面には、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2が形成されており、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一方の端部は、誘電体基板1の内部に形成された配線L1、L2、また誘電体基板を貫通して形成されたビアV1、V2、さらにはワイヤW1、W2を経由して、基板凹部2内に実装された高周波増幅用半導体素子AMPと接続されている。
【0036】
また、誘電体基板表面に形成された直流電圧供給用バイアス線路BL1の他端は、基板1表面に実装されたコンデンサC1と接続されている。
【0037】
そして、コンデンサC1は、誘電体基板1内を垂直に基板の裏面にまで貫通して形成されたビアV3と接続され、基板の裏面に形成されたグランドパターンGND1と接続されている。
【0038】
かかる構成によって、ビアV3によってインダクタンスが形成され、そのインダクタンスが、前記図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を形成する。
【0039】
一方、誘電体基板1表面に実装されたコンデンサC2は、ビアV4によって、基板内部に形成されたグランドパターンGND2と接続される。そして、基板内部のグランドパターンGND2は、さらにV5を介して基板1裏面のグランドパターンGND3に接続されている。
【0040】
かかる構成によって、ビアV5及びビアV4、更にGND2の持つインダクタンスによって、図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023の役割を果たすこともできる。
【0041】
このように、インダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を、ビアV5及びビアV4と、基板内部に形成した導体パターンGND2を介してグランドGND3と接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0042】
また、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一部または全部を誘電体多層基板1表面に形成することによって、その長さを容易に変更することが可能となり、これによってインピーダンスの調整を容易に行うことができる。
【0043】
そして、本発明における前述したように、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2に接続されるコンデンサC1、C2とグランドGND1、GND2との間に、ビアやパターン等によってインダクタを挿入する方法とを適宜組み合わせることによって、高周波増幅用半導体素子の出力制御電圧に対する出力電力特性の調整、改善が容易かつ効果的に行える結果、図5に示すように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0044】
一方、直流電圧供給用バイアス線路BL2の他端は、ビアV4を介して、誘電体層1bを挟持する一対の対向電極の一方の電極E1と接続されている。そして、他方の電極E2は、ビアV5によって、基板内部に形成されたグランドパターンGND2と接続される。そして、基板内部のグランドパターンGND2は、さらにV6を介して基板1裏面のグランドパターンGND3に接続されている。
【0045】
かかる構成によって、一対の電極E1、E2間でコンデンサC2が形成され、またビアV5及びビアV6、更にGND2の持つインダクタンスによって、図2の回路におけるインダクタL011、L012、L013、L021、L021、L023の役割を果たすこともできる。
【0046】
このように、コンデンサCを誘電体層の一部を対向電極で挟んで形成したり、インダクタL011、L012、L013、L021、L021、L023を、ビアV2や、ビアV5及びビアV6と、基板内部に形成した導体パターンGND2を介してグランドGND3と接続することによって、高周波モジュールの部品数を増やすことなく、所望の特性が実現できる。
【0047】
また、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2の一部または全部を誘電体多層基板1表面に形成することによって、その長さを容易に変更することが可能となり、これによってインピーダンスの調整を容易に行うことができる。
【0048】
そして、本発明における前述したように、直流電圧供給用バイアス線路BL1、BL2に接続されるコンデンサC1、C2とグランドGND1、GND2との間に、ビアやパターン等によってインダクタを挿入する方法とを適宜組み合わせることによって、高周波増幅用半導体素子の出力制御電圧に対する出力電力特性の調整、改善が容易かつ効果的に行える結果、図5に示すように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0049】
また、本発明によれば、図4の高周波モジュールの回路図に示すように、図2の高周波モジュールにおいて、誘導性素子としてのインダクタL011、L012、L013、L021、L022、L023を設ける代わりに、高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路BL011〜BL023との間に、低容量のコンデンサCL011、CL012、CL013、CL021、CL022、CL023を設けることによっても同様の効果を奏する。特にこのコンデンサの容量は100pF以下、さらには70pF以下であることが適当である。この場合、図3におけるコンデンサC1、C2の容量を上記のように調整すればよい。
【0050】
また、低容量コンデンサを用いた場合、ビアV3,V4,V5,V6や、グランドGND2にインダクタを発生させることによって、細かな調整を行うことができ、図5に示したように、出力電力と出力制御用電圧の関係を直線的に制御することができる。
【0051】
なお、本発明によれば、上記のように、多層誘電体基板の表面に、高周波増幅用半導体素子AMPやコンデンサC1、C2が実装された基板の表面は、蓋体によって気密に封止されることが望ましい。
【0052】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高周波モジュール基板では、高周波増幅用半導体素子への直流電圧供給用バイアス線路とグランドの間にコンデンサを接続することで、高周波増幅用半導体素子からの高周波信号が直流電圧供給用端子へ流れないように制御することができるが、前記コンデンサとグランドとの間に誘導性素子を接続する、あるいは低容量のコンデンサを設けることによって、縦続接続される高周波増幅用半導体素子間を適切なインピーダンスになるよう調整することができる。これにより、高周波増幅用半導体素子の設計を変更することなく、出力制御用電圧に対する出力電力特性が直線的に変化するように改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波モジュールの基本回路構成である。
【図2】本発明に係る高周波増幅用半導体素子の特性を調整できる高周波モジュールの回路図である。
【図3】本発明に係る高周波モジュール用誘電体多層基板の概略断面図である。
【図4】本発明に係る高周波増幅用半導体素子の特性を調整できる高周波モジュールの他の回路図である。
【図5】本発明に係る高周波モジュールの電気的特性である。
【図6】従来の高周波モジュールの電気的特性である。
【符号の説明】
ANT・・・アンテナ端子
COP1、COP2・・・カプラ
DIP・・・分波回路
SW1、SW2・・・高周波スイッチ回路
AMP、AMP1、AMP2、AMP011、AMP012、AMP013、AMP021、AMP022、AMP023・・・高周波増幅用半導体素子
Rx01、Rx02・・・受信信号用端子
MON01、MON02・・・モニタ出力端子
BL011、BL012、BL013、BL021、BL022、BL023、BL1、BL2・・・直流電圧供給用バイアス線路
C011、C012、C013、C021、C022、C023、C1、C2・・・コンデンサ
CL011、CL012、CL013、CL021、CL022、CL023・・・低容量コンデンサ
L011、L012、L013、L021、L022、L023、L1、L2・・・インダクタ
Via1、Via2、Via3・・・パターン間接続用ビア
GND1、GND2、GND3・・・接地用グランドパターン
APC・・・出力電力制御回路
Claims (8)
- 複数の誘電体層と導体層とを積層形成してなる多層基板の表面及び/または内部に、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され、各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する複数の高周波増幅用半導体素子と、該高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラとを具備するとともに、該高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路のうち少なくとも1つにコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に誘導性素子が接続されていることを特徴とする高周波モジュール基板。
- 前記直流電圧供給用バイアス線路の途中に少なくとも1個以上のコンデンサが接続され、該コンデンサとグランドとの間に、少なくとも1個以上の誘導性素子が接続されていることを特徴とする請求項1記載の高周波モジュール基板。
- 前記コンデンサに接続される誘導性素子が、グランドビアで形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の高周波モジュール基板。
- 前記コンデンサに接続される誘導性素子が、ビアと少なくとも1層以上のパターンを介してグランドと接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の高周波モジュール基板。
- 複数の誘電体層と導体層とを積層形成してなる多層基板の表面及び/または内部に、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され、前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され、各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する複数の高周波増幅用半導体素子と、該高周波増幅用半導体素子の出力をモニタするためのカプラとを具備するとともに、該高周波増幅用半導体素子に接続される直流電圧供給用バイアス線路のうち少なくとも1つと、グランドとの間に低容量のコンデンサが接続されていることを特徴とする高周波モジュール基板。
- 前記コンデンサの容量が100pF以下であることを特徴とする請求項5記載の高周波モジュール基板。
- 前記直流電圧供給用バイアス線路の少なくとも一部が誘電体多層基板表面に形成され、前記バイアス線路に接続されるコンデンサが表面に実装されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の高周波モジュール基板。
- 前記コンデンサが、前記多層基板の誘電体層の一部を対向電極で挟んで形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の高周波モジュール基板。
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