JP2004201262A

JP2004201262A - 増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール

Info

Publication number: JP2004201262A
Application number: JP2003091672A
Authority: JP
Inventors: Joo Young Choi; 柱永崔
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-07-15
Also published as: US20040116082A1; CN1508978A; US7010274B2; KR100471157B1; KR20040052379A

Abstract

【課題】本発明は、携帯端末機の費用節減及び小型化が図れる増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュールを提供する。
【解決手段】前記アンテナスイッチングモジュールは、能動素子と制御信号(Vc)により前記能動素子をオン/オフ駆動させながら増幅率を決定するバイアス回路とで成り前記送信端(TX)に印加された送信信号を遮断または増幅出力させる増幅器(51)と、前記増幅器(51)とアンテナ端(ANT)との間に設けられ増幅器の出力信号に含まれた高調波成分を除去する低域通過フィルター(52)と、受信信号の波長に対してλ/4の長さで前記アンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結する伝送ライン(53)と、前記伝送ライン(53)の受信端に連結された一端とグラウンドとの間に設けられ制御信号(Vc)によりオン/オフスイッチングするスイッチングダイオード(54)とから成る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯端末機において一つのアンテナを通して無線信号を送受信するためのアンテナスイッチングモジュールに関するもので、より詳しくは、アンテナ端への送受信信号のスイッチングと共に送信信号の電力増幅が行える増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯電話やPDA(Personal Data Assistant)などの携帯端末機は使用場所の制約を解決すべく無線チャネルを通してデータまたは音声信号を送受信する装置のことで、外観や寸法上の問題から普通は1つのアンテナのみ設け、印刷回路基板内の送受信端が交互にアンテナに接続する構造となっている。
【０００３】
最近、携帯端末機の小型化が進むにつれて、携帯端末機用RF部品の開発方向が小型化、モジュール化、多機能化に絞られ、従ってアンテナ端に連結されるRF回路等が各々モジュール化されてきている。中でも、前記アンテナに連結されて2つの信号の接続を交互にスイッチングする回路をモジュール化したアンテナスイッチングモジュール(Antenna Switching Module、以下ASMという。)が提供されており、この他に前記ASMの受信端側に受信信号をフィルタリングするソーフィルターをさらに含んだフロントエンドモジュール(Front End Module、以下FEMという。)が登場し、しかもASMと送信信号を送出レベルに電力増幅させる電力増幅モジュール(Power Amp Module、以下PAMという。)とを単一モジュールに構成させようという試みがなされている。
【０００４】
図７及び図８は、従来のアンテナスイッチングモジュールの構成を示す。同図によると、アンテナスイッチングモジュールは基本的に、送信端(TX)から印加された送信信号に含まれる高調波(harmonic frequency)成分を除去する低域通過フィルター(Low Pass Filter)(111、121)と、送信端(TX)からアンテナ端(ANT)への送信信号伝達を連結または遮断する第１スイッチングダイオード(112、122)と、前記アンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結させて受信周波数に対してλ/4長さの伝送ライン(Transmission line)(113、123)と、受信端(RX)から前記アンテナ端(ANT)への受信信号伝達を連結または遮断する第２スイッチングダイオード(114、124)とから成る。
【０００５】
前記構成において、第1、2スイッチングダイオード(112、114、122、124)の連結方向に応じて、図７及び図８のように第1、2スイッチングダイオード(112、114、122、124)のオン/オフを制御する制御信号(Vc)の印加構成が異なってくる。即ち、図７に示すアンテナスイッチングモジュールの場合は、ハイレベルの制御信号(Vc)を第1スイッチングダイオード(112)のアノードに印加すると、第1スイッチングダイオード(112)がターンオンされ、またカソード端が接地された第2スイッチングダイオード(114)がターンオンされながら、送信信号においては送信端(TX)と低域通過フィルター(111)を経てアンテナ端(ANT)へ繋がる経路が形成され、受信信号においてはアンテナ端(ANT)から伝送ライン(113)を経てグラウンドへ連結される経路が形成される。従って、送信信号がアンテナを通して送出され、受信信号はグラウンドにバイパッシングされて受信端(RX)に伝達されない。
【０００６】
逆に、ローレベルの制御信号(Vc)が印加されると、第1スイッチングダイオード(112)と第2スイッチングダイオード(114)がターンオフされ、アンテナ端(ANT)と送信端(TX)間経路は遮断され、アンテナ端(ANT)から受信端(RX)に至る経路が形成される。従って、アンテナ(ANT)が受けた受信信号が伝送ライン(113)を経て受信端(RX)に出力される。
【０００７】
そして、図８に示すアンテナスイッチングモジュールの場合は、第2スイッチングダイオード(124)のアノード端にハイレベルの制御信号(Vc)を印加すると、第2スイッチングダイオード(124)と第1スイッチングダイオード(122)がターンオンされ、送信端(TX)からアンテナ端(ANT)への信号経路が連結し、受信信号は接地によりバイパスされて受信端(RX)へ印加されず、逆に第2スイッチングダイオード(124)のアノード端にローレベルの制御信号(Vc)を印加すると、第2スイッチングダイオード(124)及び第1スイッチングダイオード(122)がターンオフされ、アンテナ端(ANT)から受信端(RX)への信号経路が形成される。この際、前記低域通過フィルター(111、121)は前端に位置する電力増幅モジュール(図示せず)から発生した不要な高調波成分を除去して送信信号のみアンテナ端(ANT)に伝達する機能を行い、伝送ライン(113、123)は受信周波数帯域に同調して高電力の送信信号が受信端(RX)に流入するのを防止する。
【０００８】
従って、前記のようなアンテナスイッチングモジュールを備えた携帯端末機においては、前記アンテナスイッチングモジュールにマークとスペースが表われるクラック信号を制御信号(Vc)として印加し、送信モードと受信モードを時分割で動作させて送受信を実行している。
【０００９】
かかる従来のアンテナスイッチングモジュールを用いる場合、モジュールの送信端側前段に送信信号を増幅する電力増幅モジュールを別途に設けなければならず、これは携帯端末機の小型化に不向きであった。
【００１０】
従って, アンテナスイッチングモジュールと電力増幅モジュールとを1つの単一部品に具現する試みがなされている。図９はこうした試みの一環として、上述したASMと電力増幅モジュール(PAM)とを一部品に構成した従来のモジュール130を示すが、これは単に従来のPAM(132)とASM(131)の構成をそのまま維持しながら、1つのLTCC基板に各々の回路を装着して具現したものである。
【００１１】
従って、従来の電力増幅器とアンテナスイッチング単一モジュールは、一つの部品に構成されるが、従来のPAM回路及びASM回路がそのまま実装される為に単一モジュールのサイズの縮減効果を期待し難い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した目的を成し遂げるための構成手段で、その目的は、回路を追加することなく基本的なアンテナスイッチング回路に具現し、アンテナ端への送受信信号のスイッチングと共に送信信号の電力増幅を行える増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュールを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、電力増幅器の増幅率を一部分散し、アンテナスイッチングモジュールで行えるようにすることにより、電力増幅器を小型化させたり電力増幅器自体の機能を完全に行う場合に電力増幅器を除去することにより携帯端末機の費用節減及び小型化を図ることのできる増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的を成し遂げるための構成手段として、アンテナ端(ANT)を送信端(TX)または受信端(RX)に選択連結するアンテナスイッチングモジュールにおいて、能動素子(active element)と制御信号(Vc)により前記能動素子をオン/オフ駆動させ増幅率を決定するバイアス回路とで成り前記送信端(TX)に印加された送信信号を遮断または増幅出力させる増幅器；前記増幅器とアンテナ端(ANT)の間に設けられ、増幅器の出力信号に含まれた高調波成分の除去及び信号マッチングを行うための低域通過フィルター及びマッチング回路部；受信信号の波長に対してλ/4長さで前記アンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結する伝送ライン；及び、前記伝送ラインの受信端に連結された一端とグラウンドとの間に設けられ制御信号(Vc)によりオン/オフスイッチングするスイッチングダイオードから成ることを特徴とする。さらに、本発明によるアンテナスイッチングモジュールにおいて、前記増幅器はスイッチング及び増幅用能動素子として1つ以上のバイポーラ接合トランジスタ(BJT)を連結して使用することを特徴とする。さらに、本発明によるアンテナスイッチングモジュールにおいて、前記増幅器はスイッチング及び増幅用能動素子として1つ以上の電界効果トランジスタ(FET)を連結して使用することを特徴とする。さらに、本発明によるアンテナスイッチングモジュールにおいて、前記低域通過フィルター及びマッチング回路部の低域通過フィルターはアンテナ(ANT)端と増幅器及び伝送ラインとの接点間に設けられ、マッチング回路は前記増幅器の出力側に設けられることを特徴とする。
【００１５】
また、上述した本発明の目的を成し遂げるための構成手段として、アンテナ端(ANT)を送信端(TX)または受信端(RX)に選択連結するアンテナスイッチングモジュールにおいて、前記送信端(TX)にコンデンサ(C1)と2つのコイル(L1、L3)を直列に連結し、前記2つのコイル(L1、L3)の接点を直列連結されたコイル(L2)及びコンデンサ(C2)を通してグラウンドさせ、前記コイル(L3)の他端はトランジスタ(Q1)のゲート端に連結する同時に抵抗(R1)とコンデンサ(C3)を通してグラウンドさせ、前記抵抗(R1)とコンデンサ(C3)の接点に第2制御電圧(V2)が印加されるよう連結させ、前記トランジスタ(Q1)のドレイン端には直列連結された2つのコイル(L4、L6)とコンデンサ(C5)を連結し、前記2つのコイル(L4、L6)の接点をコイル(L5)及びコンデンサ(C4)を通してグラウンドさせながら、前記コイル(L5)とコンデンサ(C4)の接点に第1制御電圧(V1)が印加されるよう連結構成した増幅回路部(81)と、前記増幅回路部(81)のキャパシタ(C5)とアンテナ端(ANT)との間に3つのコイル(L7、L9、L11)を直列に連結し、前記2つのコイル(L7、L9)の接点をコイル(L8)及びコンデンサ(C6)を通してグラウンドに連結させ、前記2つのコイル(L9、L11)の接点をコイル(L10)及びコンデンサ(C7)を通してグラウンドに連結させて構成した低域通過フィルター部(82)と、前記低域通過フィルター部(82)のコイル(L7)と受信端(RX)を連結させ、受信信号の波長に対してλ/4長さの伝送ライン(83)と、前記伝送ライン(83)の他端にアノード端が連結されカソード端は接地され、該アノード端に第2制御電圧(V2)が印加されるよう連結されたスイッチングダイオード(84)とを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づき本発明によるアンテナスイッチングモジュールの構成及び作用について詳しく説明する。図１は本発明によるアンテナスイッチングモジュールの基本概念を説明するための模式図である。
【００１７】
図１によると、本発明のアンテナスイッチングモジュールは、送信端(TX)から入力される送信信号を所定レベル増幅し、オン/オフスイッチングされる増幅機能を備えたスイッチング手段(41)と、前記増幅機能を備えたスイッチング手段(41)とアンテナ端(ANT)との間に設けられ、送信信号に含まれた高調波成分を除去してアンテナに印加する低域通過フィルター(42)と、受信信号の波長(λ)に対してλ/4長さでアンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結する伝送ライン(43)と、前記伝送ライン(43)の受信端(RX)に連結された一端とグラウンドとの間に設けられ、オン/オフスイッチング動作するスイッチングダイオード(44)とから成る。
【００１８】
前記構成手段は1つのモジュールに具現されたもので、前記増幅機能を備えたスイッチング手段(41)とスイッチングダイオード(44)のオン/オフスイッチング動作はモジュール外部から印加されるローまたはハイレベルの制御信号により制御される。
【００１９】
前記構成において、前記スイッチングダイオード(44)は、図８に示す従来のアンテナスイッチングモジュールのようにカソードを伝送ライン(123)に連結させアノードが接地されるよう連結することもでき、この場合、入力される制御信号の方向が図１のように連結される場合と逆になる。
【００２０】
上述したように、本発明のアンテナスイッチングモジュールは基本的なアンテナスイッチングモジュールと似た構造から成る。但し、送信端(TX)側の単なるオン/オフスイッチング動作だけのスイッチングダイオードに代えて信号の増幅とオン/オフが同時にできる増幅機能を備えたスイッチング素子、例えば、バイポーラ接合トランジスタ(Bipolar Junction Transistor、BJT)、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)などの能動素子及びこれを駆動するバイアス(bias)回路から成るものである。
【００２１】
その動作は、従来と同様、増幅機能を備えたスイッチング手段(41)とスイッチングダイオード(44)がオフ状態の場合、アンテナ端(ANT)から受信端(RX)への信号経路が形成され、アンテナ端(ANT)で受けた受信周波数信号が伝送ライン(43)を通して受信端(RX)に出力される。この際、受信信号の波長に対してλ/4長さの伝送ライン(43)により、受信周波数信号のみ通過しその帯域外の信号は阻止される。
【００２２】
逆に、増幅機能を備えたスイッチング手段(41)とスイッチングダイオード(44)がオン状態の場合、送信端(TX)からアンテナ端(ANT)へ至る信号経路が形成され、送信端(TX)に入力された送信信号が増幅機能を備えたスイッチング手段(41)と低域通過フィルター(42)を経てアンテナ端(ANT)に出力される。この際、前記増幅機能を備えたスイッチング手段(41)は、入力された送信信号を設定された利得ほどだけ増幅させ、低域通過フィルター(42)は従来と同様、送信端(TX)から発生した高調波成分を除去し、送信帯域の信号のみを通過させる。従って、前記送信端(TX)から入力された送信信号は所定レベル増幅された後にアンテナを通して放射される。
【００２３】
したがって、本発明によるアンテナスイッチングモジュールを適用する場合、前端の電力増幅器モジュールは前記増幅機能を備えたスイッチング手段(41)が提供する利得分ほど低いレベルの送信信号を出力すればよい。従って、それだけ電力増幅器モジュールの負担を軽減させられ、また増幅機能を備えたスイッチング手段(41)において多段階能動素子を連結し必要とする送出レベルを満足できる場合、電力増幅器モジュールを除去する効果まで得られる。
【００２４】
従って、本発明によるアンテナスイッチングモジュールは基本的なアンテナスイッチング構造だけでもアンテナスイッチングモジュール及び電力増幅モジュールの機能まで行う効果を奏する。
【００２５】
以上は本発明の基本原理を説明するためのアンテナスイッチングモジュールの基本構造を示した。以下、実際の実施の形態に基づき本発明の構成及び作用を説明する。
【００２６】
図２は本発明によるアンテナスイッチングモジュールの構成を示すブロック図である。図２によると、前記アンテナスイッチングモジュールは能動素子(active element)と制御信号(Vc)により前記能動素子をオン/オフ駆動させ増幅率を決定するバイアス回路とで成る増幅器(51)と、前記増幅器(51)とアンテナ端(ANT)との間に設けられ増幅器(51)の出力信号に含まれた高調波成分の除去及び信号マッチングのための低域通過フィルター及びマッチング回路部(52)と、受信信号の波長に対してλ/4の長さで前記アンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結する伝送ライン(53)と、前記伝送ライン(53)の受信端(RX)に連結された一端とグラウンドとの間に設けられ制御信号(Vc)によりオン/オフスイッチングするスイッチングダイオード(54)とから成る。
【００２７】
前記構成において、前記増幅器(51)は1つの能動素子で具現させることもでき、2つ以上の能動素子をカスケード接続して多段増幅器とさせることもできる。但し、エネルギーを発生させる能動素子を制御信号(Vc)により順方向活性モードまたは遮断モードへと動作モードを転換させるようバイアス回路が構成されなければならない。
【００２８】
こうした能動素子と、抵抗、キャパシター及びコイルのような受動素子とを利用した増幅回路の構成方法は電気回路分野において一般に周知のことで、本発明で要求される増幅機能及びオン/オフスイッチング機能を全て備えるなら従来の如何なる増幅回路であろうとも利用できる。そして、前記増幅器(51)は能動素子がターンオンの際にバイアス回路により設定される利得で入力信号を増幅することになる。こうした増幅器(51)を成す能動素子としてはバイポーラ接合トランジスタと電界効果トランジスタ及びその他如何なるトランジスタでもよい。
【００２９】
さらに、低域通過フィルター及びマッチング回路部(52)において、低域通過フィルターは従来のアンテナスイッチングモジュールにおけるように送信端(TX)から発生した高調波成分がアンテナ端(ANT)に印加されるのを阻止する手段で、アンテナ端(ANT)と送受信端(TX、RX)との連結接点(a)の間に設けることができる。また、前記マッチング回路は増幅器(51)の出力インピーダンスにマッチングさせて信号損失を減衰するためのもので、低域通過フィルターと共に具現してもよく、前記増幅器(51)内でバイアス回路と共に具現してもよい。
【００３０】
図２によると、制御信号(Vc)によって増幅器(51)及びスイッチングダイオード(54)がターンオンまたはターンオフされるが、例えば、制御信号(Vc)にハイレベル電圧が印加されると、前記増幅器(51)及びスイッチングダイオード(54)は順方向活性モードで動作してオン状態になり、逆にローレベル電圧が印加されると、前記増幅器(51)及びスイッチングダイオード(54)は遮断モードとなりターンオフになる。この際、アンテナスイッチングモジュールのスイッチング動作は従来と同一である。
【００３１】
以上に説明した図２のアンテナスイッチングモジュールは各回路が単一チップで具現されたものである。図３及び図４は図２のアンテナスイッチングモジュールにおける実施の形態を示すもので、図３のアンテナスイッチングモジュールはバイポーラ接合トランジスタで、図４は電界効果トランジスタで具現した場合を示す。
【００３２】
図３によると、本発明の第1実施の形態によるアンテナスイッチングモジュールは図２の増幅器(51)にバイポーラ接合トランジスタ(61)を用いたもので、前記バイポーラ接合トランジスタ(61)のベース端を送信端(TX)に連結する同時に制御信号(Vc)入力端に連結させ、コレクタ端は動作電源(Vcc)とローバス及びマッチング回路(62)の入力に連結させ、エミッタ端は接地されるよう連結させて成る。
【００３３】
前記バイポーラ接合トランジスタは、一般にエミッタ(emitter)、ベース(base)及びコレクタ(collector)の3要素デバイスとしてバイポーラトランジスタまたは接合トランジスタともいわれる。前記バイポーラトランジスタは共通の半導体層を共有する2つの接合から成るが、各接合のバイアス方向に応じて4種の動作モードが存在する。
【００３４】
こうしたバイポーラ接合トランジスタの動作モードについて簡単に説明すれば、エミッタ-ベース間が順方向、コレクタ-ベース間が逆方向にバイアスされる場合、バイポーラトランジスタは順方向活性モード(forward-active)で動作し、エミッタ-ベースバイアスレベル(V_BE)の変化がエミッタ電流(I_E)値を調節し、該電流(I_E)値に応じてコレクタ電流(I_C)が調節されるもので、増幅器として使用できる。
【００３５】
次いで、エミッタ-ベース接合及びコレクタ-ベース接合全てが逆バイアスとなれば遮断モード(cutoff mode)として開いたスイッチと似た動作を行い、逆に、エミッタ-ベース接合及びコレクタ-ベース接合全てが順バイアスになると、飽和モード(saturation mode)として閉じたスイッチの状態と同じくなる。
【００３６】
最後に、エミッタ-ベース接合は逆バイアス、コレクタ-ベース接合は順バイアスがかかると、該バイポーラトランジスタは逆方向活性モード(reverse-active or inverted mode)となり、該動作モードはアナログスイッチング回路またはディジタル回路に応用される。
【００３７】
本発明は前記バイポーラトランジスタの順方向活性モード及び遮断モードを応用したもので、前記アンテナスイッチングモジュールに具備されるバイポーラトランジスタ(61)のコレクタ-ベース接合に逆バイアスをかけた状態で、そのエミッタ-ベース接合を順バイアスまたは逆バイアスに転換させることにより、前記バイポーラトランジスタ(61)が増幅器または開いたスイッチとして動作するよう制御する。
【００３８】
即ち、図３のように、バイポーラトランジスタ(61)のコレクタは電源端(VCC)と低域通過フィルター及びマッチング回路部(62)に連結させ、エミッタはグラウンドに連結させ、ベースは送信端(TX)及び制御信号(Vc)入力端に連結させることにより、制御信号(Vc)にほぼ0Vの信号が印加される場合、エミッタ-ベース接合に逆バイアスとなり、前記バイポーラトランジスタ(61)が遮断モードになり、開いたスイッチと同じくベースに印加された送信信号をコレクタ側に伝達しない。逆に、制御信号(Vc)から所定レベルの電圧（例えば、4V）が印加される場合、エミッタ-ベース接合が順バイアスに転換され、送信端(TX)から入力されベースに印加された送信信号がコレクタ側に増幅されて表われる。この際、入力信号に対する出力信号の電圧利得は前記バイポーラトランジスタ(61)の周辺に連結された受動素子(抵抗、コンデンサ及びコイル)によって決まる。従って、前記バイポーラトランジスタ(61)のバイアス回路を如何に構成するかによって信号の増幅率が決定される。そして、その他のローバス及びマッチング回路部(62)と伝送ライン(63)及びスイッチングダイオード(64)は、図２に示すローパス及びマッチング回路部(52)と伝送ライン(53)、並びにスイッチングダイオード(54)と同じ作用を働く。
【００３９】
次に、図４によると、第2実施の形態のアンテナスイッチングモジュールは図２に説明した増幅器(51)に電界効果トランジスタ(71)を用いたものである。前記電界効果トランジスタは一般に、n型またはp型半導体の両端にオーム接触でドレーン(drain)及びソース(source)端を形成し、前記半導体に形成された2つの薄いp+またはn+領域を電気的に連結するためのゲート(gate)端を含み、この際、前記2つのゲート間の半導体領域をチャネル(channel)といい、これを通して多数のキャリアがソースとドレーンの間を動くようにさせるもので、ゲートとソース間の電圧によってソースとドレーン間の電流を制御できるトランジスタのことをいう。
【００４０】
こうした電界効果トランジスタは先に説明したバイポーラトランジスタのようにオーム(ohm)領域、飽和(saturation)領域、降伏(breakdown)領域、及び遮断(cutoff)領域から成る4種の動作領域を有し、各々の動作領域について簡単に説明すれば次のとおりである。
【００４１】
オーム(ohm)領域は電圧可変抵抗領域ともいい、この際、電界効果トランジスタはゲート-ソース電圧(V_GS)によってその値が決まるオーム抵抗のように行動し、この際、ドレーン（ドレイン）電流(I_D)対ドレーン-ソース電圧(V_DS)特性は｜Ｖ_ＧＳ｜の増加につれて減少する。そして、飽和領域はピンチオフ(pinch-off)領域とも呼ばれるもので、所定のV_GSが印加された状態でドレーン-ソース電圧(V_DS)をピンチオフ(pinch off)電圧以上に増加させると表われるドレーン電流(I_D)がドレーン-ソース電圧(V_DS)に係らず一定に維持される区間のことで、この際、ドレーン電流(I_D)は逆バイアスゲートソース電圧(V_GS)に依存する。次に、降伏領域は、ゲート接合に電子なだれ降伏が起こりドレーン電流が無限大になる区間として、前記電子なだれを引き起こすドレーン-ソース電圧はゲート-ソース電圧によって異なる。最後に遮断領域は｜Ｖ_ＧＳ｜＞｜Ｖ_ｐ｜(ここで、V_Pはピンチオフ電圧である)の条件を満たす区間として、この際ドレーン電流(I_D)はほぼ0になり、開いたスイッチのような状態になる。
【００４２】
本発明は前記のような電界効果トランジスタの動作領域中、遮断領域と飽和領域を利用したもので、先に説明したように、ゲート-ソース電圧(V_GS)を調節することで遮断領域と飽和領域間の転換が可能となる。
【００４３】
即ち、本発明のアンテナスイッチングモジュールにおいて、前記電界効果トランジスタ(71)をゲート端は送信端(TX)及び制御信号(Vc)入力端に連結させ、ドレーン端は低域通過フィルター及びマッチング回路部(72)に連結させ、ソース端は接地されるように連結させて構成してから、制御信号(Vc)によって電界効果トランジスタ(71)のゲート-ソース電圧(V_GS)を調節して、前記電界効果トランジスタ(71)を遮断または増幅動作させる。
【００４４】
その他に、ローパス及びマッチング回路部(72)と伝送ライン(73)並びにスイッチングダイオード(74)は図２のローパス及びマッチング回路部(52)と伝送ライン(53)並びにスイッチングダイオード(54)と同じ作用を働く。
【００４５】
図５は図４に示す本発明の第2実施の形態に基づき実際に具現したアンテナスイッチングモジュールの詳細回路図である。図によると、前記アンテナスイッチングモジュールの増幅器(81)は、ゲート端が送信端(TX)に連結されソース端は接地されドレーン端は低域通過フィルター部(82)及び伝送ライン(83)に連結された電界効果トランジスタ(Q1)と、前記トランジスタ(Q1)のゲート端と送信端(TX)との間に直列に設けられたコンデンサ(C1)及びコイル(L1、L3)と、前記コイル(L1、L3)の接点とグラウンドとの間に直列に設けられたコイル(L2)及びコンデンサ(C2)と、前記トランジスタ(Q1)のゲートとグラウンドとの間に直列に設けられ該接点に制御信号(V2)が印加される抵抗(R1)及びキャパシタ(C3)と、前記トランジスタ(Q1)のドレーンと低域通過フィルター部(82)との間に直列に設けられたコイル(L4、L6)及びキャパシタ(C5)と、前記コイル(L4、L6)の接点とグラウンドとの間に直列に設けられ該接点にバイアス電圧(V1)が印加されるコイル(L5)及びキャパシタ(C4)とで成る。
【００４６】
そして、低域通過フィルター部(82)は図示のように、前記増幅器(81)とアンテナ端(ANT)との間にπ形で結合された多数のコイル(L7〜L11)及びキャパシタ(C6、C7)とで成る。
【００４７】
さらに、受信信号の波長に対して1/4長さの伝送ライン(83)の一端が前記低域通過フィルター(82)と増幅器(81)に共通に連結され、他端は受信端(RX)及びスイッチングダイオード(84)のアノード端に連結される。そして、前記スイッチングダイオード(84)はカソード端が接地され、アノード端に制御電圧(V2)が印加される。
【００４８】
前記のように構成されたアンテナスイッチングモジュールの動作は、制御電圧(V1)には一定の電圧(動作電源)が印加され続ける状態で、制御信号(V2)にハイレベル電圧信号を印加すると、電界効果トランジスタ(Q1)は飽和領域で動作し、前記制御電圧(V1)によるドレーン-ソース電圧に比例するドレーン電流(I_D)を発生させ、これによって送信端(TX)に印加された送信信号は前記トランジスタ(Q1)により増幅出力され、低域通過フィルター部(82)を通してアンテナ端(ANT)に送出される。この際、前記増幅器(81)から出力された送信信号は受信信号の波長に対して1/4長さの伝送ライン(83)により受信端(RX)へは伝達されない。また、前記ハイレベル制御電圧(V2)によってスイッチングダイオード(D2)がターンオンされ、アンテナ端(ANT)に受信された受信信号をグラウンドにバイパスさせる。
【００４９】
逆に、ローレベルの制御信号(V2)が印加されると、前記トランジスタ(Q1)の遮断領域で動作し、開いたスイッチと同じ状態になる。従って、送信端(TX)から印加された送信信号がアンテナ端(ANT)に伝達されなくなる。また、前記ローレベルの制御信号(V2)によってスイッチングダイオード(84)もターンオフされ、こうしてアンテナ端(ANT)に入力された受信信号が伝送ライン(83)を通して受信端(RX)に出力される。
【００５０】
図６は図５のように具現され送信帯域の中心周波数が1747.5MHz、受信帯域の中心周波数が1842.5MHzであるアンテナスイッチングモジュールの動作特性を測定した結果を示すもので、同図の(Ａ)は制御信号(V2)にハイレベル電圧が印加された場合、即ち、送信モードで動作する際の信号伝達特性を測定したもので、送信端(TX)からアンテナ端(ANT)に伝わる信号は送信帯域の中心周波数(1747.5MHz)を基準に約75MHz帯域で+10デシベル以上の利得を呈すのに反して、アンテナ端(ANT)から受信端(RX)への特性は受信帯域で約-20デシベル以下の減衰特性を表した。
【００５１】
これに対して、同図の(Ｂ)は制御信号(V2)にローレベル電圧が印加された場合、即ち、受信モードで動作する際の信号伝達特性を測定したグラフで、受信帯域の中心周波数(1842.5MHz)を基準に約75MHz帯域でアンテナ端(ANT)から受信端(RX)に伝わる信号に減衰が表われないが、送信端(TX)からアンテナ端(ANT)に伝わる信号は約-数十デシベルの減衰特性を示した。
【００５２】
図６のグラフによると、本発明のアンテナスイッチングモジュールは送信信号をより高いレベルでアンテナ端に送出し、受信信号を減衰させることなく受信端に伝達することがわかる。なお、先に説明したように、図２ないし図５の構成において、スイッチングダイオード(54、64、74、84)は図８のように、カソードが伝送ライン(23)に連結されアノードが接地されるよう構成することもでき、この際、制御信号(Vc)は同じくアノード端に印加される。また、本発明は上述した構成に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において変形可能である。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように、本発明は電力増幅モジュールの無いアンテナスイッチングモジュールのみで送信信号を増幅出力できるようにする優れた効果があり、その結果、アンテナスイッチングモジュール内での増幅度を調節することにより、電力増幅モジュールの負担を省くか電力増幅モジュール自体を不要にし、こうして携帯端末機に装着する部品数を減らし、携帯端末機の費用節減及び小型化を図ることができるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナスイッチングモジュールの概念を説明する模式図である。
【図２】本発明によるアンテナスイッチングモジュールの基本構造を示す回路図である。
【図３】バイポーラトランジスタを設けた本発明によるアンテナスイッチングモジュールの一実施の形態を示す構成図である。
【図４】電界効果トランジスタを設けた本発明によるアンテナスイッチングモジュールの他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるアンテナスイッチングモジュールの詳細回路図である。
【図６】(Ａ)、(Ｂ)は本発明によるアンテナスイッチングモジュールの動作特性を示すグラフである。
【図７】従来のアンテナスイッチングモジュールを示す回路図である。
【図８】従来の他のアンテナスイッチングモジュールを示す回路図である。
【図９】電力増幅器とアンテナスイッチングモジュールが単一モジュールにされた従来のフロントエンドモジュールを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
41 増幅機能を備えたスイッチ
42 低域通過フィルター
43 伝送ライン
44 スイッチングダイオード
61 バイポーラ接合トランジスタ
71 電界効果トランジスタ

Claims

アンテナ端(ANT)を送信端(TX)または受信端(RX)に選択連結するアンテナスイッチングモジュールにおいて、
能動素子(active element)と制御信号(Vc)により前記能動素子をオン/オフ駆動させ増幅率を決定するバイアス回路とで成り、前記送信端(TX)に印加される送信信号を遮断または増幅出力する増幅器(51)と、
前記増幅器(51)とアンテナ端(ANT)との間に設けられ増幅器(51)の出力信号に含まれた高調波成分の除去及び信号マッチングのための低域通過フィルター及びマッチング回路部(52)と、
受信信号の波長に対してλ/4長さで前記アンテナ端(ANT)と受信端(RX)とを連結する伝送ライン(53)と、
前記伝送ライン(53)の受信端(RX)に連結された一端とグラウンドとの間に設けられ制御信号(Vc)によりオン/オフスイッチングするスイッチングダイオード(54)と、
を有することを特徴とする増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール。
前記増幅器(51)は、スイッチング及び増幅用能動素子として1つ以上のバイポーラ接合トランジスタ(BJT)を連結して使用することを特徴とする請求項1に記載の増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール。
前記増幅器(51)は、スイッチング及び増幅用能動素子として1つ以上の電界効果トランジスタ(FET)を連結して使用することを特徴とする請求項1に記載の増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール。
前記低域通過フィルター及びマッチング回路部(52)において、前記低域通過フィルターはアンテナ(ANT)端と増幅器(51)の間に設けられ、マッチング回路は前記増幅器(51)の出力側に設けられることを特徴とする請求項1に記載の増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール。
アンテナ端(ANT)を送信端(TX)または受信端(RX)に選択連結するアンテナスイッチングモジュールにおいて、
前記送信端(TX)にコンデンサ(C1)と2つのコイル(L1、L3)を直列に連結し、前記2つのコイル(L1、L3)の接点に直列連結されたコイル(L2)及びコンデンサ(C2)を通してグラウンドさせ、前記コイル(L3)の他端はトランジスタ(Q1)のゲート端に連結するとともに抵抗(R1)とコンデンサ(C3)を通してグラウンドさせ、前記抵抗(R1)とコンデンサ(C3)の接点に第2制御電圧(V2)が印加されるよう連結させ、前記トランジスタ(Q1)のドレイン端には直列連結された2つのコイル(L4、L6)とコンデンサ(C5)を連結し、前記2つのコイル(L4、L6)の接点をコイル(L5)及びコンデンサ(C4)を通してグラウンドさせながら、前記コイル(L5)とコンデンサ(C4)の接点に第1制御電圧(V1)が印加されるよう連結構成した増幅回路部(81)と、
前記増幅回路部(81)のキャパシタ(C5)とアンテナ端(ANT)との間に3つのコイル(L7、L9、L11)を直列に連結し、前記2つのコイル(L7、L9)の接点をコイル(L8)及びコンデンサ(C6)を通してグラウンドに連結させ、前記2つのコイル(L9、L11)の接点をコイル(L10)及びコンデンサ(C7)を通してグラウンドに連結させて構成した低域通過フィルター部(82)と、
前記低域通過フィルター部(82)のコイル(L7)と受信端(RX)を連結させ、受信信号の波長に対してλ/4長さの伝送ライン(83)と、
前記伝送ライン(83)の他端にアノード端が連結されカソード端は接地されて、該アノード端に第2制御電圧(V2)が印加されるよう連結されたスイッチングダイオード(84)と、
を有することを特徴とする増幅機能を備えたアンテナスイッチングモジュール。