JP2004260739A - 高周波スイッチモジュール及びそれを用いた無線電話通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グランド面導体を経由した線路導体へのフィルタ遮断信号の重畳を効果的に抑制できる高周波スイッチモジュールを提供する。
【解決手段】高周波スイッチモジュール２は、アンテナ側入出力端子と、受信出力端子及び送信入力端子とを相互に接続する信号伝送経路上に設けられたフィルタ４１Ａとを備える。フィルタ４１Ａと該フィルタ４１Ａの通過信号を扱う線路導体１１１とを、互いにグランド分離されるべき被グランド分離要素として、それら被グランド分離要素を、積層体８０内部にて空間的に互いに分離され、かつ、各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体１０３，１０１に対向させる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線電話通信装置に使用する高周波スイッチモジュールとそれを用いる無線電話通信装置に関する。なお、本発明の適用対象となる無線電話通信装置は、無線電話回線網を利用して双方向通信を行なう装置全般を意味し、携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの一般的な意味での無線電話器はもちろん、端末機能を組み込んだ電話機や逆に電話回線接続機能を有した可搬型コンピュータなどの携帯型端末装置、無線電話回線接続用モデム、及び該モデムを組み込んだ可搬型コンピュータなども概念として包含する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平５−２６７９０９号公報
【特許文献２】
特開平８−９７７４３号公報
【０００３】
上記の無線電話通信装置、例えばデジタル携帯電話において、アンテナと送信回路との接続、及びアンテナと受信回路との接続を切り換えるために、高周波スイッチ（アンテナスイッチ）が用いられている。特に近年ではデジタル携帯電話の普及台数が急激に増加しており、通信方式もＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳ、ＰＤＳ、ＣＤＭＡなど次々と新しい種類のものが開発され、採用されるに至っている。
また、加入回線数の増加に伴い、使用する電波の周波数帯域も当初の数１００ＭＨｚ帯から、ＧＨｚ帯へと拡張しており、通信方式に応じて種々の周波数帯が割り当てられている。
【０００４】
携帯電話機に使用されるアンテナスイッチモジュールは、小型・軽量化を図るため、線路導体とグランド用面導体を有する導体層と誘電体層とが積層された、高周波回路積層体として構成されることが多くなってきている。グランド用面導体は電位基準として用いたり、回路要素を電磁的にシールドしたりするために使用される。従来、アンテナスイッチ等に使用される高周波回路用積層体においてグランド用面導体は、電位基準用として用いることを考慮して、面導体の数を一層のみとするか、あるいは複数層設ける場合においても、同一グランド端子への接続あるいはビア接続により、積層体内において電気的に一体化された形で用いられていた（特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような高周波回路積層体には、アンテナ側入出力端子と、受信出力端子及び送信入力端子とを相互に接続する信号伝送経路上に種々の目的のためにフィルタが組み込まれる。例えば、送信入力端子につながる送信入力用信号伝送経路上には、送信信号に含まれる高調波成分を除去するためのローパスフィルタが設けられることが多い。また、アンテナから受信された高周波信号は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタなどのフィルタを通過することにより、所望の周波数帯の信号に分離され、スイッチ回路を経て受信出力端子に供給される。
【０００６】
この場合、フィルタを構成する回路は、遮断した周波数帯の信号をグランドに流すため、接地分岐路を有するものとして構成される。また、フィルタがＬＣフィルタなどのパッシブフィルタにて構成されている場合は、導体占有面積の大きいコイルやコンデンサを積層体に内層する必要がある。積層体の小型化及び小面積化を図るためには、フィルタの接地分岐路を接続するグランド面導体は、積層体内においてフィルタ構成要素に対向する形で配置せざるを得ない。
【０００７】
ところが、本発明者らが検討したところ、フィルタの通過信号を扱う線路導体が、同じグランド面導体をフィルタと共用する形でストリップラインやマイクロストリップラインを形成している場合、フィルタの減衰特性が悪化する不具合を招くことがわかった。
【０００８】
本発明の課題は、グランド面導体を経由した線路導体へのフィルタ遮断信号の重畳を効果的に抑制でき、ひいてはフィルタの減衰特性を向上できる高周波スイッチモジュールと、それを用いた無線電話通信装置とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明の高周波スイッチモジュールは、
アンテナに接続して使用され、アンテナ受信信号とアンテナ送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子と、
アンテナ側入出力端子からの受信信号を無線電話通信装置の受信回路側へ出力する受信出力端子と、無線電話通信装置の送信回路からの送信信号が入力される送信入力端子との、アンテナ側入出力端子に対する接続を切り換えるスイッチ回路と、
アンテナ側入出力端子と、受信出力端子及び送信入力端子とを相互に接続する信号伝送経路上に設けられたフィルタとを備えるとともに、
信号伝送経路の一部をなす線路導体とグランド面導体とを有する導体層と誘電体層とが積層された積層体として構成され、スイッチ回路の構成素子とフィルタの構成素子とが、導体層を構成する素子パターンの形で積層体に内層されており、また、該積層体の表面にアンテナ側入出力端子、各スイッチ回路の受信出力端子と送信入力端子、及びグランド面導体に導通するグランド端子が露出形成されてなり、さらに、フィルタと該フィルタの通過信号が通過する線路導体とを、積層体内部にて空間的に互いに分離され、かつ、各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の無線通信電話装置は、上記本発明の高周波スイッチモジュールと、
該高周波スイッチモジュールのアンテナ側入出力端子に接続されるアンテナと、
受信出力端子に接続される受信回路と、
送信入力端子に接続される送信回路とを備えたことを特徴する。
【００１１】
上記本発明の高周波スイッチモジュール及びそれを用いた無線通信電話装置によると、高周波スイッチモジュールが線路導体とグランド用面導体を有する導体層と誘電体層とが積層された積層体として構成される。本発明者らが鋭意検討した結果、フィルタの通過信号を扱う線路導体が、同じグランド面導体をフィルタと共用する形でストリップラインやマイクロストリップラインを形成している場合、高調波成分などのフィルタで遮断されたはずの帯域の信号（以下、遮断信号という）がグランド面導体を経由して線路導体に重畳しやすく、フィルタの減衰特性悪化につながっていることが判明した。そこで、フィルタと該フィルタの通過信号を扱う線路導体とを空間的に互いに分離された個別のグランド面導体に対向させる構成を採用したところ、フィルタの遮断信号がグランド面導体を経由して線路導体上に乗ることが効果的に抑制され、フィルタの減衰特性が向上することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１２】
特に、フィルタが、高調波除去等のため、特定周波数帯の高域側を遮断する特性を有したフィルタ（以下、高域遮断フィルタともいう）であり、線路導体が、当該フィルタの通過信号を扱う線路導体である場合、フィルタの減衰特性改善効果が特に顕著となる。高域遮断フィルタは、例えばローパスフィルタとすることができるが、バンドパスフィルタやバンドリジェクトフィルタであってもよい。
【００１３】
前記のフィルタは、送信入力端子につながる送信入力用信号伝送経路上に設けられた送信入力用ローパスフィルタとすることができる。 送信入力用信号伝送経路が、アンテナ側入出力端子につながるアンテナ用信号伝送経路と、受信出力端子につながる受信出力用信号伝送経路とに、スイッチ回路を介して切り替え可能に接続されてなる場合、送信入力用ローパスフィルタとアンテナ用信号伝送経路をなす線路導体とを各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させることができる。
【００１４】
送信入力端子から入力される送信信号は、送信回路にて増幅されたあとの信号であり、高レベルの高調波成分がより生じやすい。この高調波成分は上記の送信入力用ローパスフィルタにて除去できるが、該送信入力用ローパスフィルタを通過後はアンテナを経て送信されるので、除去された高調波等の遮断信号成分がグランド導体を経てアンテナに向かう送信経路（アンテナ用信号伝送経路）に重畳すると、送信信号の直接的な品質劣化につながる問題がある。しかしながら、上記のように送信入力用ローパスフィルタとアンテナ用信号伝送経路をなす線路導体とがグランド分離されていれば、このような不具合が極めて効果的に抑制され、送信信号の品質向上を図ることができる。
【００１５】
また、フィルタを、アンテナ側入出力端子につながるアンテナ用信号伝送経路上に設けられた受信用帯域分離フィルタとし、
受信出力端子に、受信用帯域分離フィルタよりも狭い通過帯域幅を有する、弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路からなり、受信用帯域分離フィルタを通過後の受信信号から使用周波数帯域のものを抽出する使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路が接続されてなり、
アンテナ用信号伝送経路が、送信入力端子につながる送信入力用信号伝送経路と、受信出力端子につながる受信出力用信号伝送経路とに、スイッチ回路を介して切り替え可能に接続されてなり、受信用帯域分離フィルタと受信出力用信号伝送経路をなす線路導体とを、各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させることができる。
【００１６】
上記構成によると、アンテナで受信された受信信号は、所望の周波数帯域が受信用帯域分離フィルタにより粗く切り分けられ、さらに、受信出力端子に接続された使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路により、狭い帯域幅の使用周波数帯域の信号が抽出される。高周波帯を使用する携帯電話等の移動体通信では、回線数を多数確保するために割り当てられた帯域幅が非常に狭く、使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路は、通過帯域幅を５０〜７５ＭＨｚ程度の範囲に収めた狭帯域フィルタとして構成しなければならない（通過帯域幅が５０ＭＨｚ以下では、使用周波数帯域の信号を、余裕を持って抽出することが困難となり、７５ＭＨｚ以上ではノイズの増加につながる）。
【００１７】
圧電セラミックの表面弾性波を用いた狭帯域フィルタは、通過周波数帯の近傍では非常に急峻で良好な減衰特性を示すものの、通過周波数帯からある程度隔たった周波数帯域では、減衰特性は急速に悪化する。従って、受信用帯域分離フィルタにより、狭帯域フィルタの通過帯域から隔たった周波数域の信号成分を予め遮断しておくことが重要である。しかし、受信用帯域分離フィルタによる遮断信号成分がグランド導体を経て受信出力用信号伝送経路に重畳すると、該遮断信号成分は、狭帯域フィルタの通過帯域から隔たった周波数域のものであるため、減衰が不十分となり、受信信号の品質劣化につながる問題がある。そこで、上記のように受信用帯域分離フィルタと受信出力用信号伝送経路をなす線路導体とがグランド分離されていれば、このような不具合が極めて効果的に抑制され、受信信号の品質向上を図ることができる。特に、受信用帯域分離フィルタが、グランド導体を経た高調波漏洩が生じやすいローパスフィルタで構成されている場合、上記の効果が特に顕著である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、複数の周波数帯域を扱う無線電話通信装置の一例である、デュアルバンド型デジタル携帯電話機（以下、単に携帯電話機ともいう）の電気的構成を示すブロック図である。携帯電話機１は、Ｉ／Ｏポート１１と、これに接続されるＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３及びＲＡＭ１４等からなる主制御部としての制御用マイクロプロセッサ１０を有し、そのＩ／Ｏポート１１には、テンキー型の周知のプッシュボタンで構成されたダイアル入力部５、携帯電話機１をオンフック状態とオフフック状態との間で切り換えるオンフック／オフフック切換スイッチ６、及び使用周波数帯を切り換えるバンド切換スイッチ７が接続される。また、受話器３はアンプ１５とＤ／Ａ変換器１６を介して、送話器４はアンプ１７とＡ／Ｄ変換器１８とを介して、さらに液晶モニタ（ＬＣＤ）１９がモニタ制御回路２０を介して、それぞれＩ／Ｏポート１１に接続されている。
【００１９】
また、Ｉ／Ｏポート１１には電話接続回路９が接続されている。該電話接続回路９は、２つの使用周波数帯のうち低域側のものに対応する第一変調部３２Ａ、第一送信部３３Ａ（これらは第一送信回路を構成する）、第一受信部３５Ａ及び第一復調部３６Ａ（これらは第一受信回路を構成する）、同じく高域側のものに対応する第二変調部３２Ｂ、第二送信部３３Ｂ（これらは第二送信回路を構成する）、第二受信部３５Ｂ及び第二復調部３６Ｂ（これらは第二受信回路を構成する）、通信搬送波を必要な周波数にて合成する周波数シンセサイザ３４、本発明の高周波スイッチモジュール２及びこれに接続されるアンテナ３９、高周波スイッチモジュール２に含まれる分波回路４４（図２：後述）からの各分波受信信号から、使用周波数帯域のものを抽出する使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路４０Ａ，４０Ｂ等を含んで構成される。また、図示は省略しているが、電話接続回路９には、ハンドオーバー用の制御用電波発信部も含まれている。
【００２０】
上記電話接続回路９の構成要素のうち、高周波スイッチモジュール２以外の部分は、一般のデジタル携帯電話機と何ら変わりはなく周知であるので、詳細な説明は省略する。また、携帯電話機１の基本動作も周知のものと同様であるが、概略を述べれば以下の通りである。すなわち、送話器４から入力された音声はアンプ１７で増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器１８によりデジタル変換された後、選択された使用周波数帯に対応する変調部（３２Ａ又は３２Ｂ）により変調され、さらに送信部（３３Ａ又は３３Ｂ）にて搬送波と合成・増幅され、高周波スイッチモジュール２及びアンテナ３９から送信される。他方、受信電波はアンテナ３９及び高周波スイッチモジュール２を介して選択された使用周波数帯に対応する受信部（３５Ａ又は３５Ｂ）で受信され、搬送波成分が取り除かれた後、復調部（３６Ａ又は３６Ｂ）でデジタル音声信号に復調され、Ｄ／Ａ変換機１６及びアンプ１５を介して受話器３から出力される。
【００２１】
高周波スイッチモジュール２は、受信信号と送信信号とを、スイッチ制御用信号（後述するＶＣ１〜ＶＣ２：信号制御は制御用マイクロプロセッサ１０が行なう）を受けて、時分割方式で切り換える。他方、使用周波数帯の切り替えは、本実施形態ではバンド切換スイッチ７の操作により制御用マイクロプロセッサ１０が行なうようにしているが、周波数シンセサイザ３４を用いてバンドスキャンを行い、適合する周波数帯に自動切り換えを行なうようにしてもよい。なお、本実施形態では、第一使用周波数帯（バンド）が１ＧＨｚ未満の通信方式（例えば９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ方式）に対応するものであり、第二使用周波数帯が１ＧＨｚ以上の通信方式（例えば１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ１８００方式）に対応するものである。なお、制御用マイクロプロセッサ１０が行なう切換処理は、主として、Ｉ／Ｏポート１１における変調部３２Ａ／３２Ｂ及び復調部３６Ａ／３６Ｂのポート切換処理、及び周波数シンセサイザ３４への指示周波数切換処理等である。
【００２２】
次に、図２は、高周波スイッチモジュール２の一例を示す回路図である。高周波スイッチモジュール２は前述の通りアンテナ３９に接続して使用されるものであり、アンテナ受信信号とアンテナ送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子ＡＮＴを有する。アンテナ側入出力端子ＡＮＴからのアンテナ受信信号（▲１▼）は、分波回路４４において低域側分波受信信号（▲２▼）及び高域側分波受信信号（▲４▼）とに分波される。このうち、高域側分波受信信号はハイパスフィルタ回路４６により抽出・分波され、低域側分波受信信号は同じく分波回路側ローパスフィルタ回路４５により抽出・分波される。ハイパスフィルタ回路４６及び分波回路側ローパスフィルタ回路４５は、本実施形態ではいずれもアナログフィルタ回路（ここではアナログパッシブフィルタ回路であるＬＣフィルタ回路）にて構成されており、各々受信用帯域分離フィルタとして機能する。
【００２３】
各周波数帯域の受信信号は、同じく送信信号との間で、対応するスイッチ回路４２Ａ，４２Ｂにより切り換えられる。具体的には、送信入力端子ＴＸ１（低域側），ＴＸ２（高域側）につながる送信入力用信号伝送経路１０９，１１０が、アンテナ側入出力端子ＡＮＴにつながるアンテナ用信号伝送経路１１１，１１２と、受信出力端子ＲＸ１（低域側），ＲＸ２（高域側）につながる受信出力用信号伝送経路１１３，１１４とに、個別のスイッチ回路４２Ａ，４２Ｂを介して切り替え可能に接続されている。
【００２４】
スイッチ回路４２Ａ，４２Ｂは、携帯電話（図１：無線電話通信装置）１の受信回路（受信部３５Ａ／３５Ｂ及び復調部３６Ａ／３６Ｂ）側へ、低域側分波受信信号と高域側分波受信信号とをそれぞれ出力する受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２と、携帯電話１の送信回路（変調部３２Ａ／３２Ｂ及び送信部３３Ａ／３３Ｂ）からの送信信号が入力される送信入力端子ＴＸ１，ＴＸ２とに接続し、アンテナ側入出力部ＡＮＴに対する受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２と送信入力端子ＴＸ１，ＴＸ２との接続を切り換えるものである。
【００２５】
なお、送信入力端子ＴＸ１を介して第一送信部３３Ａから入力される低域側送信信号は、高調波等を含む高周波側のノイズ成分を第一送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ（図２：ローパスフィルタ回路にて構成される）にて除去された後、スイッチ回路４２Ａに入力される。また、送信入力端子ＴＸ２を介して第二送信部３３Ｂから入力される低域側送信信号も、同様の構成の第二送信入力用ローパスフィルタ４１Ｂ（図２）にて、高調波等を含む高周波側のノイズ成分を除去した後、スイッチ回路４２Ｂに入力される。
【００２６】
分波回路４４及び複数のスイッチ回路４２Ａ，４２Ｂ、フィルタ回路である第一、第二送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ，４１Ｂは、図３に示すように、構成素子の一部が、導体層と誘電体層とが積層された積層体８０において、導体層に組み込まれた形で内層されている。図３の（ａ）は積層体８０の第二主表面ＭＰ２側、（ｂ）は第一主表面ＭＰ１側を示す。具体的には、積層体８０の表面には、アンテナ側入出力端子ＡＮＴ、スイッチ回路４２Ａ，４２Ｂの受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２及び送信入力端子ＴＸ１，ＴＸ２、スイッチ制御用信号端子ＶＣ１，ＶＣ２、及び複数のグランド端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ５が露出形成されている。
【００２７】
他方、ダイオードを始めとする半導体デバイスや、大容量コンデンサあるいは抵抗値の高い抵抗素子など、厚膜印刷による回路パターン形成では実現しにくい素子は、図４に示すように、積層体８０の第二主表面ＭＰ２に表面実装される。
図３に示すように、積層体８０の第二主表面ＭＰ２には、これらの素子の部品実装パッドＰＤが複数形成されている。なお、図２において表面実装素子Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ８，Ｃ１０２，Ｃ１０７，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｌ１０１，Ｄ４，Ｒ１，Ｒ２を一点鎖線により囲って表示している。
【００２８】
以下、図２の回路についてさらに詳しく説明する。分波回路４４において、分波回路側ローパスフィルタ回路４５は、一次ローパスフィルタ回路機能の要部をなすコンデンサＣ１０７と、これに並列に挿入されるコンデンサＣ１０８及びコイルＬ１０６を含む。コンデンサＣ１０８及びコイルＬ１０６は、通過帯域より高周波側に減衰極を生じさせる（つまり、フィルタ回路の減衰特性を急峻化させる）ＬＣ共振型バンドリジェクトフィルタ回路を構成する。本実施形態では、第一使用周波数帯と第二使用周波数帯とを、１ＧＨｚ前後を境として切り分ける必要があり、コンデンサＣ１０７，Ｃ１０８の容量及びコイルＬ１０６のインダクタンスも、これに適合するカットオフ周波数及び減衰極位置が得られるように調整される。基本的には、コンデンサＣ１０７は、通過帯域では十分インピーダンスが高く、これより高周波側ではインピーダンスが十分低くなるように、容量を調整する。逆に、コイルＬ１０６は減衰極の調整機能を十分に果たし、かつ通過帯域の信号を不必要に減衰させないよう、通過帯域では十分インピーダンスが低く、これより高周波側ではインピーダンスが十分高くなるように、インダクタンスを調整する。
【００２９】
一方、ハイパスフィルタ回路４６は、一次ハイパスフィルタ回路機能の要部をなすコンデンサＣ２０７，Ｃ２０８と、これに並列に挿入されるコンデンサＣ２０９及びコイルＬ２０６を含む。コンデンサＣ２０９及びコイルＬ２０６は、通過帯域より低周波側に減衰極を生じさせるＬＣ共振型バンドパスフィルタ回路を構成する。コンデンサＣ２０７，Ｃ２０８は、通過帯域では十分インピーダンスが低く、これより低周波側ではインピーダンスが十分高くなるように、容量を調整する。他方、コイルＬ２０６は、通過帯域では十分インピーダンスが高く、これより低周波側ではインピーダンスが十分低くなるように、インダクタンスを調整する。
【００３０】
また、第一送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ（及び第二送信入力用ローパスフィルタ４１Ｂ）も、コンデンサＣ１０１〜Ｃ１０３（Ｃ２０１〜Ｃ２０３）とコイルＬ１０１（Ｌ２０１）により、分波回路側ローパスフィルタ回路４５と同様に構成されている。本実施形態では、送信入力端子ＴＸ１を介して第一送信部３３Ａから入力される低域側送信信号に対し、第一送信入力用ローパスフィルタ４１Ａが３次高調波の遮断機能を、また、分波回路側ローパスフィルタ回路４５が２次高調波の遮断機能を担っている。また、送信入力端子ＴＸ２を介して第二送信部３３Ｂから入力される高域側送信信号に対し、第二送信入力用ローパスフィルタ４１Ｂは２次高調波の遮断機能を担っている。なお、図１８に示すように、高域側送信信号に対しては、３次高調波等のさらに高域側の不要信号成分を遮断するために、アンテナ用信号伝送経路１１２上に補助ローパスフィルタ回路４３（本実施形態では、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３及びコイルＬ２００よりなるパッシブフィルタである）を設けてもよい。これにより、後述するバンドパスフィルタ４０Ｂを通過後の送信信号の品質をさらに高めることができる。
【００３１】
次に、第一スイッチ回路４２Ａ及び第二スイッチ回路４２Ｂは、基本的に同様に構成されているので、第一スイッチ回路４２Ａで代表させて説明する（図面を見れば明らかなことであるが、両スイッチ回路４２Ａ，４２Ｂ間で、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ５はコンデンサＣ７，Ｃ８，Ｃ１０に、コイルＬ１，Ｌ１０４はコイルＬ３，Ｌ２０４に、ダイオードＤ１，Ｄ２はダイオードＤ３，Ｄ４に、抵抗Ｒ１は抵抗Ｒ２にそれぞれ対応している）。
【００３２】
第一スイッチ回路４２Ａは、基本的にストリップライン共振子を内蔵したダイオードスイッチとして構成されている。スイッチ機能の要部を担うのは、送信入力端子ＴＸ１から見て、アンテナ側入出力端子ＡＮＴ及び受信出力端子ＲＸ１に各々向かう経路の分岐点Ａよりも上段に配置されたスイッチングダイオードＤ１と、受信出力端子ＲＸ１側において分岐点Ａよりも下段に配置された、ストリップライン共振子を構成するコイルＬ１０４及び共振用ダイオードＤ２である。
【００３３】
スイッチングダイオードＤ１は例えばＰＩＮダイオードで構成され、順方向バイアス電圧の印加レベルにより、高周波可変抵抗素子として機能するものである。すなわち、スイッチ制御用信号端子ＶＣ１（第二スイッチ回路４２ＢではＶＣ２）に、ＶＣ１側が高電圧となるように信号電圧を与えると、スイッチングダイオードＤ１は高周波に対し低インピーダンス状態となり、送信入力信号がアンテナ側入出力端子ＡＮＴ側へ流れることが許容される。このとき、共振用ダイオードＤ２の接合容量がストリップライン共振子の共振条件に適合する値となるように、ＶＣ１との信号電圧を調整すれば、該共振子の動作により分岐点Ａのインピーダンスが高くなり、送信入力信号が受信出力端子ＲＸ１（第二スイッチ回路４２ＢではＲＸ２）側に流れることが阻止される。
【００３４】
一方、ＶＣ１の信号電圧を十分に小さくすれば、スイッチングダイオードＤ１は高周波に対し高インピーダンス状態となり、送信入力信号がアンテナ側入出力端子ＡＮＴ側へ流れることが阻止される。このとき、コイルＬ１０４及び共振用ダイオードＤ２からなるストリップライン共振子も動作しないから、分岐点Ａのインピーダンスは低くなる。その結果、アンテナ側入出力端子ＡＮＴからの受信入力信号は、分岐点Ａを経て受信出力端子ＲＸ１に流れることが許容される。このように、ＶＣ１の信号電圧を調整することにより、アンテナ側入出力部ＡＮＴに対する受信出力部ＲＸと送信入力部ＴＸ１との接続を切り換えることができる。
【００３５】
なお、コイルＬ１は直流成分除去用のチョークコイルである。コンデンサＣ５は端子ＶＣ１に入力されるスイッチ制御用信号のノイズ除去用である。また、コンデンサＣ２，Ｃ３は、いずれも直流成分除去用のものであるが、これらは積層体８０の表面に実装すること（あるいは、省スペースや組立て工数削減等の効果においては劣るが、積層体８０の外に設けること）も可能である。他方、抵抗Ｒ１は、スイッチングダイオードＤ１の抵抗変化が順方向電流値によって決まるため、該順方向電流値をスイッチング動作に適合させるための調整用抵抗として設けられたものである。
【００３６】
図２の回路は、前述の表面実装素子を除いて、図４に示すように、導電体層からなる導体層５２と高分子材料あるいはセラミックよりなる誘電体層５０とにより、積層体８０内に作りこむこと（内層すること）ができる。例えば、抵抗器５５は、図７に示すように、蛇行した細長い導電体層パターンにより形成できる。
コンデンサ５４は、図８に示すように、誘電体層５０を間に挟む形で対向する電極板５４ａ，５４ｂにより形成できる。さらに、コイル５３は、複数の誘電体層５０にまたがる巻線パターン５３ａを層間ビア５９により接続する形で形成できる。他方、誘電体層５０は、例えばホウケイ酸塩鉛ガラスとアルミナからなるガラスセラミック等のセラミックで構成される。積層体８０は、誘電体層５０の原料となるセラミックグリーンシート上に、導電性ペーストを用いて導体層を厚膜印刷し、積層して焼成する方法により製造される。これらは周知の技術であるから、詳細な説明は省略する。
【００３７】
受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２に接続される使用周波数抽出用バンドバスフィルタ回路４０Ａ，４０Ｂは、本実施形態ではいずれも弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路として構成されている。図１０は、そのようなフィルタ回路の一例を示すもので、弾性表面波共振器としてインターディジタルトランスデューサ型（以下、ＩＤＴ型略称する）共振器が使用されている。ＩＤＴ共振器は、圧電性セラミック板上に形成された多数対のすだれ状電極の上を、反射・透過しながら伝播する弾性表面波による共振現象を利用するものであり、これを組み込んだ図１０のバンドパスフィルタ回路は、その共振周波数の近傍に非常に鋭い狭帯域通過特性を示すものとなる。なお、弾性表面波共振器及びこれを含んだ図１０のフィルタ回路自体は、文献（Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ， ６４， ５， ｐ．６８５ （１９７６））により公知になっているので、これ以上の詳細な説明は省略する。なお、ＩＤＴ型共振器に代えて、キャビティ型共振器を用いた狭帯域フィルタ回路を用いてもよい。
【００３８】
図２に戻り、送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ（４１Ｂ）とアンテナ用信号伝送経路１１１（１１２）をなす線路導体とは、それぞれ図４に示すように、積層体８０の層厚方向において、前者がグランド用面導体１０３（１０５）に、後者がグランド用面導体１０１にそれぞれ対向して配置されている。なお、図６に示すように、通過する信号の周波数帯が異なる送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ，４１Ｂは、互いに異なるグランド用面導体１０３，１０５にそれぞれ対向してなる。他方、アンテナ用信号伝送経路１１１，１１２をなす線路導体は、最終的には同じアンテナから送出されるため、グランド用面導体１０１を共用している。
【００３９】
また、受信用帯域分離フィルタをなす、分波回路４４のローパスフィルタ回路４５とハイパスフィルタフィルタ４６も、結果的にグランド用面導体１０１を共用している。そして、信号受信の観点から見た場合、これら受信用帯域分離フィルタ４５，４６を通過した信号は、それぞれスイッチ回路４２Ａ，４２Ｂを経て、受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２につながる受信出力用信号伝送経路１１３，１１４へ伝送される。そして、図５に示すように、これら受信出力用信号伝送経路１１３，１１４は、受信用帯域分離フィルタ４５，４６が対向するグランド用面導体１０１とは異なる、互いに分離された個別のグランド用面導体１０２，１０４に対向してなる（図中では、ハイパスフィルタ４６のみを描いている）。結果的に、送信入力用信号伝送経路１０９，１１０（及び、これら経路上のフィルタ４１Ａ，４１Ｂ）及び受信出力用信号伝送経路１１３，１１４は、伝送ないし通過させる信号周波数帯の異なるもの同士が、互いに分離されたグランド用面導体に対向した構成となっている。さらに、送信入力用信号伝送経路１０９，１１０及び受信出力用信号伝送経路１１３，１１４同士も、互いに分離されたグランド用面導体に対向した構成となっている。
【００４０】
本実施形態では、上記のようなグランド分離構造を実現するために、５つのグランド用面導体１０１〜１０５が、図６に示すように、空間的に互いに分離され、かつ、それぞれ異なるグランド端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ５（図３参照）に接続されており、積層体８０内で互いに直流的に分離されている。図２には、回路上での各グランド面導体１０１〜１０５の対向領域を、一点鎖線により表している。
【００４１】
例えば、送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ，４１Ｂとアンテナ用信号伝送経路１１１，１１２との組合せ、あるいは受信用帯域分離フィルタ４５，４６と受信出力用信号伝送経路１１３，１１４との組合せのように、被グランド分離要素が、特定周波数帯の高域側を遮断する特性を有したフィルタ（以下、高域遮断フィルタともいう）と、当該フィルタの通過信号を扱う線路導体である場合、フィルタの減衰特性改善効果が特に顕著となる（ただし、高域遮断フィルタは、バンドパスフィルタやバンドリジェクトフィルタであってもよい）。
【００４２】
高域遮断フィルタＨＲＦ（ローパスフィルタ４５）及びフィルタ通過後の線路導体ＳＬ（線路導体１１１）からなる回路系を、グランド面導体を考慮に入れて等価回路的に描くと、図１５に示すようになる。線路導体ＳＬと、これに対応するグランド面導体ＧＣ２（１０２）との間には、線路容量ＣＢが形成される。そして、高域遮断フィルタＨＲＦに対応するグランド面導体ＧＣ１（１０１）が、グランド面導体ＧＣ２とが一体もしくはビア接続されている場合、２つのグランド面導体ＧＣ１，ＧＣ２は、グランド導通路ＳＪにより直流的に接続されているのと同じである。フィルタＨＲＦにより遮断された高域側遮断信号σ’Ｈは周波数が高いため、線路容量ＣＢによるリアクタンスが比較的小さく、これを通過してフィルタＨＲＦの通過信号σＬに重畳され、減衰特性が悪化する。しかし、図１６に示すように、グランド面導体ＧＣ１，ＧＣ２が分離されていれば、導通路ＳＪ上にＧＣ１／ＧＣ２間の寄生容量ＣＪが直列接続されたのと同じ形になり、高域側遮断信号σ’Ｈに対するグランド導通路ＳＪのリアクタンスが高くなって減衰特性が向上する。なお、各グランド面導体ＧＣ１，ＧＣ２は、積層体上の独立したＧＮＤ端子により、実装先基板側のＧＮＤ用パッド等を介して、該実装先基板のグランド導体に接続される。しかし、このグランド導体は、積層体中のグランド導体よりもはるかに大面積でインダクタンスが高く、高域側遮断信号σ’Ｈを減衰させるのに十分高いインピーダンスを有している。
【００４３】
送信入力端子ＴＸ１，ＴＸ２から入力される送信信号は、送信回路にて増幅されたあとの信号であり、高レベルの高調波成分がより生じやすい。そこで、送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ，４１Ｂとアンテナ用信号伝送経路１１１，１１２との組合せにおいてグランドを分離することにより、送信入力用ローパスフィルタ４１Ａ，４１Ｂにて除去された高レベルの高調波がアンテナ用信号伝送経路１１１，１１２に重畳する不具合が極めて効果的に抑制され、送信信号の品質向上を図ることができる。
【００４４】
他方、受信用帯域分離フィルタ４５，４６と受信出力用信号伝送経路１１３，１１４とのグランドを分離することの効果は以下の通りである。すなわち、図２に示すように、アンテナで受信された受信信号は、受信用帯域分離フィルタ４５，４６（分波回路４４）により高域側信号と低域側信号とに粗く切り分けられ、さらに、各受信出力端子ＲＸ１，ＲＸ２に接続された使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路４０Ａ，４０Ｂにより、狭い帯域幅の使用周波数帯域の信号が抽出される。
【００４５】
使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路４０Ａ，４０Ｂは、前述の通り、弾性表面波共振器を用いて通過帯域幅を５０〜７５ＭＨｚ程度の範囲に収めた狭帯域フィルタ回路である。該狭帯域フィルタ回路４０Ａ，４０Ｂは、通過周波数帯の近傍では非常に急峻で良好な減衰特性を示すものの、通過周波数帯からある程度隔たった周波数帯域では、減衰特性が急速に悪化する。一方、受信用帯域分離フィルタ４５，４６は通過帯域幅が上記狭帯域フィルタ回路４０Ａ，４０Ｂよりもはるかに広く、遮断信号の帯域が、対応する狭帯域フィルタ回路４０Ａ，４０Ｂの減衰が悪化する帯域に及ぶことも十分にありえる。
【００４６】
その結果、受信用帯域分離フィルタ４５，４６による遮断信号成分がグランド導体を経て受信用伝送経路１１３，１１４に重畳すると、該遮断信号成分は、狭帯域フィルタ４０Ａ，４０Ｂでは除去しきれなくなり、受信信号の品質劣化につながる問題がある。そこで、上記のように受信用帯域分離フィルタ４５，４６と受信用伝送経路１１３，１１４をなす線路導体とがグランド分離されていれば、このような不具合が極めて効果的に抑制され、受信信号の品質向上を図ることができる。該効果は、高調波成分の形でグランド漏洩ノイズが生じやすいローパスフィルタ４５側において特に顕著である。
【００４７】
上記の説明からも明らかなように、図４〜図６において、個別のグランド面導体１０１〜１０５は、面導体相互に生ずる寄生容量ＣＪがなるべく小さくなる形態で配置されることが、寄生容量ＣＪによるリアクタンス成分を高め、ひいてはフィルタの減衰特性向上を図る上で有利である。そのためには、異なるグランド面導体同士が面内方向になるべく重ならない構成を採用することが効果的である。図４〜図６においては、グランド面導体１０１〜１０５が、積層体８０内において同一平面上に配置され、該面内にて空間的に分離された構造とされている。この場合、寄生容量ＣＪに主として寄与するのは、図６に示すように、グランド面導体１０１〜１０５の面内対向する狭いエッジ領域ＥＡとなるので、寄生容量ＣＪ低減に効果がある。ただし、グランド面導体１０１〜１０５の実製造工程上のパターン形成精度を考慮すれば、短絡防止等を図るため、エッジ間距離δをある程度確保せざるを得ず、積層体の小面積化には一定の限界がある。
【００４８】
そこで、図１１に示すように、複数のグランド面導体１０１〜１０５のうち、少なくとも２つのもの（図１１は１０１と１０３の場合を例示している）を、積層体８０内において互いに異なる平面上に配置すれば、それらグランド面導体は誘電体層５０により互いに隔てられ、積層体の厚さ方向において空間的に分離することができる。その結果、平面視におけるグランド面導体のエッジ間距離の縮小が容易となり、積層体の小面積化に寄与できる。この場合、積層体８０の厚さ方向において空間的に分離されたグランド面導体を、面内方向において互いに重ならない位置関係にて配置することが、寄生容量ＣＪを小さくする上で望ましい。
【００４９】
図４（図１１）及び図５においては、被グランド分離要素が線路導体１１１，１１２を含み、かつ該線路導体１１１，１１２が、これと対向するグランド面導体１０１，１０３（１０５）とともにマイクロストリップラインを構成している。また、図４のローパスフィルタ４１Ａ（４１Ｂ）においては、グランド面導体１０３の直上にコンデンサＣ１０１が配置され、その一方の電極がビアＶＡを介してグランド面導体１０３に接続されている。また、形成面積の大きいコイルＬ１０１は、コンデンサＣ１０１を挟んでグランド面導体１０３と反対側に配置され、積層体８０の面積縮小が図られている。他方、図５のハイパスフィルタ４６においては、グランド面導体１０１の直上にコイルＬ２０６が配置され、ビアＶＡを介してグランド面導体１０１に接続されている。コンデンサＣ２０７は、コイルＬ２０６を挟んでグランド面導体１０１と反対側に配置され、積層体８０の面積縮小が図られている。
【００５０】
なお、図１２に示すように、被グランド分離要素が線路導体１１１（１１２）を含む場合、耐ノイズ性向上等を図るため、該線路導体１１１（１１２）が、これと対向する第一のグランド面導体１０１と、積層体８０の厚さ方向において該線路導体１１１を挟んで第一のグランド面導体１０１と反対側に位置する第二のグランド面導体１２０とに挟まれることによりストリップラインを構成するものとすることもできる。この場合、第二のグランド面導体１２０は、第一のグランド面導体１０１と同一のグランド端子ＧＮＤ１（図１２）に接続される一方、線路導体１１１と組をなす被グランド分離要素、ここではローパスフィルタ４１Ａ（４１Ｂ）に対向した第三のグランド面導体１０３（１０５）とは空間的に分離される。これにより、フィルタの減衰特性を高めることができる。該図の実施形態では、第一のグランド面導体１０１と第二のグランド導体１２０とが、線路導体１１１を回避した形でビアＶＡにより接続されている。それ以外の構成は、図４と同じである。
【００５１】
なお、受信用帯域分離フィルタ側のグランド分離については、周波数帯域によっては簡略化しても差し支えない場合がある。例えば、グランド面導体を介した高調波漏洩が主に問題となる場合は、図１３に示すように、フィルタ用の面導体１０１と、高域遮断フィルタ（ローパスフィルタ４５側）の受信出力用線路導体１１３（図２）に対応した面導体１０２とは分離を行ない、低域遮断フィルタ（ハイパスフィルタ４６側）の受信出力用線路導体１１４（図２）に対応した面導体１０４は、フィルタ用の面導体１０１と一体化する構成も可能である。また、周波数帯域により、使用周波数抽出用バンドバスフィルタ回路４０Ａ，４０Ｂの遮断特性が比較的広い周波数域にて確保できる場合は、図１４に示すように、図２の３つのグランド面導体１０１，１０２及び１０４を一体化する構成を採用することもできる。
【００５２】
また、上記の実施形態は、複数の周波数帯域を切り換えて使用できるマルチバンド型デジタル携帯電話機（例示したのはデュアルバンド型のもの）への本発明の適用例を示したが、図１７に示すように、シングルバンド型のデジタル携帯電話機へも本発明を適用できる。図１７の回路構成は、図２の回路構成から、分波回路４４のローパスフィルタ４５側、つまり低域側の送受信信号を取り扱う部分を抜き出したものに等しく、グランド面導体１０１，１０２及び１０３の分離形態も図２と同様なので、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線電話通信装置の一実施形態を示す携帯電話機の全体構成を示すブロック図。
【図２】その高周波スイッチモジュールの第一例を示す回路図。
【図３】積層体として構成された高周波スイッチモジュールの外観の一例を、表面及び裏面にて示す斜視図。
【図４】積層体の構造の第一例を示す断面模式図。
【図５】図４の積層体を、別位置の断面にて示す模式図。
【図６】分離されたグランド面導体の面内配置形態の第一例を示す平面図。
【図７】積層体における抵抗器の形成態様を示す模式図。
【図８】同じくコンデンサの形成態様を示す模式図。
【図９】同じくコイルの形成態様を示す模式図。
【図１０】弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路の一例を示す図。
【図１１】積層体の構造の第二例を示す断面模式図。
【図１２】積層体の構造の第三例を示す断面模式図。
【図１３】分離されたグランド面導体の面内配置形態の第二例を示す平面図。
【図１４】分離されたグランド面導体の面内配置形態の第三例を示す平面図。
【図１５】ローパスフィルタと、その後段側の線路導体とのグランド分離を行なわない場合の等価回路説明図。
【図１６】ローパスフィルタと、その後段側の線路導体とのグランド分離を行なった場合の等価回路説明図。
【図１７】高周波スイッチモジュールの第二例を示す回路図。
【図１８】高周波スイッチモジュールの第三例を示す回路図。
【符号の説明】
１ デジタル携帯電話機（無線電話通信装置）
２ 高周波スイッチモジュール
３２Ａ，３２Ｂ 変調部（送信回路）
３３Ａ，３３Ｂ 送信部（送信回路）
３５Ａ，３５Ｂ 受信部（受信回路）
３６Ａ，３６Ｂ 復調部（受信回路）
３９ アンテナ
４０Ａ，４０Ｂ 使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路（狭帯域フィルタ）
４１Ａ，４１Ｂ 入力側ローパスフィルタ回路
４２Ａ，４２Ｂ スイッチ回路
４４ 分波回路
４５ ローパスフィルタ回路（高域遮断フィルタ：受信用帯域分離フィルタ）
４６ ハイパスフィルタ回路（低域遮断フィルタ：受信用帯域分離フィルタ）
５０ 誘電体層
８０ 積層体
ＲＸ１，ＲＸ２ 受信出力端子
ＴＸ１，ＴＸ２ 送信入力端子
ＡＮＴ アンテナ側入出力端子
１０１〜１０５ グランド面導体
１１１，１１２ 送信入力用信号伝送経路
１１３，１１４ 受信出力用信号伝送経路
ＧＮＤ１〜ＧＮＤ５ グランド端子

Claims (10)

1. アンテナに接続して使用され、アンテナ受信信号とアンテナ送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子と、
   前記アンテナ側入出力端子からの受信信号を無線電話通信装置の受信回路側へ出力する受信出力端子と、前記無線電話通信装置の送信回路からの送信信号が入力される送信入力端子との、前記アンテナ側入出力端子に対する接続を切り換えるスイッチ回路と、
   前記アンテナ側入出力端子と、前記受信出力端子及び前記送信入力端子とを相互に接続する信号伝送経路上に設けられたフィルタとを備えるとともに、
   前記信号伝送経路の一部をなす線路導体とグランド面導体とを有する導体層と誘電体層とが積層された積層体として構成され、前記スイッチ回路の構成素子と前記フィルタの構成素子とが、前記導体層を構成する素子パターンの形で積層体に内層されており、また、該積層体の表面に前記アンテナ側入出力端子、各スイッチ回路の受信出力端子と送信入力端子、及び前記グランド面導体に導通するグランド端子が露出形成されてなり、さらに、前記フィルタと該フィルタの通過信号が通過する線路導体とを、前記積層体内部にて空間的に互いに分離され、かつ、各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させたことを特徴とする高周波スイッチモジュール。
2. 前記フィルタは、特定周波数帯の高域側を遮断する特性を有したフィルタであり、前記線路導体は、当該フィルタの通過信号を扱う線路導体である請求項１記載の高周波スイッチモジュール。
3. 前記フィルタはローパスフィルタである請求項２記載の高周波スイッチモジュール。
4. 前記フィルタは、前記送信入力端子につながる送信入力用信号伝送経路上に設けられた送信入力用ローパスフィルタであり、
   前記送信入力用信号伝送経路は、前記アンテナ側入出力端子につながるアンテナ用信号伝送経路と、前記受信出力端子につながる受信出力用信号伝送経路とに、前記スイッチ回路を介して切り替え可能に接続されてなり、前記送信入力用ローパスフィルタと前記アンテナ用信号伝送経路をなす線路導体とを各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させた請求項３記載の高周波スイッチモジュール。
5. 前記フィルタは、前記アンテナ側入出力端子につながるアンテナ用信号伝送経路上に設けられた受信用帯域分離フィルタであり、
   前記受信出力端子に、前記受信用帯域分離フィルタよりも狭い通過帯域幅を有する、弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路からなり、前記受信用帯域分離フィルタを通過後の前記受信信号から使用周波数帯域のものを抽出する使用周波数抽出用バンドパスフィルタ回路が接続されてなり、
   前記アンテナ用信号伝送経路は、前記送信入力端子につながる送信入力用信号伝送経路と、前記受信出力端子につながる受信出力用信号伝送経路とに、前記スイッチ回路を介して切り替え可能に接続されてなり、前記受信用帯域分離フィルタと前記受信出力用信号伝送経路をなす線路導体とを各々互いに異なるグランド端子に接続された個別のグランド面導体に対向させた請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の高周波スイッチモジュール。
6. 前記受信用帯域分離フィルタがローパスフィルタである請求項５記載の高周波スイッチモジュール。
7. 前記個別のグランド面導体が、前記積層体内において同一平面上に配置され、該面内にて空間的に分離されてなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波スイッチモジュール。
8. 前記個別のグランド面導体が、前記積層体内において互いに異なる平面上に配置されることにより、前記積層体の厚さ方向において空間的に分離されてなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波スイッチモジュール。
9. 前記積層体の厚さ方向において空間的に分離された前記グランド面導体は、面内方向において互いに重ならない位置関係にて配置されてなる請求項８記載の高周波スイッチモジュール。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の高周波スイッチモジュールと、
    該高周波スイッチモジュールの前記アンテナ側入出力端子に接続されるアンテナと、
    前記受信出力端子に接続される受信回路と、
    前記送信入力端子に接続される送信回路とを備えたことを特徴する無線電話通信装置。

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