JP2004289428A - マルチバンド用電力増幅器モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】個別の部品で構成されていた回路の共通部分を一体化することにより、小型で低損失の電力増幅器モジュールを提供し、送受信系のシステム毎の配線を簡素化し、部品点数を低減した送受信回路構成および電力増幅器モジュールを提供する。
【解決手段】マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルは、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有することを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルは、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有することを特徴とする。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＰＨＳやブルートゥースや無線ＬＡＮなどデータ通信に用いられる比較的小電力の電力増幅器モジュール、詳述すれば送信電力１Ｗ以下、高周波（数ＧＨｚ以上）の電力増幅器モジュールに関し、特に複数の通信システムに対応した高周波回路部を簡単化、小型化にし、低損失化を実現するための電力増幅器モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、従来技術で２つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である（特許文献１参照）。アンテナ端子からみて２つのシステムの周波数帯を分離するための分波器９１、その後段に送信／受信を切り替えるためのスイッチ素子（ＳＷ）９２、さらに送信側には低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９３が接続されており、これらが１つのスイッチモジュール９０として構成され、複数の送受信信号のスイッチングに使用されている。送受信各２系統、合計４系統に分波された各端子には、各々電力増幅器３０が接続される構成である。したがって、この場合の配線は各増幅器の出力段および入力段からアンテナ端のスイッチモジュール９０まで４系統配線する必要があった。
【０００３】
図２０は従来技術で３システムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である（特許文献２参照）。本従来例では、まずアンテナ端に配置された分波器９１で１システムと２システムに分離したのち、１システム側、２システム側各々について送信／受信をスイッチ素子９２により切り替える構成になっている。この分波器９１とスイッチ素子９２を一体化してスイッチモジュール９０が構成されている。この場合の配線は各増幅器３０の出力段および入力段からアンテナ端のスイッチモジュール９０まで５系統配線する必要があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２５０８８号公報（第８頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１４−３０５４６２号公報（第７頁、第６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の通信機器は小型化、モバイル化される傾向にあり、バッテリー動作が一般的になってきている。このため、通信機器には各部品の小型化、高集積化および低消費電力化が望まれている。具体的には、通信機器の電力増幅器からアンテナ端までの送信回路では大きな電力を扱うことから、ここでの伝送損失は通信機器のバッテリー寿命に大きく影響する。たとえば、長時間使用のためには損失ができるだけ小さいことが要求される。この伝送損失の要因としては各素子の挿入損失や素子間の配線での伝送損失があげられる。したがって、送信回路の伝送損失を低減するには各素子の挿入損失を低減するとともに素子数を減らし、配線が簡素化でき短くすることが望まれる。
【０００６】
同様に通信機器の受信感度においても、アンテナで受信し微弱な受信信号を効率よく低雑音増幅器に導くために、受信回路での伝送損失を低減化し、外部からの雑音が影響しないよう配線を短く、簡素化することが望まれる。
【０００７】
また、前述のごとく従来の複数のシステムに対応した無線機における送信回路は、各増幅器がそれぞれのシステムの送信回路に対し個別に配設され、スイッチモジュールまで個々の電気配線がなされる。受信回路においても同様で、アンテナで受信された複数のシステムの信号は、スイッチモジュール内の分波器によりまずシステム毎に分波され、さらにスイッチモジュール内のスイッチ素子により送信と受信に分波され、各々のシステムごとの受信回路に対し電気配線がなされ低雑音増幅器に接続される。このためスイッチモジュールから各増幅器までの送受信回路においてシステム数のおおよそ２倍の配線を引く必要があった。図２０に示されるようなスイッチモジュールで、各システムの送受信切り替えを行なうスイッチ素子は、半導体部品であるダイオード素子と基板回路部からなり、基板回路部にはダイオードを動作させるための多数のコンデンサ部品等や、電源配線が形成することが必要である。また、信号線路に挿入されるスイッチ素子は１ｄＢ程度の挿入損失を有するため数の増加は、伝送損失の増加になる。このように多段のスイッチ素子を用いると部品点数が増加、配線が複雑化し高価になるとともに伝送損失も増加してしまう。
【０００８】
以上のように従来技術では、複数の通信システムすなわちマルチバンドに対応する場合、増幅器からアンテナ端までの配線の占める面積・容積が大きく、部品数が多いため小型化が困難であり高価にならざるをえず、かつ通信システム数の増加に伴い回路に挿入するスイッチ素子数が増加することから伝送損失が大きくなるという問題があった。
【０００９】
さらに、携帯電話や無線ＬＡＮなどの通信方式では受信感度を確保するためダイバ−シテイ受信が採用されているが、このような場合ダイバーシティ用アンテナを併設し接続切り替えをこのようなスイッチモジュールで行うにはさらに複雑な回路構成になっていた。
【００１０】
本発明は、上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、個別の部品で構成されていた回路の共通部分を一体化することにより、小型で低損失の電力増幅器モジュールを提供し、送受信系のシステム毎の配線を簡素化し、部品点数を低減した送受信回路構成および電力増幅器モジュール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】
本発明は、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルに関する。
【００１２】
また、前記出力段整合回路および前記合波回路は、誘電体基板表面または内部に導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板が前記誘電体基板上に設置されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含む送信用回路に関する。
【００１４】
また、本発明は、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路とを有し、入力段整合回路と分波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルに関する。
【００１５】
本発明の受信用電力増幅器モジュールは、前記入力段整合回路および分波回路は誘電体基板表面または内部の導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含む受信用回路に関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、送信信号および／又は受信信号を含むシステムの周波数帯を信号処理の単位として、分波または合波していた従来の信号処理方法とは異なり、複数のシステムを含む送信信号または複数のシステムを含む受信信号を単位として合波または分波の信号処理を行ない、さらに、複数の送信信号の合波回路または、複数の受信信号の分波回路を、それに接続されている増幅回路の整合回路と一体化することによって、複雑で電力消費の大きいスイッチ素子の使用を減じ、さらに、回路を共通化することにより簡素化でき伝送損失を減らすことが出来る。
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルの一部を構成する増幅器をＮ個つないだ増幅回路構成のブロック図である。一般に、増幅回路の入力インピーダンス、出力インピーダンスはそれぞれ伝送路の特性インピーダンス（一般的には５０Ω）と整合するように設計される。このため増幅回路の入力段には伝送路の特性インピーダンスと初段の増幅器３１の入力インピーダンスとの整合をとるための整合回路２１が配置される。同様に出力段には最終段の増幅器３３の出力インピーダンスと伝送回路の特性インピーダンスとの整合をとるための整合回路２５が配置されている。また、各増幅器の間には前段増幅器の出力インピーダンスと後段増幅器の入力インピーダンスが整合するように段間整合回路２２が配置されている。
【００１９】
図２は本発明の複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有する送信用マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルのブロック図であり、複数の電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路２５１，２５２と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路６０とが、回路を一部共有するように一体化して構成された送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルを構成している。本発明の増幅器の出力段整合回路とは、最終段の増幅器の出力インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスとの整合をとるための回路であり、合波回路とは、複数の増幅回路の出力端子間のアイソレーションを確保しかつ共通の出力端子にまとめる回路である。２つのシステムの周波数ｆ１とｆ２の入力信号がそれぞれｆ１信号入力端子１１、ｆ２信号入力端子１２に入力され、Ｎ段の増幅器により増幅され、第Ｎ増幅器３３１、３３２の出力側にそれぞれの出力段整合回路２５１，２５２（ｆ１出力段整合回路とｆ２出力段整合回路）を通過し、増幅されたｆ１またはｆ２の信号は、共通の出力端子であるｆ１・ｆ２出力端子４１から出力される。その際、増幅されたｆ１の信号は、ｆ２側の増幅回路に回りこまないように、また、増幅されたｆ２の信号は、ｆ１側の増幅回路に回りこまないように合波回路６０が形成されており、ｆ１およびｆ２の信号はこの合波回路を経由してｆ１・ｆ２出力端子に出力される。本発明の特徴の１つは、従来、増幅器と分波器として個別に配置されていたものを、送信回路どうし、受信回路どうしをまとめ、増幅回路の出力段整合回路と合波回路とを少なくとも回路を一部共有するように構成することで、一体化し部品点数を減じるとともに回路を簡略化し、伝送損失を減少させることである。
【００２０】
出力段整合回路と合波回路とを少なくとも一部回路を共有し、一体化するとは、出力段整合回路が合波回路機能すなわちアイソレーションを考慮した回路設計となり、合波回路はインピーダンス整合を考慮した回路設計になっていることである。すなわち、出力段整合回路と合波回路を一体化することにより、増幅された各システムの信号（この場合ｆ１とｆ２の信号）が他の増幅回路に回りこまずに、共通の出力端子から出力できる機能と、それぞれの周波数（この場合ｆ１とｆ２）における出力端子の出力インピーダンスが伝送路の特性インピーダンス（通常５０Ω）になるような機能を持つように回路が構成されていることを意味する。
【００２１】
また、一般に電力増幅器を安定動作させるために増幅回路の後段にアイソレータが挿入されるが、本発明においても必要に応じ配置されてもかまわない。この場合、増幅器の出力インピーダンスとアイソレータの入力インピーダンスの整合回路がこれらの素子間に構成され、アイソレータの出力インピーダンスとの整合回路と合波回路とが一体化した回路として構成されることになる。
【００２２】
前記整合回路に、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタのうち少なくとも１つの機能を有するよう構成することにより、合波回路の機能の一部を持たせることが可能となる。一般に整合回路では２つの異なるインピーダンスを低損失で接続するよう設計されるが、本発明の場合には互いの周波数領域において不要なスプリアス信号を除去することも考慮して設計される。このように整合回路及び合波回路を最適化して設計することにより、より簡素化した一体化した回路構成とすることで小型・低損失な不要なスプリアス信号の増幅作用を低く抑えることが可能になり、送受信回路に通信で使用する信号周波数以外を除去する目的で挿入されるフィルタに要求される性能の軽減化を実現することが可能である。具体的には電力増幅器モジュールの後段に入るフィルタに要求されるスプリアス信号の減衰特性が軽減化されることから、一般的に減衰特性とトレードオフの関係になる挿入損失を小さく設計することが可能になる。これにより、送信回路での損失がさらに低減化される。
【００２３】
図３は、本発明の一部を構成する、出力段調整回路と合波回路とが一体化している例であり、合波回路として最終段に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）７１と高域通過フィルタ（ＨＰＦ）７２を構成している。この場合、出力段整合回路は、最終段の増幅器の出力端子５１または５２から共通端子４１までの部分であり、合波回路は、図３に示した回路部分である。図３中、端子６１と端子６２は、整合回路と合波回路の一体化された回路中に存在する点である。この場合、各々の最終段増幅器の出力端子から端子６１、端子６２までの回路は、最終段増幅器の出力端子での出力インピーダンスと端子６１および端子６２で規定されるインピーダンスへの整合回路となる。このように整合回路と合波回路を共有することにより、小型化が可能となり、伝送損失も低減される。
【００２４】
図４は、図３の合波回路および出力段整合回路とが一体化された回路の周波数特性である。低域通過フィルタ回路７１はｆ１システムの出力段整合回路としても働き、高域通過フィルタ回路７２はｆ２システムの出力段整合回路としても働くように設計される。
【００２５】
図５は、出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。この場合の出力段整合回路と合波回路の考え方は図３の場合と同様である。合波回路は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）と帯域通過フィルタ（ＨＰＦ）の組み合わせで構成されている。図６は、この回路の周波数特性を示したものである。この例に示すように互いの周波数領域で電気信号が漏れないよう、減衰極が発生するようフィルタ回路を設計することもできる。
【００２６】
図７はｆ１、ｆ２、ｆ３の３つのシステムに対応した出力段整合回路と合波回路の一実施形態である。この場合、ｆ１、ｆ２の間となるｆ３システムについては帯域通過フィルタ、ｆ１については低域通過フィルタ、ｆ２については高域通過フィルタで構成されている。この場合の出力段整合回路と合波回路の考え方は図３の場合と同様である。この場合も各フィルタ回路の一部が出力段整合回路および合波回路の一部を構成するようになっており、出力段整合回路と合波回路とが、一部回路を共有するように一体化されている。図８は、図７の出力段整合回路と合波回路が一体化した回路の周波数特性である。
【００２７】
出力段整合回路と合波回路の構成は、システムの数や回路構成によって、様々な実施形態が考えられ、本発明は、ここで例示された実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の送信用電力増幅器モジュールは、前記出力段整合回路を誘電体基板に形成し、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。これにより、低損失で小型の電力増幅器モジュールを提供できる。
【００２９】
図９に本発明による周波数ｆ１、ｆ２からなる２つのシステムに対応した送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュールのレイアウト図を示す。ｆ１、ｆ２の入力端子１１，１２が形成された誘電体基板８２上に入力段整合回路２１１，２１２、第１増幅器３１１，３１２、段間整合回路２２１，２２２、第２増幅器３２１，３２２が配置され、そして誘電体基板８２に形成された出力段整合回路２５１，２５２および合波回路６０を経て、一つの出力端子４１が配置される構成になっている。
【００３０】
図１０は図９の送信用マルチバンド用電力増幅器モジュールの断面図である。各増幅器は半導体基板８１上に形成されるが、各出力段整合回路および合波回路は半導体基板８１または前記誘電体基板８２上に形成してあってもかまわない。好ましくは、各出力段整合回路および合波回路は半導体基板８１表面または内部に導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板が前記誘電体基板上に設置される。さらに好ましくは、各増幅器は、半導体基板８１上に形成され、各整合回路は誘電体基板上に形成される。これにより、一層小型化が可能となる。
【００３１】
誘電体基板上に増幅器の形成された半導体基板を配置する場合には、出力段整合回路及び合波回路の構成方法として誘電体基板表面にチップ部品を使用して回路構成する方法、誘電体基板内に一部部品を内層化し回路構成する方法などがある。またフィルタ機能を有する回路で必要な共振回路は、基板表面あるいは内層に形成される導電性電極パターンと誘電体層で構成される分布定数型の１／ｎ波長共振器やＬＣ共振回路を使用することが好ましく、高集積化に適しており、基板製造時に部品を作りこめることから製造コストを安くすることができる。一部、部品を内層化する場合の誘電体基板としては、誘電損失の小さな樹脂多層基板や低温焼結セラミックス積層基板などが望ましく、導電性電極にはＣｕ、Ａｇなど電気伝導率の高い材料が好ましい。
【００３２】
また、各増幅器に接続される整合回路同士は、基板主平面に水平な面内で分割され形成されるかあるいは垂直面で分割され形成されることが好ましく、この場合互いの信号の漏洩防止、干渉を抑制するためにアース電極またはスルーホールなどが境界部分に配置されることが好ましい。
【００３３】
図１１は入力段整合回路、第１増幅器、段間整合回路、第２増幅器を半導体基板上に一体形成した場合の送信用のマルチバンド用電力増幅モジュールのレイアウト図であり、図１２はその断面図である。このように、半導体基板８１上に一体化することで、さらにモジュール形状の小型化が実現できる。また、誘電体基板８２上に実装する部品点数が低減することから、製造工数の低減化がはかれるとともに量産時の製造コストの低減が実現できる。
【００３４】
上記のように、本発明の送信用マルチバンド用電力増幅器モジュールでは、その電力増幅器で増幅された電気信号の大きな電力を扱う電力増幅器の出力段整合回路を低損失な誘電体基板に作製し、２つのシステムの合波回路を共有するよう設計されている。このような回路構成にすることで、互いの信号が他方の増幅器に入り込まないような十分なアイソレーション特性が得ることが可能である。また、同時に２つのシステムから信号が発信されることは無いため、一方のシステムに対応した増幅器が動作しているとき、他の増幅器の電源をＯＦＦにすることで他の増幅回路に与える悪影響を回避することができる。
【００３５】
また、従来の２システムに対応した装置においては、各増幅器がそれぞれのシステムに対し別個に配設され、アンテナ端に設置された分波器あるいはスイッチ素子まで個々の電気的配線がなされ用いられていたが、本発明では、図１１に示すごとく複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有するマルチバンド用電力増幅器モジュールとし、増幅器の出力段整合回路と合波回路とを回路を一部共有させ一体化した１つの電力増幅器モジュールにすることで電力増幅器モジュールの出力端からアンテナ端までの配線を１つにすることができ、素子数の低減および配線の簡素化により伝送損失が低減でき、面積・容積の縮小化により、配線設計の自由度が向上する。
【００３６】
さらに、本発明の送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュールの出力側に多モードアンテナを接続することにより、小型で、損失の少ない送信用通信モジュールおよび送信用回路を構成することが出来る。すなわち、従来技術では、システム毎に周波数帯域を分割するための分波器を含み、その後段に各システム毎の時分割された送受信信号に連動する一連のスイッチ素子からなるスイッチモジュールが接続されていたのに対し、本発明においては時分割された送受信信号に連動するスイッチ素子のみでよい。
【００３７】
図１３は、本発明の送信用マルチバンド用通信モジュールの一実施形態を示すブロック図である。図１３に示す本発明のマルチバンド用送信用通信モジュールは、ｆ１とｆ２の２つの出力信号を本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュール１を通して１本の出力にし、送信と受信を切りかえるための１対２切り替えスイッチ（Ｔ／Ｒ用ＳＰＤＴスイッチ）８５を介して、アンテナ８８端に接続されている。電力増幅器モジュール１内部では、増幅器３０により信号が増幅され、出力段整合回路、合波回路を経て、特定の送信信号のみが出力される。従来技術では増幅器モジュールからアンテナ端のスイッチモジュールまで送信用にシステム数の配線が必要であったのに対し、本発明の実施形態では増幅器モジュール１からの送信信号の配線が１つで済み、回路が簡単になっていることが判る。即ち、本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュールでは、１つのシステムに対し、電力増幅された信号の出力が一本の配線で行えることから、直接マルチバンド対応アンテナに接続する回路構成が可能になる。
【００３８】
次に、複数のシステムに対応した複数の周波数（例えば、ｆ１、ｆ２）の信号を受信し、それぞれの信号に分波し、増幅する本発明の受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールについて説明する。
【００３９】
図１４に、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路６５と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器（３１１，３１２等）と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路２１１，２１２とを有する受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールのブロック図を示す。この受信用マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルでは、複数のシステムの入力信号をまとめて扱うようにすることにより、複数の周波数帯域の信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路６５と、各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路２１１，２１２とが、少なくとも回路を一部共有して一体化されている。入力段整合回路とは、伝送線路の特性インピーダンスと初段の増幅器の入力インピーダンスとの整合をとるための回路である。
【００４０】
２つのシステムの周波数ｆ１とｆ２の受信信号は、受信用マルチバンド用電力増幅器モジュール２の共通の入力端子１３から分波回路６５に入り、それぞれのシステムの信号成分に分離され、増幅器（３１１、３１２等）で増幅され、受信用マルチバンド用電力増幅器モジュール２の複数の出力端子５３，５４のうち、システムに対応した出力端子から出力される。その際、入力されたｆ１の信号は、ｆ２側の増幅回路に回りこまないように、また、入力されたｆ２の信号は、ｆ１の増幅回路に回りこまないように分波回路６５が構成されており、最初の増幅器の入力側１１，１２には、それぞれの周波数で入力端子の入力インピーダンスと整合がとれるように、入力段整合回路２１１，２１２がそれぞれの増幅器に形成されている。本発明の受信用マルチバンド用増幅器モジュールは、この分波回路６５と入力段整合回路２１１、２１２とが、一部回路を共有するように一体化していることによって、部品点数を減少させ、小型で低損失のマルチバンド用電力増幅器モジュールとすることもできる。
【００４１】
本発明の受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールは、前記整合回路が、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタのうち少なくとも１つの機能を有することが好ましい。
【００４２】
図１５は、２つのシステムの信号を受信し、増幅する本発明の受信用電力増幅器モジュールの入力端子から最初の増幅器までの分波回路と入力段整合回路とを回路の一部を共有させ、一体化した回路の一実施形態を示す回路図である。図１５中、端子６６と端子６７は、整合回路と分波回路の一体化された回路中に存在する点である。この場合、各々の初段増幅器の入力端子１３から端子６６または端子６７までの回路は、各々の初段増幅器の入力端子での入力インピーダンスと回路設計により規定される端子６６または端子６７でのインピーダンスへの整合回路となる。端子６６または端子６７のインピーダンスは共通端子１３すなわち伝送線路の特性インピーダンスと必ずしも一致しないが、一致する場合には図１５に示した回路を単なる分波回路とみなすこともできる。このように整合回路と分波回路を共有することにより、小型化が可能となり、伝送損失も低減される。図１６は、その周波数特性である。この場合、分波回路および入力段整合回路として低域通過フィルタと高域通過フィルタを組み合わせている。
【００４３】
分波回路と入力段整合回路とを一体化した回路としては、前記の出力段整合回路と合波回路とを一体化した回路と同様な回路構成とすることができ、ここで示した実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
受信用の電力増幅器モジュールも、前記送信用の電力増幅器モジュールと同じように、前記入力段整合回路を誘電体基板に形成し、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。これにより、低損失で小型の電力増幅器モジュールを提供できる。
【００４５】
本発明の受信用の増幅器モジュールは、入力端子をマルチバンド対応アンテナ端子に接続して、低損失で小型の受信用通信モジュールおよび受信用回路とすることが出来る。前述したように、従来技術では、システム毎に周波数帯域を分割するための分波器を含み、その後段に各システム毎の時分割された送受信信号に連動する一連のスイッチ素子からなるスイッチモジュールが接続されていたのに対し、本発明においては時分割された送受信信号に連動するスイッチ素子のみでよい。
【００４６】
本発明によると、分波回路と各システム周波数に対応した低雑音増幅器が１つの受信用マルチバンド用増幅器モジュールに形成されているため、複数の受信信号をアンテナから受信用増幅器モジュールに接続する配線は１つでよく、また、アンテナと、受信用増幅器モジュールの間に配置される送受切り替え用のスイッチは、従来に比べ小型のスイッチ素子１つでよい。これにより、回路の簡単化、小型化が実現できるとともに、素子数も低減できることから受信感度を改善できる。
【００４７】
さらに、多モードアンテナ素子と、多モードアンテナ素子に接続され送受信を切り替えるスイッチ素子と、該スイッチ素子の送信側に接続された前記受信用の電力増幅器モジュールと、該スイッチ素子の受信側に接続された前記送信用の電力増幅器モジュールとにより、送受信用通信モジュールを構成することができる。
【００４８】
図１７に本発明の送受信用通信モジュールの一実施形態のブロック図を示す。従来例の図１９の回路と比較して配線が複雑なスイッチ素子を一つ少なくできる。例えば、従来の図１９の回路では、スイッチ素子９２は２つ必要であるのに対し、本発明の図１７の回路では、スイッチ素子８５は１つでよい。また、従来例ではスイッチモジュール９０から増幅器３０まで必要であったシステム数の２倍の配線を行う必要がないことから、著しく回路回線を簡単化することができる。
【００４９】
また、図１７の実施形態の回路構成は２システムの場合であるが、これを３システムに拡張した場合でも、合波回路および分波回路で１系列増やすことで対応できる。
【００５０】
図１８は、本発明の送受用マルチバンド用通信モジュールの他の実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、受信回路にマルチバンド対応したダイバーシティアンテナを追加配置したものであり、これにより、受信状態のよいアンテナを適宜選択して、良好な受信状態を保つことができる。
【００５１】
このような構成は、本来のスイッチ素子にアンテナ切り替え用のスイッチ機能を付加するだけで可能である。これに対し、従来技術の場合、図２０に示したようにアンテナ端子と分波回路との間に新たにアンテナ切り替え用のスイッチ素子を設ける必要があることから、受信回路系において入力信号は、スイッチ素子２つ、分波器一つを経由することとなり、本発明に比べて、追加されたスイッチ素子一つ分、感度が低下することになる。また、本発明では、従来例に比べ、全体で、配線が複雑なスイッチ素子を低減することができる。
【００５２】
また、本発明の図１８の構成では、スイッチ素子８５と増幅器モジュール１，２の間には、合計２本の配線でよく、これに対し、従来例では図２０のスイッチモジュール９０と増幅器３０との配線は５本必要である。このため、実際には、従来の方法では、配線がさらに複雑化することにより感度低下が生じてしまう。
【００５３】
前述のように、受信回路にダイバーシティアンテナを付加する場合には、著しく送受信回路が簡単化、小型化される。本発明によれば、ダイバーシティアンテナにマルチバンド対応アンテナを使用し、送受信用アンテナと切り替える構成にするだけでよい。
【００５４】
以上のように、本発明によると、素子数の低減と前述の配線の簡略化が実現できることから伝送回路での損失を低減化することが可能になる。これにより通信機器の送信回路の小型化、簡素化が可能になり、消費電力が低減されることから通信可能時間が伸びることになり通信機器の性能向上につながる。
【００５５】
従来の回路構成では、特定の複数の周波数帯のみ取り出すフィルタをアンテナ端との間に設置する必要があったが、増幅器の前段あるいは後段に配置することで対応も可能になる。このようなフィルタの必要、不必要は本発明を適用する通信システムに係わる通信仕様や回路構成する部品や配線の周波数選択性能に関する問題であり、これは本発明の本質には関係ない。本発明は、特に時分割により送受信を分離する通信システム方式に適している。たとえば低電力通信システムであるＰＨＳや無線ＬＡＮなどがある。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルとすることにより、複雑な配線を少なくし、小型で低損失の送信回路が可能となる。また、同様に、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路とを有し、入力段整合回路と分波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルとすることにより、複雑な配線を少なくし、小型で低損失の受信回路が可能となる。これらマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルは、多モードアンテナと組合わせることにより、効率的なマルチバンドの通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】増幅器をＮ個つなげた増幅回路構成のブロック図である。
【図２】本発明に係る送信用電力増幅器モジュ−ルの一実施形態のブロック図である。
【図３】本発明に係る送信用電力増幅器モジュールの出力段整合回路と合波回路の一実施形態を示す回路図である。
【図４】図３の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図５】本発明に係る出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図６】図５の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図７】本発明に係る出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図８】図７の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明に係る２つのシステムに対応した送信用電力増幅器モジュールの一実施形態を示すレイアウト図である。
【図１０】図９の送信用電力増幅器モジュールの断面図である。
【図１１】本発明に係る２つのシステムに対応した送信用電力増幅器モジュールの他の実施形態を示すレイアウト図である。
【図１２】図１１の電力増幅器モジュールの断面図である。
【図１３】本発明に係る送信用通信モジュールの一実施形態を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る受信用電力増幅器モジュ−ルの一実施形態のブロック図である。
【図１５】本発明に係る分波回路と入力段整合回路とを一体化した回路の一実施形態を示す回路図である。
【図１６】図１５の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図１７】本発明に係る送受信用通信モジュールの一実施形態のブロック図である。
【図１８】本発明に係る送受用通信モジュールの他の実施形態を示すブロック図である。
【図１９】従来の２つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】従来の３つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 送信用増幅器モジュール
２ 受信用増幅器モジュール
５ 送受用通信モジュール
１０ 信号入力端子
１１ ｆ１信号入力端子
１２ ｆ２信号入力端子
１３ ｆ１ｆ２信号入力端子
２０ 整合回路
２１ 入力段整合回路
２１１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系入力段整合回路
２１２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系入力段整合回路
２２ 段間整合回路
２２１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系段間整合回路
２２２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系段間整合回路
２５ 出力段整合回路
２５１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系出力段整合回路
２５２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系出力段整合回路
３１ 第１増幅器
３１１ ｆ１信号系第１増幅器
３１２ ｆ２信号系第１増幅器
３２ 第２増幅器
３２１ ｆ１信号系第２増幅器
３２２ ｆ１信号系第２増幅器
３３ 第Ｎ増幅器
３３１ ｆ１信号系第Ｎ増幅器
３３２ ｆ２信号系第Ｎ増幅器
４０ 信号出力端子
４１ ｆ１ｆ２出力端子（送信用増幅器モジュール出力端子）
５１ 送信系ｆ１信号最終段増幅器出力端子
５１２ 送信系ｆ３信号最終段増幅器出力端子
５２ 送信系ｆ２信号最終段増幅器出力端子
５３ 受信系ｆ１信号最終段増幅器出力端子
５４ 受信系ｆ２信号最終段増幅器出力端子
６０ 合波回路
６１、６２、６１２ 合波回路と整合回路中の端子
６５ 分波回路
６６、６７ 分波回路と整合回路中の端子
７１ ＬＰＦ回路部
７２ ＨＰＦ回路部
７３ ＢＰＦ回路部
８１ 半導体基板
８２ 誘電体基板
８３ ケース
８５ Ｔ／Ｒ用ＳＰＤＴスイッチ
８８ 送受信用アンテナ
８９ 受信用アンテナ
９０ スイッチモジュール
９１ 分波器
９２ スイッチ素子
９３ 低域通過フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＰＨＳやブルートゥースや無線ＬＡＮなどデータ通信に用いられる比較的小電力の電力増幅器モジュール、詳述すれば送信電力１Ｗ以下、高周波（数ＧＨｚ以上）の電力増幅器モジュールに関し、特に複数の通信システムに対応した高周波回路部を簡単化、小型化にし、低損失化を実現するための電力増幅器モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、従来技術で２つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である（特許文献１参照）。アンテナ端子からみて２つのシステムの周波数帯を分離するための分波器９１、その後段に送信／受信を切り替えるためのスイッチ素子（ＳＷ）９２、さらに送信側には低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９３が接続されており、これらが１つのスイッチモジュール９０として構成され、複数の送受信信号のスイッチングに使用されている。送受信各２系統、合計４系統に分波された各端子には、各々電力増幅器３０が接続される構成である。したがって、この場合の配線は各増幅器の出力段および入力段からアンテナ端のスイッチモジュール９０まで４系統配線する必要があった。
【０００３】
図２０は従来技術で３システムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である（特許文献２参照）。本従来例では、まずアンテナ端に配置された分波器９１で１システムと２システムに分離したのち、１システム側、２システム側各々について送信／受信をスイッチ素子９２により切り替える構成になっている。この分波器９１とスイッチ素子９２を一体化してスイッチモジュール９０が構成されている。この場合の配線は各増幅器３０の出力段および入力段からアンテナ端のスイッチモジュール９０まで５系統配線する必要があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２５０８８号公報（第８頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１４−３０５４６２号公報（第７頁、第６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の通信機器は小型化、モバイル化される傾向にあり、バッテリー動作が一般的になってきている。このため、通信機器には各部品の小型化、高集積化および低消費電力化が望まれている。具体的には、通信機器の電力増幅器からアンテナ端までの送信回路では大きな電力を扱うことから、ここでの伝送損失は通信機器のバッテリー寿命に大きく影響する。たとえば、長時間使用のためには損失ができるだけ小さいことが要求される。この伝送損失の要因としては各素子の挿入損失や素子間の配線での伝送損失があげられる。したがって、送信回路の伝送損失を低減するには各素子の挿入損失を低減するとともに素子数を減らし、配線が簡素化でき短くすることが望まれる。
【０００６】
同様に通信機器の受信感度においても、アンテナで受信し微弱な受信信号を効率よく低雑音増幅器に導くために、受信回路での伝送損失を低減化し、外部からの雑音が影響しないよう配線を短く、簡素化することが望まれる。
【０００７】
また、前述のごとく従来の複数のシステムに対応した無線機における送信回路は、各増幅器がそれぞれのシステムの送信回路に対し個別に配設され、スイッチモジュールまで個々の電気配線がなされる。受信回路においても同様で、アンテナで受信された複数のシステムの信号は、スイッチモジュール内の分波器によりまずシステム毎に分波され、さらにスイッチモジュール内のスイッチ素子により送信と受信に分波され、各々のシステムごとの受信回路に対し電気配線がなされ低雑音増幅器に接続される。このためスイッチモジュールから各増幅器までの送受信回路においてシステム数のおおよそ２倍の配線を引く必要があった。図２０に示されるようなスイッチモジュールで、各システムの送受信切り替えを行なうスイッチ素子は、半導体部品であるダイオード素子と基板回路部からなり、基板回路部にはダイオードを動作させるための多数のコンデンサ部品等や、電源配線が形成することが必要である。また、信号線路に挿入されるスイッチ素子は１ｄＢ程度の挿入損失を有するため数の増加は、伝送損失の増加になる。このように多段のスイッチ素子を用いると部品点数が増加、配線が複雑化し高価になるとともに伝送損失も増加してしまう。
【０００８】
以上のように従来技術では、複数の通信システムすなわちマルチバンドに対応する場合、増幅器からアンテナ端までの配線の占める面積・容積が大きく、部品数が多いため小型化が困難であり高価にならざるをえず、かつ通信システム数の増加に伴い回路に挿入するスイッチ素子数が増加することから伝送損失が大きくなるという問題があった。
【０００９】
さらに、携帯電話や無線ＬＡＮなどの通信方式では受信感度を確保するためダイバ−シテイ受信が採用されているが、このような場合ダイバーシティ用アンテナを併設し接続切り替えをこのようなスイッチモジュールで行うにはさらに複雑な回路構成になっていた。
【００１０】
本発明は、上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、個別の部品で構成されていた回路の共通部分を一体化することにより、小型で低損失の電力増幅器モジュールを提供し、送受信系のシステム毎の配線を簡素化し、部品点数を低減した送受信回路構成および電力増幅器モジュール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】
本発明は、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルに関する。
【００１２】
また、前記出力段整合回路および前記合波回路は、誘電体基板表面または内部に導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板が前記誘電体基板上に設置されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含む送信用回路に関する。
【００１４】
また、本発明は、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路とを有し、入力段整合回路と分波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルに関する。
【００１５】
本発明の受信用電力増幅器モジュールは、前記入力段整合回路および分波回路は誘電体基板表面または内部の導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含む受信用回路に関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、送信信号および／又は受信信号を含むシステムの周波数帯を信号処理の単位として、分波または合波していた従来の信号処理方法とは異なり、複数のシステムを含む送信信号または複数のシステムを含む受信信号を単位として合波または分波の信号処理を行ない、さらに、複数の送信信号の合波回路または、複数の受信信号の分波回路を、それに接続されている増幅回路の整合回路と一体化することによって、複雑で電力消費の大きいスイッチ素子の使用を減じ、さらに、回路を共通化することにより簡素化でき伝送損失を減らすことが出来る。
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルの一部を構成する増幅器をＮ個つないだ増幅回路構成のブロック図である。一般に、増幅回路の入力インピーダンス、出力インピーダンスはそれぞれ伝送路の特性インピーダンス（一般的には５０Ω）と整合するように設計される。このため増幅回路の入力段には伝送路の特性インピーダンスと初段の増幅器３１の入力インピーダンスとの整合をとるための整合回路２１が配置される。同様に出力段には最終段の増幅器３３の出力インピーダンスと伝送回路の特性インピーダンスとの整合をとるための整合回路２５が配置されている。また、各増幅器の間には前段増幅器の出力インピーダンスと後段増幅器の入力インピーダンスが整合するように段間整合回路２２が配置されている。
【００１９】
図２は本発明の複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有する送信用マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルのブロック図であり、複数の電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路２５１，２５２と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路６０とが、回路を一部共有するように一体化して構成された送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルを構成している。本発明の増幅器の出力段整合回路とは、最終段の増幅器の出力インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスとの整合をとるための回路であり、合波回路とは、複数の増幅回路の出力端子間のアイソレーションを確保しかつ共通の出力端子にまとめる回路である。２つのシステムの周波数ｆ１とｆ２の入力信号がそれぞれｆ１信号入力端子１１、ｆ２信号入力端子１２に入力され、Ｎ段の増幅器により増幅され、第Ｎ増幅器３３１、３３２の出力側にそれぞれの出力段整合回路２５１，２５２（ｆ１出力段整合回路とｆ２出力段整合回路）を通過し、増幅されたｆ１またはｆ２の信号は、共通の出力端子であるｆ１・ｆ２出力端子４１から出力される。その際、増幅されたｆ１の信号は、ｆ２側の増幅回路に回りこまないように、また、増幅されたｆ２の信号は、ｆ１側の増幅回路に回りこまないように合波回路６０が形成されており、ｆ１およびｆ２の信号はこの合波回路を経由してｆ１・ｆ２出力端子に出力される。本発明の特徴の１つは、従来、増幅器と分波器として個別に配置されていたものを、送信回路どうし、受信回路どうしをまとめ、増幅回路の出力段整合回路と合波回路とを少なくとも回路を一部共有するように構成することで、一体化し部品点数を減じるとともに回路を簡略化し、伝送損失を減少させることである。
【００２０】
出力段整合回路と合波回路とを少なくとも一部回路を共有し、一体化するとは、出力段整合回路が合波回路機能すなわちアイソレーションを考慮した回路設計となり、合波回路はインピーダンス整合を考慮した回路設計になっていることである。すなわち、出力段整合回路と合波回路を一体化することにより、増幅された各システムの信号（この場合ｆ１とｆ２の信号）が他の増幅回路に回りこまずに、共通の出力端子から出力できる機能と、それぞれの周波数（この場合ｆ１とｆ２）における出力端子の出力インピーダンスが伝送路の特性インピーダンス（通常５０Ω）になるような機能を持つように回路が構成されていることを意味する。
【００２１】
また、一般に電力増幅器を安定動作させるために増幅回路の後段にアイソレータが挿入されるが、本発明においても必要に応じ配置されてもかまわない。この場合、増幅器の出力インピーダンスとアイソレータの入力インピーダンスの整合回路がこれらの素子間に構成され、アイソレータの出力インピーダンスとの整合回路と合波回路とが一体化した回路として構成されることになる。
【００２２】
前記整合回路に、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタのうち少なくとも１つの機能を有するよう構成することにより、合波回路の機能の一部を持たせることが可能となる。一般に整合回路では２つの異なるインピーダンスを低損失で接続するよう設計されるが、本発明の場合には互いの周波数領域において不要なスプリアス信号を除去することも考慮して設計される。このように整合回路及び合波回路を最適化して設計することにより、より簡素化した一体化した回路構成とすることで小型・低損失な不要なスプリアス信号の増幅作用を低く抑えることが可能になり、送受信回路に通信で使用する信号周波数以外を除去する目的で挿入されるフィルタに要求される性能の軽減化を実現することが可能である。具体的には電力増幅器モジュールの後段に入るフィルタに要求されるスプリアス信号の減衰特性が軽減化されることから、一般的に減衰特性とトレードオフの関係になる挿入損失を小さく設計することが可能になる。これにより、送信回路での損失がさらに低減化される。
【００２３】
図３は、本発明の一部を構成する、出力段調整回路と合波回路とが一体化している例であり、合波回路として最終段に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）７１と高域通過フィルタ（ＨＰＦ）７２を構成している。この場合、出力段整合回路は、最終段の増幅器の出力端子５１または５２から共通端子４１までの部分であり、合波回路は、図３に示した回路部分である。図３中、端子６１と端子６２は、整合回路と合波回路の一体化された回路中に存在する点である。この場合、各々の最終段増幅器の出力端子から端子６１、端子６２までの回路は、最終段増幅器の出力端子での出力インピーダンスと端子６１および端子６２で規定されるインピーダンスへの整合回路となる。このように整合回路と合波回路を共有することにより、小型化が可能となり、伝送損失も低減される。
【００２４】
図４は、図３の合波回路および出力段整合回路とが一体化された回路の周波数特性である。低域通過フィルタ回路７１はｆ１システムの出力段整合回路としても働き、高域通過フィルタ回路７２はｆ２システムの出力段整合回路としても働くように設計される。
【００２５】
図５は、出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。この場合の出力段整合回路と合波回路の考え方は図３の場合と同様である。合波回路は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）と帯域通過フィルタ（ＨＰＦ）の組み合わせで構成されている。図６は、この回路の周波数特性を示したものである。この例に示すように互いの周波数領域で電気信号が漏れないよう、減衰極が発生するようフィルタ回路を設計することもできる。
【００２６】
図７はｆ１、ｆ２、ｆ３の３つのシステムに対応した出力段整合回路と合波回路の一実施形態である。この場合、ｆ１、ｆ２の間となるｆ３システムについては帯域通過フィルタ、ｆ１については低域通過フィルタ、ｆ２については高域通過フィルタで構成されている。この場合の出力段整合回路と合波回路の考え方は図３の場合と同様である。この場合も各フィルタ回路の一部が出力段整合回路および合波回路の一部を構成するようになっており、出力段整合回路と合波回路とが、一部回路を共有するように一体化されている。図８は、図７の出力段整合回路と合波回路が一体化した回路の周波数特性である。
【００２７】
出力段整合回路と合波回路の構成は、システムの数や回路構成によって、様々な実施形態が考えられ、本発明は、ここで例示された実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の送信用電力増幅器モジュールは、前記出力段整合回路を誘電体基板に形成し、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。これにより、低損失で小型の電力増幅器モジュールを提供できる。
【００２９】
図９に本発明による周波数ｆ１、ｆ２からなる２つのシステムに対応した送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュールのレイアウト図を示す。ｆ１、ｆ２の入力端子１１，１２が形成された誘電体基板８２上に入力段整合回路２１１，２１２、第１増幅器３１１，３１２、段間整合回路２２１，２２２、第２増幅器３２１，３２２が配置され、そして誘電体基板８２に形成された出力段整合回路２５１，２５２および合波回路６０を経て、一つの出力端子４１が配置される構成になっている。
【００３０】
図１０は図９の送信用マルチバンド用電力増幅器モジュールの断面図である。各増幅器は半導体基板８１上に形成されるが、各出力段整合回路および合波回路は半導体基板８１または前記誘電体基板８２上に形成してあってもかまわない。好ましくは、各出力段整合回路および合波回路は半導体基板８１表面または内部に導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板が前記誘電体基板上に設置される。さらに好ましくは、各増幅器は、半導体基板８１上に形成され、各整合回路は誘電体基板上に形成される。これにより、一層小型化が可能となる。
【００３１】
誘電体基板上に増幅器の形成された半導体基板を配置する場合には、出力段整合回路及び合波回路の構成方法として誘電体基板表面にチップ部品を使用して回路構成する方法、誘電体基板内に一部部品を内層化し回路構成する方法などがある。またフィルタ機能を有する回路で必要な共振回路は、基板表面あるいは内層に形成される導電性電極パターンと誘電体層で構成される分布定数型の１／ｎ波長共振器やＬＣ共振回路を使用することが好ましく、高集積化に適しており、基板製造時に部品を作りこめることから製造コストを安くすることができる。一部、部品を内層化する場合の誘電体基板としては、誘電損失の小さな樹脂多層基板や低温焼結セラミックス積層基板などが望ましく、導電性電極にはＣｕ、Ａｇなど電気伝導率の高い材料が好ましい。
【００３２】
また、各増幅器に接続される整合回路同士は、基板主平面に水平な面内で分割され形成されるかあるいは垂直面で分割され形成されることが好ましく、この場合互いの信号の漏洩防止、干渉を抑制するためにアース電極またはスルーホールなどが境界部分に配置されることが好ましい。
【００３３】
図１１は入力段整合回路、第１増幅器、段間整合回路、第２増幅器を半導体基板上に一体形成した場合の送信用のマルチバンド用電力増幅モジュールのレイアウト図であり、図１２はその断面図である。このように、半導体基板８１上に一体化することで、さらにモジュール形状の小型化が実現できる。また、誘電体基板８２上に実装する部品点数が低減することから、製造工数の低減化がはかれるとともに量産時の製造コストの低減が実現できる。
【００３４】
上記のように、本発明の送信用マルチバンド用電力増幅器モジュールでは、その電力増幅器で増幅された電気信号の大きな電力を扱う電力増幅器の出力段整合回路を低損失な誘電体基板に作製し、２つのシステムの合波回路を共有するよう設計されている。このような回路構成にすることで、互いの信号が他方の増幅器に入り込まないような十分なアイソレーション特性が得ることが可能である。また、同時に２つのシステムから信号が発信されることは無いため、一方のシステムに対応した増幅器が動作しているとき、他の増幅器の電源をＯＦＦにすることで他の増幅回路に与える悪影響を回避することができる。
【００３５】
また、従来の２システムに対応した装置においては、各増幅器がそれぞれのシステムに対し別個に配設され、アンテナ端に設置された分波器あるいはスイッチ素子まで個々の電気的配線がなされ用いられていたが、本発明では、図１１に示すごとく複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有するマルチバンド用電力増幅器モジュールとし、増幅器の出力段整合回路と合波回路とを回路を一部共有させ一体化した１つの電力増幅器モジュールにすることで電力増幅器モジュールの出力端からアンテナ端までの配線を１つにすることができ、素子数の低減および配線の簡素化により伝送損失が低減でき、面積・容積の縮小化により、配線設計の自由度が向上する。
【００３６】
さらに、本発明の送信用のマルチバンド用電力増幅器モジュールの出力側に多モードアンテナを接続することにより、小型で、損失の少ない送信用通信モジュールおよび送信用回路を構成することが出来る。すなわち、従来技術では、システム毎に周波数帯域を分割するための分波器を含み、その後段に各システム毎の時分割された送受信信号に連動する一連のスイッチ素子からなるスイッチモジュールが接続されていたのに対し、本発明においては時分割された送受信信号に連動するスイッチ素子のみでよい。
【００３７】
図１３は、本発明の送信用マルチバンド用通信モジュールの一実施形態を示すブロック図である。図１３に示す本発明のマルチバンド用送信用通信モジュールは、ｆ１とｆ２の２つの出力信号を本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュール１を通して１本の出力にし、送信と受信を切りかえるための１対２切り替えスイッチ（Ｔ／Ｒ用ＳＰＤＴスイッチ）８５を介して、アンテナ８８端に接続されている。電力増幅器モジュール１内部では、増幅器３０により信号が増幅され、出力段整合回路、合波回路を経て、特定の送信信号のみが出力される。従来技術では増幅器モジュールからアンテナ端のスイッチモジュールまで送信用にシステム数の配線が必要であったのに対し、本発明の実施形態では増幅器モジュール１からの送信信号の配線が１つで済み、回路が簡単になっていることが判る。即ち、本発明のマルチバンド用電力増幅器モジュールでは、１つのシステムに対し、電力増幅された信号の出力が一本の配線で行えることから、直接マルチバンド対応アンテナに接続する回路構成が可能になる。
【００３８】
次に、複数のシステムに対応した複数の周波数（例えば、ｆ１、ｆ２）の信号を受信し、それぞれの信号に分波し、増幅する本発明の受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールについて説明する。
【００３９】
図１４に、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路６５と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器（３１１，３１２等）と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路２１１，２１２とを有する受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールのブロック図を示す。この受信用マルチバンド用電力増幅器モジュ−ルでは、複数のシステムの入力信号をまとめて扱うようにすることにより、複数の周波数帯域の信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路６５と、各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路２１１，２１２とが、少なくとも回路を一部共有して一体化されている。入力段整合回路とは、伝送線路の特性インピーダンスと初段の増幅器の入力インピーダンスとの整合をとるための回路である。
【００４０】
２つのシステムの周波数ｆ１とｆ２の受信信号は、受信用マルチバンド用電力増幅器モジュール２の共通の入力端子１３から分波回路６５に入り、それぞれのシステムの信号成分に分離され、増幅器（３１１、３１２等）で増幅され、受信用マルチバンド用電力増幅器モジュール２の複数の出力端子５３，５４のうち、システムに対応した出力端子から出力される。その際、入力されたｆ１の信号は、ｆ２側の増幅回路に回りこまないように、また、入力されたｆ２の信号は、ｆ１の増幅回路に回りこまないように分波回路６５が構成されており、最初の増幅器の入力側１１，１２には、それぞれの周波数で入力端子の入力インピーダンスと整合がとれるように、入力段整合回路２１１，２１２がそれぞれの増幅器に形成されている。本発明の受信用マルチバンド用増幅器モジュールは、この分波回路６５と入力段整合回路２１１、２１２とが、一部回路を共有するように一体化していることによって、部品点数を減少させ、小型で低損失のマルチバンド用電力増幅器モジュールとすることもできる。
【００４１】
本発明の受信用マルチバンド用電力増幅器モジュールは、前記整合回路が、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタのうち少なくとも１つの機能を有することが好ましい。
【００４２】
図１５は、２つのシステムの信号を受信し、増幅する本発明の受信用電力増幅器モジュールの入力端子から最初の増幅器までの分波回路と入力段整合回路とを回路の一部を共有させ、一体化した回路の一実施形態を示す回路図である。図１５中、端子６６と端子６７は、整合回路と分波回路の一体化された回路中に存在する点である。この場合、各々の初段増幅器の入力端子１３から端子６６または端子６７までの回路は、各々の初段増幅器の入力端子での入力インピーダンスと回路設計により規定される端子６６または端子６７でのインピーダンスへの整合回路となる。端子６６または端子６７のインピーダンスは共通端子１３すなわち伝送線路の特性インピーダンスと必ずしも一致しないが、一致する場合には図１５に示した回路を単なる分波回路とみなすこともできる。このように整合回路と分波回路を共有することにより、小型化が可能となり、伝送損失も低減される。図１６は、その周波数特性である。この場合、分波回路および入力段整合回路として低域通過フィルタと高域通過フィルタを組み合わせている。
【００４３】
分波回路と入力段整合回路とを一体化した回路としては、前記の出力段整合回路と合波回路とを一体化した回路と同様な回路構成とすることができ、ここで示した実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
受信用の電力増幅器モジュールも、前記送信用の電力増幅器モジュールと同じように、前記入力段整合回路を誘電体基板に形成し、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置することが好ましい。これにより、低損失で小型の電力増幅器モジュールを提供できる。
【００４５】
本発明の受信用の増幅器モジュールは、入力端子をマルチバンド対応アンテナ端子に接続して、低損失で小型の受信用通信モジュールおよび受信用回路とすることが出来る。前述したように、従来技術では、システム毎に周波数帯域を分割するための分波器を含み、その後段に各システム毎の時分割された送受信信号に連動する一連のスイッチ素子からなるスイッチモジュールが接続されていたのに対し、本発明においては時分割された送受信信号に連動するスイッチ素子のみでよい。
【００４６】
本発明によると、分波回路と各システム周波数に対応した低雑音増幅器が１つの受信用マルチバンド用増幅器モジュールに形成されているため、複数の受信信号をアンテナから受信用増幅器モジュールに接続する配線は１つでよく、また、アンテナと、受信用増幅器モジュールの間に配置される送受切り替え用のスイッチは、従来に比べ小型のスイッチ素子１つでよい。これにより、回路の簡単化、小型化が実現できるとともに、素子数も低減できることから受信感度を改善できる。
【００４７】
さらに、多モードアンテナ素子と、多モードアンテナ素子に接続され送受信を切り替えるスイッチ素子と、該スイッチ素子の送信側に接続された前記受信用の電力増幅器モジュールと、該スイッチ素子の受信側に接続された前記送信用の電力増幅器モジュールとにより、送受信用通信モジュールを構成することができる。
【００４８】
図１７に本発明の送受信用通信モジュールの一実施形態のブロック図を示す。従来例の図１９の回路と比較して配線が複雑なスイッチ素子を一つ少なくできる。例えば、従来の図１９の回路では、スイッチ素子９２は２つ必要であるのに対し、本発明の図１７の回路では、スイッチ素子８５は１つでよい。また、従来例ではスイッチモジュール９０から増幅器３０まで必要であったシステム数の２倍の配線を行う必要がないことから、著しく回路回線を簡単化することができる。
【００４９】
また、図１７の実施形態の回路構成は２システムの場合であるが、これを３システムに拡張した場合でも、合波回路および分波回路で１系列増やすことで対応できる。
【００５０】
図１８は、本発明の送受用マルチバンド用通信モジュールの他の実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、受信回路にマルチバンド対応したダイバーシティアンテナを追加配置したものであり、これにより、受信状態のよいアンテナを適宜選択して、良好な受信状態を保つことができる。
【００５１】
このような構成は、本来のスイッチ素子にアンテナ切り替え用のスイッチ機能を付加するだけで可能である。これに対し、従来技術の場合、図２０に示したようにアンテナ端子と分波回路との間に新たにアンテナ切り替え用のスイッチ素子を設ける必要があることから、受信回路系において入力信号は、スイッチ素子２つ、分波器一つを経由することとなり、本発明に比べて、追加されたスイッチ素子一つ分、感度が低下することになる。また、本発明では、従来例に比べ、全体で、配線が複雑なスイッチ素子を低減することができる。
【００５２】
また、本発明の図１８の構成では、スイッチ素子８５と増幅器モジュール１，２の間には、合計２本の配線でよく、これに対し、従来例では図２０のスイッチモジュール９０と増幅器３０との配線は５本必要である。このため、実際には、従来の方法では、配線がさらに複雑化することにより感度低下が生じてしまう。
【００５３】
前述のように、受信回路にダイバーシティアンテナを付加する場合には、著しく送受信回路が簡単化、小型化される。本発明によれば、ダイバーシティアンテナにマルチバンド対応アンテナを使用し、送受信用アンテナと切り替える構成にするだけでよい。
【００５４】
以上のように、本発明によると、素子数の低減と前述の配線の簡略化が実現できることから伝送回路での損失を低減化することが可能になる。これにより通信機器の送信回路の小型化、簡素化が可能になり、消費電力が低減されることから通信可能時間が伸びることになり通信機器の性能向上につながる。
【００５５】
従来の回路構成では、特定の複数の周波数帯のみ取り出すフィルタをアンテナ端との間に設置する必要があったが、増幅器の前段あるいは後段に配置することで対応も可能になる。このようなフィルタの必要、不必要は本発明を適用する通信システムに係わる通信仕様や回路構成する部品や配線の周波数選択性能に関する問題であり、これは本発明の本質には関係ない。本発明は、特に時分割により送受信を分離する通信システム方式に適している。たとえば低電力通信システムであるＰＨＳや無線ＬＡＮなどがある。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルとすることにより、複雑な配線を少なくし、小型で低損失の送信回路が可能となる。また、同様に、複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路とを有し、入力段整合回路と分波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有するマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルとすることにより、複雑な配線を少なくし、小型で低損失の受信回路が可能となる。これらマルチバンド用電力増幅器モジュ−ルは、多モードアンテナと組合わせることにより、効率的なマルチバンドの通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】増幅器をＮ個つなげた増幅回路構成のブロック図である。
【図２】本発明に係る送信用電力増幅器モジュ−ルの一実施形態のブロック図である。
【図３】本発明に係る送信用電力増幅器モジュールの出力段整合回路と合波回路の一実施形態を示す回路図である。
【図４】図３の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図５】本発明に係る出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図６】図５の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図７】本発明に係る出力段整合回路と合波回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図８】図７の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明に係る２つのシステムに対応した送信用電力増幅器モジュールの一実施形態を示すレイアウト図である。
【図１０】図９の送信用電力増幅器モジュールの断面図である。
【図１１】本発明に係る２つのシステムに対応した送信用電力増幅器モジュールの他の実施形態を示すレイアウト図である。
【図１２】図１１の電力増幅器モジュールの断面図である。
【図１３】本発明に係る送信用通信モジュールの一実施形態を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る受信用電力増幅器モジュ−ルの一実施形態のブロック図である。
【図１５】本発明に係る分波回路と入力段整合回路とを一体化した回路の一実施形態を示す回路図である。
【図１６】図１５の出力段整合回路および合波回路の周波数特性を示す図である。
【図１７】本発明に係る送受信用通信モジュールの一実施形態のブロック図である。
【図１８】本発明に係る送受用通信モジュールの他の実施形態を示すブロック図である。
【図１９】従来の２つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】従来の３つのシステムに対応した高周波回路部構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 送信用増幅器モジュール
２ 受信用増幅器モジュール
５ 送受用通信モジュール
１０ 信号入力端子
１１ ｆ１信号入力端子
１２ ｆ２信号入力端子
１３ ｆ１ｆ２信号入力端子
２０ 整合回路
２１ 入力段整合回路
２１１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系入力段整合回路
２１２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系入力段整合回路
２２ 段間整合回路
２２１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系段間整合回路
２２２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系段間整合回路
２５ 出力段整合回路
２５１ 送信用増幅器モジュールｆ１信号系出力段整合回路
２５２ 送信用増幅器モジュールｆ２信号系出力段整合回路
３１ 第１増幅器
３１１ ｆ１信号系第１増幅器
３１２ ｆ２信号系第１増幅器
３２ 第２増幅器
３２１ ｆ１信号系第２増幅器
３２２ ｆ１信号系第２増幅器
３３ 第Ｎ増幅器
３３１ ｆ１信号系第Ｎ増幅器
３３２ ｆ２信号系第Ｎ増幅器
４０ 信号出力端子
４１ ｆ１ｆ２出力端子（送信用増幅器モジュール出力端子）
５１ 送信系ｆ１信号最終段増幅器出力端子
５１２ 送信系ｆ３信号最終段増幅器出力端子
５２ 送信系ｆ２信号最終段増幅器出力端子
５３ 受信系ｆ１信号最終段増幅器出力端子
５４ 受信系ｆ２信号最終段増幅器出力端子
６０ 合波回路
６１、６２、６１２ 合波回路と整合回路中の端子
６５ 分波回路
６６、６７ 分波回路と整合回路中の端子
７１ ＬＰＦ回路部
７２ ＨＰＦ回路部
７３ ＢＰＦ回路部
８１ 半導体基板
８２ 誘電体基板
８３ ケース
８５ Ｔ／Ｒ用ＳＰＤＴスイッチ
８８ 送受信用アンテナ
８９ 受信用アンテナ
９０ スイッチモジュール
９１ 分波器
９２ スイッチ素子
９３ 低域通過フィルタ
Claims (6)
- 複数の周波数帯域の送信信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の出力側に接続された出力段整合回路と、増幅された前記複数の周波数帯域の信号を合波する合波回路とを有し、前記出力段整合回路と前記合波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有することを特徴とするマルチバンド用電力増幅器モジュ−ル。
- 前記出力段整合回路および前記合波回路は、誘電体基板表面または内部に導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板が前記誘電体基板上に設置されていることを特徴とする請求項１記載のマルチバンド用電力増幅器モジュール。
- 請求項１記載の電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含むことを特徴とする送信用回路。
- 複数の周波数帯域の受信信号をそれぞれの周波数帯に分波する分波回路と、分波された複数の周波数帯の信号をそれぞれ増幅する複数の電力増幅器と、前記各電力増幅器の入力側に接続された入力段整合回路とを有し、入力段整合回路と分波回路とは、一体化した回路として構成されており、特定の周波数信号成分のみを通過させるフィルタ回路の機能を有することを特徴とするマルチバンド用電力増幅器モジュ−ル。
- 前記入力段整合回路および分波回路は、誘電体基板表面または内部の導電性電極パターンにより形成され、電力増幅器が形成されている半導体基板を前記誘電体基板上に設置したことを特徴とする請求項４記載のマルチバンド用電力増幅器モジュール。
- 請求項４記載の電力増幅器モジュールと多モードアンテナを含むことを特徴とする受信用回路。
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