JP2005217581A - 高周波電力増幅モジュール、高周波モジュール及び無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】干渉防止用接地パターンを伝搬する高周波信号を遮断し、高調波レベルを低減する。
【解決手段】誘電体基板１表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣを具備する送信用電力増幅器を搭載してなり、且つ誘電体基板１の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路とＢＬ０１１、ＢＬ０１２、ＢＬ０１３、ＢＬ０１４、接地パターンＧＮＤ０１を内装してなり、複数の電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０１２、ＢＬ０１３、ＢＬ０１４を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、接地パターンＧＮＤ０１における少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置にスリットＳＬＩＴ０１、ＳＬＩＴ０２を設けてなることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電話等に搭載される高周波電力増幅モジュール、特にマルチバンド対応移動無線端末に好適に使用される、送信用電力増幅器、高周波スイッチ回路、アンテナ分波回路、カプラ（方向性結合器）などにより構成される高周波モジュール及びそれを搭載した無線通信装置に関するものである。
近年、携帯電話の普及が進みつつあり、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。この新たな携帯電話として、マルチバンド対応携帯電話の提案がなされている。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を取り扱うのに対し、２つ以上の送受信系を取り扱うことができるものである。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。
図１に、デュアルバンドの場合の携帯電話器の送信系回路ブロック図を示す。図１に示したデュアルバンド方式では、送信時においては、バンド方式に応じて、送信信号を送信用電力増幅器ＡＭＰ１またはＡＭＰ２で増幅した後、カプラＣＯＰ０１又はＣＯＰ０２を通し、高周波スイッチ回路ＳＷ０１又はＳＷ０２、分波回路ＤＩＰを経由してアンテナＡＮＴから電波を送信する。前記送信用電力増幅器ＡＭＰ０１、ＡＭＰ０２は高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ０１、０２と出力整合回路ＰＡＭＮ０１、０２を含んでいる。
一方、受信時においては、受信信号はアンテナＡＮＴから受信され、分波回路ＤＩＰ、高周波スイッチ回路ＳＷ０１又はＳＷ０２を介して取り出され、ＲＸ０１、ＲＸ０２を通して受信回路へ送出される。
以下、各構成部品、構成回路については、バンドを表す添え字「０１」「０２」などを省略して表記することがある。
上述したデュアルバン方式の携帯電話器では、高周波スイッチ回路ＳＷ、カプラＣＯＰ、送信用電力増幅器ＡＭＰなどを有する回路が、多層化された誘電体基板表面或いはその内部に形成されたり、誘電体基板の一部にキャビティを設け、その内部に前記送信用電力増幅器ＡＭＰの高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣが実装されたりして高周波モジュールが形成される。
このような高周波モジュールにおいては、小型化のため、誘電体基板内或いは表面に回路素子及び回路パターンが近接して配置される。そのため回路素子或いは回路パターンが互いに干渉し合い、最悪の場合、回路素子及び回路パターンが相互に電磁的結合し、設計者が意図しない伝搬経路が発生する恐れがある。
例えば、送信用電力増幅器ＡＭＰ０１には複数段で構成される高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ０１の各段に電源電圧を供給するための電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０１２、ＢＬ０１３が接続されるが、これらの線路には高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ０１で発生した高調波信号が流れている。
更に、電圧供給線路は高周波電力増幅回路の下部に設けられた干渉防止用接地パターンと近接しているため、周波数によっては、干渉防止用接地パターンを介して高周波信号が伝搬し、電圧供給線路が相互に結合することになる。
この場合、例えば、最終段で発生した高調波信号が電圧供給線路ＢＬ０１３から干渉防止用接地パターンへ、そして電圧供給線路ＢＬ０１１或いはＢＬ０１２へと伝搬することによって、高調波信号が前段にフィードバックされて増幅された結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルが増大する可能性がある。
従来の高周波モジュールにおいて、高調波信号を低減する技術として、例えば、特許文献１に開示されているように、高周波用半導体素子に接続される電圧供給線路の上部或いは下部に設けられる干渉防止用接地パターンを、電圧供給線路毎に誘電体基板の異なる層に配置したり、特許文献２に開示されているように、高周波用半導体素子の増幅段ごとに干渉防止用接地パターンを配置することでアイソレーション特性や輻射による相互干渉を改善することが提案されている。
特開平６−３３４４４９号 特開平９−２３８０３３号
しかしながら、これらの手法では、限られた誘電体基板の中で、接地パターンをどの層に配置するかという配置自由度に制限があり、高調波特性を十分に改善できないという問題があった。また、誘電体層の積層数を増やすことで配置自由度を確保すれば、高周波モジュールのサイズが増大するという問題があった。
従って、本発明は、干渉防止用接地パターンを伝搬する高周波信号を遮断し、高調波レベルを低減することのできる高周波電力増幅モジュール、高周波モジュールおよびそれらを具備する無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の高周波電力増幅モジュールは、誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなり、且つ前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置にスリットを設けてなることを特徴とするものである。
また、他の高周波電力増幅モジュールは、誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなり、且つ前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置に分割溝を形成して、同一平面内にて分割された複数の接地パターンを形成したことを特徴とするものである。
さらに、本発明の高周波モジュールは、誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなるとともに、高周波送信用信号をアンテナ又はアンテナ分波回路に供給し、アンテナ又はアンテナ分波回路からの高周波受信信号を受信系に供給するための高周波スイッチ回路とを備えてなる高周波モジュールにおいて、前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置にスリットを設けたことを特徴とする。
さらに他の高周波モジュールは、誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなるとともに、高周波送信用信号をアンテナ又はアンテナ分波回路に供給し、アンテナ又はアンテナ分波回路からの高周波受信信号を受信系に供給するための高周波スイッチ回路とを備えてなる高周波モジュールにおいて、前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置に分割溝を形成して、同一平面内にて分割された複数の接地パターンを形成したことを特徴とするものである。
さらに、本発明によれば、上記のモジュールのうちのいずれかを無線通信装置に搭載したことを特徴とするものである。
本発明によれば、干渉防止用接地パターンの電圧供給線路が設けられた各領域を分断する位置にスリットを設ける、または少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置に分割溝を形成して、同一平面内にて分割された複数の接地パターンを形成することによって、干渉防止用接地パターンを伝搬する高周波信号を遮断することができ、これによって電力増幅器における後段の半導体素子から前段の半導体素子への高調波信号のフィードバックを防ぎ、最終的に高周波電力増幅モジュールや高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減できる。
本発明の高周波モジュールについて図２〜４をもとに説明する。図２〜４の高周波モジュールは、いずれも図１の高周波回路を構成するものである。図１の回路の説明は前記の通りであり、ここでは省略する。
図２は、本発明の高周波モジュールの概略断面図である。この高周波モジュールによれば、誘電体基板Ａの上面側に、キャビティ２が設けられ、そのキャビティ２内には、送信用電力増幅器として、高周波送信用信号を増幅するための高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣが収納、搭載されている。高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣは、ワイヤボンディングＷ０１、Ｗ０２によって、誘電体基板１側に形成された電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０２１に接続されている。また、図示していないが、電圧供給線路ＢＬ０１３やＢＬ０２３も同様にワイヤボンディングによって高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣと接続される。
また、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣの下部には、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１が設けられている。干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１は、例えばＢＬ０１１とＢＬ０１３のように近接するパターン間の干渉を防止している。更に干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣの直下に設けられた放熱用ビア２や他のビアによって誘電体基板１の裏面のグランドパターン３を経由して、外部のグランドに接続される。
また、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１の中央部には、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣの放熱のための放熱ビアｖｉａが設けられている。さらに、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣへ電圧を供給するための電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０２１、ＢＬ０２３は、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１よりも上面側の誘電体層に、また、電圧供給線路ＢＬ０１３は、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１よりも下面側の誘電体層に設けられる。
かかる配置によって、電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０１３は、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１によって仕切られて、線路が相互に干渉することを防止している。一方、電圧供給線路ＢＬ０２１、ＢＬ０２３は同一平面に配置されており、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１によって、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１よりも下側に設けられた他の線路と電磁的に分離されている。
次に、図３に、本発明に係る高周波モジュールにおける干渉防止用接地パターンの平面図を示す。この図３から明らかなように、電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０２１、ＢＬ０２３はいずれも平面的にみて、互いに重ならない位置に形成されている。そして、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１には、電圧供給線路スリットＳＬＩＴ０１、ＳＬＩＴ０２が設けられる。スリットＳＬＩＴ０１は、電圧供給線路ＢＬ０１３に流れている高調波信号が、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１と電磁界的に結合し、ＧＮＤ０１を伝搬して電圧供給線路ＢＬ０１１へ流れ込む途中の箇所に設けられている。スリットＳＬＩＴ０１を設ける箇所を適切に選ぶことにより、高調波信号の干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１を介しての伝送を妨げ、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣの終段から前段への高調波信号のフィードバックを防止することができる。その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの高調波特性を改善できる。
同様に、スリットＳＬＩＴ０２は、電圧供給線路ＢＬ０２３に流れている高調波信号が、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１と電磁界的に結合し、ＧＮＤ０１を伝搬して電圧供給線路ＢＬ０２１へ流れ込む途中の箇所に設けられる。また、干渉防止用接地パターンには、パターンの周辺、またはスリット周辺にビアＶＩＡ０１が設けられ、誘電体基板１の裏面のグランドパターン３と接続されている。スリットＳＬＩＴ０２を設ける箇所を適切に選ぶことにより、高調波信号の接地パターンを介しての伝送を妨げ、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣの終段から前段への高調波信号のフィードバックを防止することができる。その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの高調波特性を改善できる。
なお、この図３の例では、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０１へのスリットを２箇所形成したが、スリットの形成は、ＳＬＩＴ０１、ＳＬＩＴ０２に限らず、電圧供給線路ＢＬ０１１と、ＢＬ０１２の間、あるいは電圧供給線路ＢＬ０１３とＢＬ０２３との間に形成してもよい。
次に、図４に、本発明に係る高周波モジュールにおける他の干渉防止用接地パターンを示す図である。この高周波モジュールにおいては、干渉防止用接地パターンは、ＭＭＩＣ用グランド、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣへ電圧を供給するための電圧供給線路ＢＬ０１１、ＢＬ０１３、ＢＬ０２１、ＢＬ０２３毎に分割溝Ｍを挟んで、ＧＮＤ００、ＧＮＤ０１、ＧＮＤ０２、ＧＮＤ０３、ＧＮＤ０４の５つの領域に分割されている。また、干渉防止用接地パターンには、パターンの周辺、またはスリット周辺にビアＶＩＡ０１が設けられ、誘電体基板１の裏面のグランドパターン３と接続されている。
このように干渉防止用接地パターンを、電圧供給線路を形成した領域毎に分割することによって、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣで発生した高調波信号が電圧供給線路ＢＬ０１３に流れ、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０２と結合しても、ＧＮＤ０１と分割されていることにより、高調波信号は伝搬できず、電圧供給線路ＢＬ０１１とは結合できないため、高調波信号のフィードバックを防止することができる。その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの高調波特性を改善できる。
同様に、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣで発生した高調波信号が電圧供給線路ＢＬ０２３に流れ、干渉防止用接地パターンＧＮＤ０４と結合しても、ＧＮＤ０３と分割されていることにより、高調波信号は伝搬できず、電圧供給線路ＢＬ０２１とは結合できないため、高調波信号のフィードバックを防止することができる。その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの高調波特性を改善できる。
なお、本発明において、干渉防止用接地パターンに形成するスリット、または分割溝は、実質的に互いの電磁的な結合を完全に分断できるレベルの幅で形成されていることが必要であるが、例えば、周波数が０．８ＧＨｚ以上の場合には、０．１ｍｍ以上の幅で形成することが望ましい。
本発明の高周波電力増幅モジュールをフロントエンド送信用の高周波モジュールとして用いる場合には、図２の構成に加え、周知の方法、例えば、特開２００３−８４６９号、特開２００３−８４７０号に記載される構造に従い、高周波送信用信号をアンテナ又はアンテナ分波回路に供給し、アンテナ又はアンテナ分波回路からの高周波受信信号を受信系に供給するための高周波スイッチ回路を具備する。また、適宜、送信用電力増幅器の出力側に接続され、前記送信用電力増幅器の出力をモニタするためのカプラ、高周波増幅回路と高周波増幅回路の出力側とカプラの入力側とのインピーダンス整合をとるための出力整合回路などを具備することもできる。これらは、電子部品や素子として誘電体基板の表面に実装したり、誘電体基板の内部に、導体パターンによって、キャパシタや、分布定数線路などの回路形成によって設けることができる。
本発明に係る高周波モジュールの回路ブロックである。 本発明の高周波モジュールの一例を示す概略断面図である。 図２における高周波モジュールにおける干渉防止用接地パターンの平面図である。 本発明の高周波モジュールの他の例における干渉防止用接地パターンの平面図である。
符号の説明
ＡＮＴ・・・アンテナ端子
ＣＯＰ０１、ＣＯＰ０２・・・カプラ
ＤＩＰ・・・分波回路
ＳＷ０１、ＳＷ０２・・・高周波スイッチ回路
ＡＭＰ０１、ＡＭＰ０２・・・送信用高周波増幅回路
ＰＡＭＮ０１、ＰＡＭＮ０２・・・出力整合回路
ＭＭＩＣ０１、ＭＭＩＣ０２・・・高周波増幅用半導体素子
ＴＸ０１、ＴＸ０２・・・送信信号用端子
ＲＸ０１、ＲＸ０２・・・受信信号用端子
ＭＯＮ０１、ＭＯＮ０２・・・モニタ出力端子
ＢＬ０１１、ＢＬ０１２、ＢＬ０１３、ＢＬ０２１、ＢＬ０２２、ＢＬ０２３・・・電圧供給用線路
ＡＰＣ・・・出力電力制御回路
Ｖｉａ・・・放熱用ビア
Ｖｉａ０１・・・ビア
ＧＮＤ０１、ＧＮＤ０２、ＧＮＤ０３、ＧＮＤ０４・・・干渉防止用接地パターン
Ｗ０１、Ｗ０２・・・ワイヤボンディング
Ｃ０１、Ｃ０２・・・コンデンサ
ＳＬＩＴ０１、ＳＬＩＴ０２・・・スリット
Ｍ 分割溝
１ 誘電体基板
２ キャビティ
３ 導体パターン

Claims (5)

  1. 誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなり、且つ前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置にスリットを設けてなることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  2. 誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなり、且つ前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置に分割溝を形成して、同一平面内にて分割された複数の接地パターンを形成したことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  3. 誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなるとともに、高周波送信用信号をアンテナ又はアンテナ分波回路に供給し、アンテナ又はアンテナ分波回路からの高周波受信信号を受信系に供給するための高周波スイッチ回路を備えてなる高周波モジュールにおいて、前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置にスリットを設けたことを特徴とする高周波モジュール。
  4. 誘電体基板表面に、複数段の高周波増幅用半導体素子を具備する送信用電力増幅器を搭載してなるとともに、高周波送信用信号をアンテナ又はアンテナ分波回路に供給し、アンテナ又はアンテナ分波回路からの高周波受信信号を受信系に供給するための高周波スイッチ回路を備えてなる高周波モジュールにおいて、前記誘電体基板の内部に、各高周波増幅用半導体素子に対して、それぞれ電力供給を行なうための電圧を供給するための複数の電圧供給線路と、接地パターンを内装してなり、前記複数の電圧供給線路を平面的にみて互いに重ならない位置に配置してなるとともに、前記接地パターンにおける少なくとも２つの電圧供給線路を形成した領域を分断する位置に分割溝を形成して、同一平面内にて分割された複数の接地パターンを形成したことを特徴とする高周波モジュール。
  5. 前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモジュールを搭載することを特徴とする無線通信装置。
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