JP2005142689A - 高周波部品 - Google Patents

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茂 釼持
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Abstract

【課題】 限られたスペース内で干渉を極力防ぎ、電気的特性の劣化を低減するローパスフィルタを備えた高周波部品を提供することを目的とする。
【解決手段】 第1のインダクタンス素子と第1のキャパシタンス素子からなる並列共振回路と、前記並列共振回路の一端とアースとの間に、第2のインダクタンス素子と第2のキャパシタンス素子からなる直列共振回路を接続したローパスフィルタを備え、前記第1及び第2のインダクタンス素子を電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成し、第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とが、積層方向に重なり合わない構成とした。
【選択図】 図1

Description

本発明は携帯電話などの高周波回路において、不要な高周波信号を減衰させるフィルタや分波器、前記フィルタや分波器を備えた高周波スイッチなどの高周波部品に関する。
世界の携帯電話には種々のアクセス方式があり、またそれぞれの地域において複数のアクセス方式が混在している。たとえば、現在主流となっているアクセス方式の一つとしてTDMA(Time Division Multiple Access、時分割多元接続)方式がある。このTDMA方式を採用している主な通信方式として、日本のPDC(Personal Digital Cellular)、欧州を中心としたGSM(Global System for Mobile Communications)やDCS1800(Digital Cellular System 1800)、米国を中心としたPCS(Personal Communications Service)などがある。
他のアクセス方式として、近年米国、韓国や日本で普及しているアクセス方式にCDMA(Code Division Multiple Access、符号分割多元接続)方式がある。代表的な規格として米国を中心としたIS−95(Interim Standard−95)があり、PCS(Personal Communications Service)の周波数帯域でもサービスされている。また、高速度のデータ伝送を実現し得る第3世代通信方式のW−CDMA(Wide−band CDMA)も実用化され、このように世界各国で様々な通信方式が利用されている。なお、DCS1800はGSM1800、PCSはGSM1900と呼ばれる場合もある。
従来の携帯電話では、一つの通信方式、例えばGSM用の携帯電話として設計され、使用されていた。しかし、近年の利用者数の増大、及び使用者の利便性から、複数の通信方式やアクセス方式が利用可能なデュアルバンドやトリプルバンド携帯電話が提案され、さらにクアトロバンド携帯電話の要求もある。このようなマルチバンド携帯電話の高周波回路部においては、単純には通信方式毎に高周波部品が必要となるが、異なる通信方式での高周波部品の共通化が進められ、マルチバンド携帯電話の小型化を実現している。その一例として異なる通信方式で高周波部品の共通化した高周波スイッチ回路がある。特許文献1には、分波回路、フィルタ回路とスイッチ回路を用いて構成される高周波スイッチモジュールが開示されている。
図13は、DCS1800、PCSの送受信回路と、分波回路との接続を扱うスイッチ回路部分の回路ブロックである。このスイッチ回路の送信信号の経路にはローパスフィルタが配置されている。前記高周波スイッチの送信側にはパワーアンプが接続される。そして、このパワーアンプから送信周波数の信号(基本波)だけではなく、2倍波、3倍波などの高調波が高周波スイッチへ漏れてくる。このため、これら高調波を減衰させるように前記ローパスフィルタが配置される。
特許文献2には送信信号のn倍波を選択的に減衰させるローパスフィルタを有する高周波スイッチが開示されている。図14は、その等価回路である。このローパスフィルタは、インダクタンス素子とキャパシタンス素子とのLC回路で構成されており、電極パターンと誘電体層から構成される積層体内の電極パターンによって形成されている。
前記ローパスフィルタは2つのシャントコンデンサ(キャパシタンス素子)を有し、このシャントコンデンサのいずれか一方に電気的に直列に伝送線路(インダクタンス素子)を接続し、シャントコンデンサと伝送線路との直列共振回路の直列共振周波数を送信信号のn倍波と略等しい周波数とするものである。
特開2002−64301号 特開2001−292075号
このような高周波部品を前記マルチバンド携帯電話等の高周波回路部に用いようとするとき、幾つかの問題点がある。
携帯電話の小型化、軽量化、あるいは多機能化にともない、高周波部品を構成する積層体が小型化するとともに、積層体内におけるインダクタンス素子、キャパシタンス素子等の集積度も上がっている。このため、ローパスフィルタのインダクタンス素子、キャパシタンス素子を構成する個々の電極パターンを形成するに十分なスペースを確保するのが困難な場合があり、電極パターン間で干渉を生じ、電気的特性を劣化させる場合があった。
そこで本発明は、誘電体層上にローパスフィルタ を構成する電極パターンの配置形態に着目し、限られたスペース内で干渉を極力防ぎ、電気的特性の劣化を低減するローパスフィルタを備えた高周波部品を提供することを目的とする。
本発明は、第1のインダクタンス素子と第1のキャパシタンス素子からなる並列共振回路と、前記並列共振回路の一端とアースとの間に、第2のインダクタンス素子と第2のキャパシタンス素子からなる直列共振回路を接続したローパスフィルタを備えた高周波部品であって、
前記第1及び第2のインダクタンス素子は電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成され、第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とが、積層方向に重なり合わない高周波部品である。
本発明は、第2のインダクタンス素子と第2のキャパシタンス素子からなる直列共振回路と、前記第2のインダクタンス素子と前記第2のキャパシタンス素子の間に一端が接続された第1のキャパシタンス素子と、前記第2のインダクタンス素子の前記第2のキャパシタンス素子と接続されていない一端側に接続された第1のインダクタンス素子と,前記第1のキャパシタンス素子と前記第1のインダクタンス素子の前記第2のインダクタンス素子と接続されていない一端同士が接続された並列共振回路からなるローパスフィルタを備えた高周波部品であって、前記第1及び第2のインダクタンス素子は電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成され、第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とが、積層方向に重なり合わない高周波部品である。
本発明においては、前記第1及び第2のキャパシタンス素子を電極パターンと誘電体層との積層体に形成し、前記第1のキャパシタンス素子を構成する電極パターンと前記第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とを、積層方向に重なり合わないようにするいのが好ましい。
また、前記第2のキャパシタンス素子を構成する電極パターンと前記第1のインダクタンス素子を形成するライン電極とを、積層方向に重なり合わないように構成するのも好ましい。
前記積層体にスイッチング素子を実装し、前記スイッチング素子と前記積層体に形成されたビアホールを介して前記第1のインダクタンス素子、あるいは前記第1のインダクタンス素子と前記第2のインダクタンス素子を構成するライン電極と接続しても良い。
本発明によれば、限られたスペース内に配置されるローパスフィルタを構成する電極パターン間の干渉を極力防ぎ、電気的特性の劣化を低減するローパスフィルタを備えた高周波部品を提供することができる。
本発明に係る高周波部品の一実施例として、図1にローパスフィルタの等価回路を示す。
このローパスフィルタ120は、インダクタンス素子として伝送線路ld2、ld3、キャパシタンス素子としてコンデンサcd2、cd3、cd4を主要素子とし、伝送線路ld3とコンデンサcd4からなる並列共振回路と、その一端側とアースとの間に、伝送線路ld2とコンデンサcd2からなる直列共振回路が接続され、前記並列共振回路の他端にシャントコンデンサcd3が接続されている。
図2に別のローパスフィルタの等価回路を示す。
このローパスフィルタ120は、インダクタンス素子として伝送線路ld2、ld3、キャパシタンス素子としてコンデンサcd2、cd3、cd4を主要素子とし、伝送線路ld2とコンデンサcd2からなる直列共振回路と、その間に一端が接続されたコンデンサcd4と伝送線路ld2のコンデンサcd2と接続されていない一端で接続された伝送線路ld3とコンデンサcd4と伝送線路ld3の伝送線路ld2と接続されていない一端同士が接続された並列共振回路と、伝送線路ld3とコンデンサcd4の接続点に接続されたシャントコンデンサcd3から構成されている。
本発明の最も特徴的なところは、並列共振回路、直列共振回路を構成する伝送線路を電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成し、さらに第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とを、積層方向に重なり合わない様に、積層体に配置する点である。図11(a)は後述する実施例におけるローパスフィルタの積層体中の構成を示し、電極パターンの積層方向透視図である。並列共振回路を構成する伝送線路Ld3、直列共振回路を構成する伝送線路Ld2は巻回されたライン電極で形成され、それぞれ異なる誘電体層に設けられ、一端がビアホールを介して電気的に接続されている。伝送線路Ld3、伝送線路Ld2を構成するライン電極は積層体を透過視すると、接続部を除き重なりを有さない配置となっている。 また、並列共振回路のコンデンサcd4を構成する電極パターンは、直列共振回路の伝送線路ld2と重ならないように配置されている。このように構成することで、電極パターン間の干渉を防いでいる。なお本発明の高周波部品では、ローパスフィルタの回路構成は、並列共振回路と直列共振回路を同時に有する回路の積層構造に適応可能である。
高周波部品の他の例として、高周波スイッチと前記ローパスフィルタを複合した高周波部品を示す。図3はスイッチング素子、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を有する第1のスイッチ部100とローパスフィルタ120を有する高周波部品である。
なお、以降の説明においては、第1の送受信方式としてDCS1800、第2の送受信方式としてPCS、第3の送受信方式としてGSMを適用して説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
第1のスイッチ部100は、アンテナ側回路ANTに接続する第1のポート100aと、前記ローパスフィルタ120に接続する第2のポート100bと、第1の送受信方式(DCS1800)の受信回路RXと接続する第3のポート100cを備えている。ローパスフィルタ120は前記第1のスイッチ部100と接続する第1のポート120aと、DCS1800の送信回路TX1接続する第2のポート120bを備えている。前記第1のスイッチ部100のスイッチング素子により、第1のポート100a、第2のポート100b、第3のポート100cとの間の接続を切り替える。そして、ローパスフィルタ120と第1のスイッチ部100とをひとつの積層体に構成するものである。
この高周波部品においても前記ローパスフィルタの並列共振回路、直列共振回路を構成する伝送線路を電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成し、さらに第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とを、積層方向に重なり合わない様に、積層体に配置し、電極パターン間の干渉を防いでいる。
図4は高周波スイッチ、分波器とローパスフィルタを複合して高周波部品とした一例を示すブロック図である。
分波器300は、アンテナ側回路ANTに接続する第1のポート300aと、第1のスイッチ部100に接続する第3のポート300cと、第3のスイッチ部110と接続する第2のポート300bを備えている。分波回路300は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタを適宜組み合わせて、少なくとも二つのフィルタの一端同士を接続してなり、接続された側のポートに入力する複数の通信方式の高周波信号を、フィルタの通過帯域の差により、異なるポートに出力させる機能を有する。図4に示した回路ブロックにおける分波回路300は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとで構成される。第1のポート300aに入力する第1乃至第3の送受信方式の高周波信号は、ローパスフィルタによって第3の送受信方式(GSM)の高周波信号が第2のポート300bに、ハイパスフィルタによって、第1、第2の送受信方式(DCS1800、PCS)の高周波信号が第3のポート300cに現れるように分波される。また、第2、第3のポート300b、300cに入力される第1〜第3の送受信方式の高周波信号は、前記ローパスフィルタやハイパスフィルタを介して、第1のポート300aに現れる。
本高周波部品では、スイッチング素子を主構成とする第1〜第3のスイッチ部100,105,110を備えている。第1のスイッチ部100は、分波器の第3のポート300cに接続する第1のポート100aと、DCS1800及びPCSで共通の前記ローパスフィルタ120に接続する第2のポート100bと、前記第2のスイッチ部105と接続する第3のポート100cを備えている。ローパスフィルタ120は前記第1のスイッチ部100と接続する第1のポート120aと、DCS1800及びPCSの共通の送信回路TX1,2と接続する第2のポート120bを備えている。また、第2のスイッチ部105は、第1のスイッチ部100と接続する第1のポート105aと、DCS1800の受信回路RX1と接続する第2のポート105bと、PCSの受信回路RX2に接続する第3のポート105cとを備えている。第3の第1のスイッチ部110は、分波器の第2のポート300bに接続する第1のポート110aと、ローパスフィルタ125に接続する第2のポート110bと、GSMの受信回路RX3に接続する第3のポート110cを備えている。ローパスフィルタ125は前記第3のスイッチ部110と接続する第1のポート125aと、GSMの送信回路TX3と接続する第2のポート125bを備えている。
この高周波部品においても前記ローパスフィルタの並列共振回路、直列共振回路を構成する伝送線路を電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成し、さらに第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とを、積層方向に重なり合わない様に、積層体に配置し、電極パターン間の干渉を防いでいる。
第1乃至第3のスイッチ部に用いる高周波スイッチの一例を図5〜図7に示す。図5(a)(b)及び図6は、スイッチング素子としてダイオードを用いたものであり、他にインダクタンス素子、キャパシタンス素子を用いて構成されたSPDT、あるいはSP3Tの高周波スイッチである。図7はスイッチング素子として電界効果トランジスタ(FET)を用いた高周波スイッチである。なお本発明の高周波部品では、高周波スイッチの構成は特に限定されるものではない。
前記積層体は、例えば1000℃以下で低温焼結が可能なセラミック誘電体材料からなり、厚さが10μm〜200μmのグリーンシートに、低抵抗率のAgやCu等の導伝ペーストを印刷してインダクタンス素子やキャパシタンス素子を構成する所定の電極パターンを形成し、複数のグリーンシートを適宜一体的に積層し、焼結することにより製造することが出来る。
前記誘電体材料としては、例えばAl、Si、Srを主成分として、Ti、Bi、Cu,Mn,Na、Kを副成分とする材料や、Al、Si,Srを主成分として、Ca,Pb,Na,Kを複成分とする材料や、Al,Mg,Si,Gdを含む材料や、Al,Si、Zr,Mg含む材料が用いられ、誘電率は5〜15程度の材料を用いる。なお、セラミック誘電体材料の他に、樹脂積層基板や、樹脂とセラミック誘電体粉末を混合してなる複合材料を用いてなる積層基板を用いることも可能である。また、前記積層体をHTCC(高温同時焼成セラミック)技術を用いて、誘電体材料をAlを主体とするものとし、伝送線路等をタングステンやモリブデン等の高温で焼結可能な金属導体として構成しても良い。 また、樹脂とセラミック粉末を混合あるいは複合した絶縁体を多層化した物でも構成できる。
図4に示す回路ブロックの高周波部品の一構成例を説明する。図8は本実施例に係る高周波部品の等価回路であり、図9はその外観斜視図であり、図10は積層体の各層の構成を示す展開図である。
図8の等価回路に示すように、本実施例の高周波部品では第1〜第3のスイッチ部100、105、110のスイッチング素子として、インダクタンス素子とピンダイオードを用いたダイオードスイッチを採用している。また、分波器300、ローパスフィルタ120、125はインダクタンス素子とキャパシタンス素子とで構成されている。図8に示すようにスイッチング素子は積層体に実装され、インダクタンス素子やキャパシタンス素子は前記積層体に電極パターンで構成され、一部の素子がチップ部品としてダイオードとともに積層体に実装される。
この積層体の内部構造について図10をもとに積層順に説明する。
まず下層のグリーンシート14には、広がりを有する導体層で形成されたグランド電極Gが形成されている。またその裏面側には、回路基板に実装するための端子電極が形成されている。誘電体層14の上には誘電体層11〜13が積層される。この誘電体層11〜13には、第1〜第3のスイッチ部100,105,110を構成する伝送線路がライン電極として形成され、ビアホール電極(図中黒丸で表示)により接続されている。
誘電体層11の上には広がりを有する導体層で形成されたグランド電極Gが形成された誘電体層10が積層され、第1〜第3のスイッチ部100,105,110を構成するライン電極をグランド電極Gで挟むようにし、分波器300やローパスフィルタ120,125を構成する電極パターンとの干渉を防いでいる。
誘電体層6〜9には、分波器300やローパスフィルタ120,125のキャパシタンス素子を構成する電極パターンとグランド電極Gが形成され、誘電体層3〜5には分波器300やローパスフィルタ120,125の伝送線路(インダクタンス素子)を構成する電極パターン(ライン電極)が形成されている。誘電体層2には、誘電体層1に形成されたチップ部品実装のためのランド電極と、前記伝送線路等との接続線路パターンが形成されている。前記インダクタンス素子を形成するライン電極は、スパイラル状、コイル状、ミアンダ状の線路で構成される。
図11(a)は実施例におけるローパスフィルタ120の積層体中の構成を示し、並列共振回路を構成する伝送線路Ld3、直列共振回路を構成する伝送線路Ld2は巻回されたライン電極で形成され、それぞれ異なる誘電体層に設けられ、一端がビアホールを介して電気的に接続されている。伝送線路Ld3、伝送線路Ld2を構成するライン電極は積層体を透過視すると、接続部を除き、重なりを有さない配置となっている。
図12は、本実施例におけるDCS1800/PCS送信回路TX1,TX2とアンテナ側回路ANTとの間における減衰量の周波数特性を示す図である。また、図12には、図11(b)に示したローパスフィルタ、すなわち伝送線路Ld3、伝送線路Ld2を構成するライン電極は積層体を透過視すると、重なりを有する配置を有するように構成されたローパスフィルタ120を有し、他の部分は前記実施例とほぼ同一に形成された比較例の高周波部品の特性を併記した。なお、ローパスフィルタの並列共振回路では、およそ3400MHzの周波数に、直列共振回路では、およそ3800MHzの周波数に減衰極を形成するようにインダクタンス素子、キャパシタンス素子の定数を設定している。
本実施例によれば、DCS1800/PCSの2倍波の周波数帯域で優れた減衰特性を示していることがわかる。
本発明よれば、積層体という限られたスペース内でローパスフィルタを構成する電極パターン間の干渉を極力防ぎ、電気的特性の劣化を低減するローパスフィルタを備えた高周波部品を得ることが出来る。
本発明の一実施例に係る高周波部品の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る他の高周波部品の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品の回路ブロック図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品の他の回路ブロック図である。 本発明の高周波部品に用いる高周波スイッチの等価回路図である。 本発明の高周波部品に用いる高周波スイッチの他の等価回路図である。 本発明の高周波部品に用いる高周波スイッチの他の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品の他の等価回路図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品の外観斜視図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品に用いる積層体の分解斜視図である。 (a)本発明の一実施例に係る高周波部品におけるローパスフィルタの積層体中の構成を示す積層方向透視図であり、(b)比較例でのローパスフィルタの積層体中の構成を示す積層方向透視図である。 本発明の一実施例に係る高周波部品の減衰量の周波数特性図である。 従来のDCS1800、PCSの送受信回路と、分波回路との接続を扱うスイッチ回路部分の回路ブロック図である。 従来のローパスフィルタを備えた高周波スイッチの等価回路である。

Claims (5)

  1. 第1のインダクタンス素子と第1のキャパシタンス素子からなる並列共振回路と、前記並列共振回路の一端とアースとの間に、第2のインダクタンス素子と第2のキャパシタンス素子からなる直列共振回路を接続したローパスフィルタを備えた高周波部品であって、
    前記第1及び第2のインダクタンス素子は電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成され、第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とは、積層方向に重なり合わないことを特徴とする高周波部品。
  2. 第2のインダクタンス素子と第2のキャパシタンス素子からなる直列共振回路と、前記第2のインダクタンス素子と前記第2のキャパシタンス素子の間に一端が接続された第1のキャパシタンス素子と、前記第2のインダクタンス素子の前記第2のキャパシタンス素子と接続されていない一端側に接続された第1のインダクタンス素子と、前記第1のキャパシタンス素子と前記第1のインダクタンス素子の前記第2のインダクタンス素子と接続されていない一端同士が接続された並列共振回路からなるローパスフィルタを備えた高周波部品であって、
    前記第1及び第2のインダクタンス素子は電極パターンと誘電体層との積層体にライン電極として形成され、第1のインダクタンス素子を形成するライン電極と、第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とは、積層方向に重なり合わないことを特徴とする高周波部品。
  3. 前記第1及び第2のキャパシタンス素子は電極パターンと誘電体層との積層体に形成され、前記第1のキャパシタンス素子を構成する電極パターンと前記第2のインダクタンス素子を形成するライン電極とは、積層方向に重なり合わないことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波部品。
  4. 前記第2のキャパシタンス素子を構成する電極パターンと前記第1のインダクタンス素子を形成するライン電極とは、積層方向に重なり合わないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高周波部品。
  5. 前記積層体にスイッチング素子を実装し、前記スイッチング素子と前記積層体に形成されたビアホールを介して前記第1のインダクタンス素子、あるいは前記第1のインダクタンス素子と前記第2のインダクタンス素子を構成するライン電極と接続することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高周波部品。
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