JP2005277728A - 電力増幅器の電源電圧調整回路、高周波モジュール及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電力増幅器において、低い出力電力状態においても、高い電力付加効率を実現する。
【解決手段】送信出力電力の状態を設定するＲＦ−ＩＣの状態信号ＶＳ１０によって、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整回路Ｖcont１０，Ｖcont２０を設けた。
【効果】任意の出力電力においてバイアス点がそれぞれ最適となるようして電力付加効率を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信信号を増幅する電力増幅器の電源電圧の調整をする電源電圧調整回路、これを備えた送信用高周波モジュール及び無線通信装置に関するものである。

近年、携帯電話機などの移動端末装置におけるデータ通信速度の高速化の要求が高まっている。例えばＧＳＭ(Global System for Mobile communication)方式においては、伝送レートを高くする方式としてＥＤＧＥ（Enhanced Date Rates for GSM Evolution）と呼ばれるシステムが開発されている。その他の方式としてW−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）やｃｄｍａ２０００という方式が提案されているが、ＥＤＧＥは、従来のＩＰネットワークがほぼ適用できるため、新たな設備投資が抑えられることから、低価格な料金体系が実現できるなどのメリットがあげられている。
特開2002-290247号公報

ＧＳＭの移動端末装置内にＥＤＧＥを組み込む方法として、１つの電力増幅器でＧＳＭ（通話）と、ＥＤＧＥ（データ）を兼用できれば、機器の小型化の観点から好ましい。
また、ＧＳＭ／ＤＣＳ(Digital Cellular System)等を組み合わせたマルチバンドの移動端末装置において、それぞれの周波数帯域において、通話とデータ転送に用いられる電力増幅器を１つにまとめることができれば、機器の小型に大きく貢献できる。

例えば電力増幅器をＧＳＭ，ＤＣＳで使用する場合、電力増幅器は飽和領域で動作され、アンテナ端における最大出力電力は、ＧＳＭで約３３ｄＢｍ、ＤＣＳで約３０ｄＢｍとなるが、その領域で電力付加効率が最大になるように電力増幅器が設計される。
一方、ＥＤＧＥでは、アンテナ端での最大出力電力は約２７．５ｄＢｍと低くなり、出力信号が歪まないことが要求されている。

ところが、前述のように、通常の電力増幅器では、通話状態における最大出力電力において電力付加効率が最大になるように設計されているため、出力電力差が約５ｄB程度あるＧＳＭとＥＤＧＥにおいては、同一の電力増幅器を用いた場合に、ＥＤＧＥのような低出力電力状態における電力付加効率は低くなる。したがって、現行システムでは、データ通信時間、電池寿命が短いという問題がある。

本発明の目的は、ＥＤＧＥなどの低い出力電力状態においても、高い電力付加効率を実現する小型化された電力増幅器の電源電圧調整回路を提供することである。
また本発明の目的は、前記電力増幅器の電源電圧調整回路を搭載した小型高周波モジュール、及び無線通信装置を提供することである。

本発明の電力増幅器の電源電圧調整回路は、アンテナ端子に直接、又は分波回路を通して接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り替える分岐回路と、前記分岐回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅器とを備え、前記電力増幅器は、高周波増幅用半導体素子を含み、前記高周波増幅用半導体素子にバイアス電圧を供給する電源端子に接続され、送信出力電力の状態によって前記高周波増幅用半導体素子のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整回路を設けてなるものである。

低出力電力で電力付加効率が低い要因の一つとして、従来の方式では、低出力における高周波増幅用半導体素子の動作点が最適でないことが推測される。したがって、低出力時の電力付加効率を上げるためには、低出力時における高周波増幅用半導体素子の動作点を最適にするための低いバイアス電圧を高周波増幅用半導体素子に与えてやればよい。
本発明では、高周波増幅用半導体素子のバイアス電圧を調整することにより、任意の出力電力において電力付加効率が最大になるようにすることができ、電池の消費を低減できる。

例えばデータ伝送モードのような低出力電力においても、電力付加効率が最大になるようすることができるので、通話モード、データ伝送モードごとに、バイアス電圧を調整した高周波増幅用半導体素子を別々に用意しなくても済む。
また、高周波増幅用半導体素子が複数段の高周波増幅素子からなる場合、高周波増幅用半導体素子の各段のバイアス電圧を設定することができる。

ここで、「電力付加効率」(PAE)とは、（電力増幅器の出力電力ＰPA−電力増幅器の入力電力ＰIN）／（電力増幅器の直流電源電圧ＶBAT×電力増幅器の直流電源電流ＩBAT）で定義される。
図１は、高周波増幅用半導体素子の出力電力ＰPAと電力付加効率との関係を、バイアス電圧Ｖddを変数として描いたグラフである。出力電力ＰPAが小さくなるほど、電力付加効率は低下していくが、このときバイアス電圧Ｖddを低下させれば、電力付加効率の低下は軽減されることがわかる。

例えば、図１のグラフで、バイアス電圧Ｖddが３．５Ｖで、出力電力ＰPAが３０ｄＢｍのとき、電力付加効率は３８％となっているが、出力電力ＰPAを５ｄＢ下げて２５ｄＢｍにしたとき、このままでは、電力付加効率は２２％にまで下がってしまう。そこで、バイアス電圧Ｖddを２．０Ｖに下げれば、電力付加効率を３６％にまであげることができる。
したがって、低出力電力下において、バイアス電圧Ｖddを低くすることにより、電力付加効率の低下を防ぐことができる。

本発明の高周波モジュールは、複数の誘電体層が積層されてなる多層基板の表面及び／又は内部に、前記電源電圧調整回路を実装してなるものである。この高周波モジュールは、通信状態にかかわらず、常に、高い電力付加効率を実現することができるので、消費電力の低い、発熱の少ない小型の高周波モジュールを実現することができる。
複数の周波数帯（マルチバンド）の送受信系を一体に組み込んだ高周波モジュールに、本発明を適用してもよい。この場合、複数の周波数帯の送受信系を一体に組み込むことによって高密度にパッケージされている状態において、それぞれの周波数帯域において、通話とデータ転送に用いられる電力増幅器を１つにまとめることができるので、低電力、低発熱量、小型化に大きく貢献できる。

また、本発明は、前記高周波モジュールを搭載した、低電力、小型の無線通信装置に係るものである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、高周波モジュールのブロック構成図である。
本発明の電力増幅器の電源電圧調整回路は、この高周波モジュールに搭載されているものである。
この高周波モジュールは、１つの共通のアンテナ端子ＡＮＴと、そのアンテナ端子ＡＮＴに接続されるＧＳＭ８５０方式（８５０ＭＨｚ帯）、ＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ(Personal Communication Services)方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。

図２の高周波モジュールは、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる２つの送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣとを各送受信系に分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳとを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとにそれぞれ切替えるスイッチ回路（分岐回路）ＳＷ１０，ＳＷ２０とを備えている。

さらに、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子への入力送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０と、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０の出力インピーダンス調整等を行う出力整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０と、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０の出力に比例したモニタ信号を取り出す方向性結合回路ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０と、方向性結合回路ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０から取り出したモニタ信号に応じて高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０をフィードバック制御する自動電力制御回路Ｖapc１０と、自動電力制御回路Ｖapc１０の出力信号に基づいて高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０を制御する制御信号を発生する制御信号発生回路ＢＶＣ１０とを備えている。

さらに、前記高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０に与えるバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整回路Ｖcont１０，Ｖcont２０が設けられている。バイアス電圧調整回路Ｖcont１０の内部には、各段の高周波増幅素子に供給されるバイアス電圧を調整するための電圧調整回路１，２，３が備えられ、バイアス電圧調整回路Ｖcont２０の内部には、各段の高周波増幅素子に供給されるバイアス電圧を調整するための電圧調整回路４，５，６が備えられている。

電圧調整回路１〜６は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０の任意の状態において、電力付加効率が常に最適となるように、各段のバイアス電圧をそれぞれ調整する機能を有している。
これらの電圧調整回路１〜６は、例えば、内部に記憶装置を有しており、記憶装置には、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０の任意の状態において、最適な電力付加効率が得られる各段のバイアス電圧値が記憶されている。実際の動作においては、ＲＦ−ＩＣからの切替え信号ＶＳ１０と、記憶装置に記憶された値に基づいて各段にバイアス電圧が印加される。

ここで「ＲＦ−ＩＣ」とは、図示しないが、この高周波モジュールに接続されるミキサ、中間周波増幅回路、変復調回路を含む集積回路素子のことである。ＲＦ−ＩＣからの切替え信号ＶＳ１０は、移動端末装置が通話モードからデータ転送モードに切り替わった際に送られて来る信号である。ＲＦ−ＩＣには、このモード切替えを知らせる信号を発生する機能が組み込まれている。

出力整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０は、それぞれ高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを、３０〜５０Ωに変換し、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０と方向性結合回路ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０間のインピーダンスを調整する機能と、電力増幅器で発生する高調波成分を減衰する機能とを有する。

図３は、図２に示す高周波モジュールの詳細な回路図である。
この図３によれば、アンテナ端子ＡＮＴは分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１０，ＳＷ２０に接続されている。
アンテナ端子ＡＮＴから受信されたＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００方式の受信信号は、分波回路ＤＩＰ１０を経てＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の送受信系へ導かれ、ＤＣＳ／ＰＣＳ方式の受信信号は、分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ／ＰＣＳ側の送受信系に導かれる。

スイッチ回路ＳＷ１０,ＳＷ２０は受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切替えるものである。送受信の切替えには、例えば時分割方式が採用されている。
スイッチ回路ＳＷ１０,ＳＷ２０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子を介して入力した送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子を介して入力した送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０の出力整合回路ＭＡＴ２０、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０の出力整合回路ＭＡＴ１０、出力整合回路ＭＡＴ２０と接続されている方向性結合回路ＣＯＰ２０、出力整合回路ＭＡＴ１０と接続されている方向性結合回路ＣＯＰ１０、方向性結合回路ＣＯＰ１０の結合線路ＳＬＰＤ１と方向性結合回路ＣＯＰ２０の結合線路ＳＬＰＧ１に接続され高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０の出力を制御する自動電力制御回路Ｖapc１０、制御信号発生回路ＢＶＣ１０が設けられている。

以下に、前記各回路の詳細について、まず、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路について説明する。
分波回路ＤＩＰ２０は、分布定数線路ＳＬＡＧ１、キャパシタＣＡＧ１、低域通過フィルタＬＰＦ２０、高域通過フィルタＨＰＦ２０から形成されている。
低域通過フィルタＬＰＦ２０は、分布定数線路、分布定数線路に平行に配置されたキャパシタ、該分布定数線路とグランドとの間に形成されたキャパシタにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ２０は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０及びスイッチ回路ＳＷ２０が発生する高調波歪成分を低減させるとともに、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能を有する。

高域通過フィルタＨＰＦ２０はＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどの高電圧サージからスイッチ回路ＳＷ２０を保護する機能を有すると共に、分波回路ＤＩＰ１０とスイッチ回路ＳＷ２０の整合をとる機能を有する。
スイッチ回路ＳＷ２０は、高域通過フィルタＨＰＦ２０の出力Ａｎ２端子を、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系Ｔｘ２端子又はＧＳＭ８５０の受信系Ｒｘ２端子に切替える。これにより、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。

高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０は、初段、中段、後段の３段の高周波増幅素子より構成され、それぞれに対して電圧供給用バイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４を介して電圧が供給される。
これらの電圧供給用バイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４には、バッテリ等から供給されるバイアス電圧Ｖdd6，Ｖdd5，Ｖdd4が印加される。この電圧をエネルギー源として、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。そして、電圧供給用バイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４を高周波に対して４分の１波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。また、分布定数線路ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ６は、３段の高周波増幅素子を構成する高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０の中段と最終段、及び初段と中段との間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行なう役割を担っている。

出力整合回路ＭＡＴ２０は、分布定数線路ＳＬＰＧ２、キャパシタＣＰＧ１，２，３などから構成される。分布定数線路ＳＬＰＧ２、キャパシタＣＰＧ２、ＣＰＧ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合回路ＣＯＰ２０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、前記高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。

また、分布定数線路ＳＬＰＧ３は、オープンスタブを構成し、高調波成分の抑制、及び高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０の増幅性能を最大限まで引き出す役割を担っている。
方向性結合回路ＣＯＰ２０は分布定数線路ＳＬＰＧ０及びキャパシタＣＰＧ０からなる低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタにより、前記高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０から発生する不要信号を低減することができる。なお、方向性結合回路ＣＯＰ２０は、低域通過フィルタの機能を必ずしも持たせる必要はなく、キャパシタを設けずＧＳＭ帯域の周波数を通過させるための分布定数線路ＳＬＰＧ０だけで構成しても良い。

また、結合線路ＳＬＰＧ１を分布定数線路ＳＬＰＧ０に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成しており、これにより結合線路ＳＬＰＧ１の一端は送信回路ＴＸ側の高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０からの出力の一部をモニタ信号として取り出して、モニタ端子Ｍｏ２を経由して、自動電力制御回路Ｖapc１０に入力している。結合線路ＳＬＰＧ１のもう一端は、終端抵抗ＲＰＧ０が接続されている。

自動電力制御回路Ｖapc１０は、方向性結合回路ＣＯＰ２０から入力されたモニタ信号に応じて、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０の制御信号を生成し、出力する。この自動電力制御回路Ｖapc１０は、方向性結合回路ＣＯＰ２０を通じてモニタされる高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０を目標出力値に制御するためのフィードバックゲインを決定しており、例えば、抵抗を３本用いたπ型アッテネータなどで構成されている。

制御信号は、制御信号発生回路ＢＶＣ１０を介して高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１２０に帰還される。自動電力制御回路Ｖapc２０は、バイアス端子Ｖdd、Ｖenable、Ｖramp等に接続されている。これらのバイアス端子は、自動電力制御回路Ｖapc１０の状態を高周波モジュールの外部から制御する端子である。制御信号発生回路ＢＶＣ１０は、Ｖmod端子の電圧に応じて高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０とＭＭＩＣ１２０のうちの動作する側を切りかえる機能を持っている。

次に、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路の詳細について、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路と異なるところのみ説明する。
分波回路ＤＩＰ１０のＤＣＳ／ＰＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ１０、低域通過フィルタＬＰＦ１０で形成されている。
高域通過フィルタＨＰＦ１０は、直列接続された２つのキャパシタとその間とグランドとの間に形成された分布定数線路により構成されている。この高域通過フィルタＨＰＦ１０は、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能を有する。低域通過フィルタＬＰＦ１０は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０及びスイッチ回路ＳＷ１０が発生する高調波歪成分を低減させる機能を有するとともに、分波回路とスイッチの整合をとる機能を有する。

ＤＣＳ／ＰＣＳ側回路のその他の構成は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路と同様であるから、重複した説明は省略する。
図４は、図２に示した電圧調整回路１〜６の具体的な回路例を示す図である。
電圧調整回路は、２つのスイッチＳＷ１及びＳＷ２を備えている。スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、ＲＦ−ＩＣからの切り替え信号に応じて、電源電圧ＶccをＶddに直接接続するか、電圧降下トランジスタＱ１、抵抗Ｒ1を介して接続するかを切り替える機能をもつ。電圧降下トランジスタＱ１は、電源電圧Ｖccからの電圧を降下させる機能をもつ。電圧降下トランジスタＱ１のゲートには、誤差検出器ＯＰ１が接続されている。誤差検出器ＯＰ１は、分圧抵抗Ｒ１及びゲインを決定する抵抗Ｒ2、R3によって生成される入力電圧と基準電圧を比較して、Ｖddへの供給電圧が一定となるように電圧降下トランジスタＱ１での電圧降下量を調整する機能を持つ。前記基準電圧は、データ伝送モードのときにバイアス電圧Ｖddを、電源電圧Ｖccよりも低い値にするために設定される。基準電圧の最適値は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０の各段の高周波増幅素子に応じて決まる。したがって、基準電圧の値は、電圧調整回路１〜６ごとに違った値をとることがある。

図５は、電圧調整回路１〜６の他の回路例を示す図である。電圧調整回路は、２つのスイッチＳＷ３及びＳＷ４を備えている。スイッチＳＷ３及びＳＷ４は、ＲＦ−ＩＣからの切り替え信号に応じて、電源電圧ＶccをＶddに直接接続するか、スイッチングトランジスタＱ２、インダクタＬ１を介して接続するかを切り替える機能をもつ。スイッチングトランジスタＱ２は、ＰＷＭ信号によってON／OFFされて、直流の電源電圧Ｖccを矩形波に変換する。インダクタL1及びコンデンサC1は、矩形波信号を平滑する役割をもつ。ダイオードD1はスイッチングトランジスタＱ２がOFF時に、インダクタL1に蓄積されたエネルギーを回生する機能をもつ。スイッチングトランジスタＱ２のゲートには、誤差検出器ＯＰ２，ＯＰ３が接続されている。誤差検出器ＯＰ２は、抵抗Ｒ４、Ｒ５の値でフィードバックゲインを決定している。基準電圧との誤差がゼロになるように、誤差検出器ＯＰ３でＰＷＭ信号を発生してスイッチングトランジスタＱ２のON／OFF比を調整する。前記基準電圧は、データ伝送モードのときにバイアス電圧Ｖddを、電源電圧Ｖccよりも低い値にするために設定される。基準電圧の最適値は、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０の各段の高周波増幅素子に応じて決まる。したがって、基準電圧の値は、電圧調整回路１〜６ごとに違った値をとることがある。

以上のように、本発明の実施形態の高周波モジュールの回路によれば、データ伝送モードのときに高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０に印加されるバイアス電圧Ｖddの値を、それぞれ高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，１２０の各段の高周波増幅素子に応じて設定することができる。したがって、通話モード、データ伝送モードいずれの場合でも、各段の高周波増幅素子ごとに最良の電力付加効率を実現することができる。

図７は、従来方式と本発明による高周波モジュールを作成して、周波数ＧＳＭ９００において、それぞれの出力電力と電力付加効率を測定した結果を比較したグラフである。
図７において、ＯＴは従来方式による測定結果を示す曲線であり、本発明による測定結果はＮＴで示される。図７によると、従来方式は、出力が３３ｄＢｍであるときの電力付加効率は５０％以上であるのに対して、出力２７ｄＢｍでは電力付加効率は３０％程度に低下している。一方、本発明の方式によると、出力３３ｄＢｍにおいても出力２７ｄＢｍにおいても、出力が２７ｄＢｍに低下したときでも電力付加効率はおよそ５０％程度で、電力付加効率の低下が見られていない。

次に、本発明の高周波モジュールを構成する各部品の実装状態を説明する。
高周波モジュールは、誘電体層と導体層を交互に複数積層してなる多層基板の表面、及び／又は多層基板の内部に部品として実装される。多層基板の表面又は内部に実装される場合、多層基板の表面又は内部の導体回路パターンによって、高周波モジュールの部品が構成される場合を含む。

本発明によれば、スイッチ回路ＳＷ１０、スイッチ回路ＳＷ２０が、１つの高周波半導体集積回路素子（以下、ＳＷ−ＩＣ素子という）に集積されている。
ＳＷ−ＩＣ素子は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンを形成したものである。この構造によって小型化、低ロス化を図ることができる。

また、本発明の高周波モジュールにおいては、高周波増幅用半導体素子ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０も、高周波半導体集積回路素子（以下、ＡＭＰ−ＩＣ素子という。）によって形成される。なお、制御信号発生回路ＢＶＣ１０は、ＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積されていることが望ましいが、別の実装部品として高周波モジュールの表面や内部に実装することもできる。

このＡＭＰ−ＩＣ素子は、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）又はＳｉ（シリコン）などの半導体材の基板上に、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造又はＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）が形成されたものである。小型化、高電力付加効率化を図る上では、ＧａＡｓ ＨＢＴ構造の半導体素子からなることが望ましい。

また、バイアス電圧調整回路Ｖcont１０，Ｖcont２０は、小型化を図る上で半導体集積回路素子（以下、Ｖdd−ＩＣ素子という。）として前記多層基板の上面に、実装することが望ましい。しかし、ＡＭＰ−ＩＣ素子中に集積化することもできる。また、高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成してもよい。
本発明の送信用高周波モジュールでは、前記以外の回路、すなわち分波回路ＤＩＰ１０、出力整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０などについては、これらの回路を構成するキャパシタやインダクタ等の一部を、チップ部品（集中定数素子）として多層基板の上面に設けたり、これらの回路を構成するキャパシタ、インダクタ等の一部を、多層基板上面又は内層に導体パターンとして形成して設けることができる。

さらに、方向性結合回路ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０をＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積してもよい。また、方向性結合回路を備えず、その代わりに電力増幅器の出力整合回路を構成する分布定数線路の一部からモニタ信号を取り出す方法を採用しても良い。
また、携帯電話機などにおいて、高周波モジュールの更なる小型化のために、図２のＧＳＭ８５０―ＲＸ端子、ＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、ＰＣＳ―ＲＸ端子とに接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが（図示せず）、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。

また、直列キャパシタＣＰＧ１は、多層基板上面の実装部品とすることにより、多層基板内蔵素子の電気的不具合をチェックする際に方向性結合回路ＣＯＰ１０と出力整合回路ＭＡＴ１０とを別々に評価することが可能となる。
図６は、本発明に係る高周波モジュールの実装状態を示す一部切欠斜視図である。
図６に示すように、高周波モジュールの中に、セラミックなどからなる同一寸法形状の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板Ａが構成されている。この多層基板Ａの上面及び側面は金属からなるシールドカバー１０で被覆され、さらに多層基板Ａの下面で該多層基板Ａの側面に近い部分には信号用端子パターン２２がＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）方式の電極として形成されている。

そして、最上層の誘電体層１１上には、各種のパターンのほか、ＡＭＰ−ＩＣ素子２３ａ、Ｖdd−ＩＣ素子２３ｂなどの高周波モノリシック半導体集積回路や、キャパシタ、インダクタなどのチップ部品（集中定数素子）２４が複数実装されている。
誘電体層１１〜１７は、ガラスエポキシ樹脂などの有機系誘電体基板に対して、銅箔などの導体によって配線導体層が形成されたもの、または、セラミック材料などの無機系誘電体基板に種々の配線導体層を誘電体基板と同時に焼成して形成されたものが用いられる。

前記セラミック材料としては、（１）Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。

前記（２）の混合物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ₂系、Ｃａ−ＴｉＯ₂系、ＭｇＯ−ＴｉＯ₂系等のセラミック材料が用いられ、これらのセラミック材料に、ＳｉＯ２、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＣｕＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃等の助剤を適宜添加したものが用いられる。（３）のガラス組成物としては、少なくともＳｉＯ₂を含み、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、具体的には、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、さらにはこれらの系にＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂等を配合した組成物が挙げられる。また、ガラスとしては、焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出する結晶化ガラスなどが用いられる。

また、前記（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂（クォーツ、クリストバライト）、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＺｒＯ₂、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃などのチタン酸塩の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラス２０〜８０質量％、フィラー２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。

一方、配線導体層は、誘電体基板と同時焼成して形成するために、誘電体基板を形成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガン、銅の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）（３）の低温焼成セラミック材料を用いる場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする低抵抗導体材料が用いられる。

誘電体基板は、誘電率を高くすることで、小さな面積でも充分な静電容量を得ることができるため、ストリップライン長を短縮して、全体構造の小型化に供することができる。また、配線や線路などを低損失の低抵抗導体によって形成できることから、前記（１）（２）の低温焼成セラミック材料によって形成することが望ましい。
この多層基板の具体的な製造方法を説明する。アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物をこれに添加混合してセラミックグリーンシートを作成する。

セラミックグリーンシートの表面に導体層を形成する。導体層の形成方法は、前記金属を含有する導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面に塗布したり、金属箔を貼付したりする。
上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成する。この場合、各誘電体層には、複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通孔に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成される。

そして、セラミックグリーンシートを、これらの導体層と同時焼結する。
なお、本発明の高周波モジュールにおいて、多層基板を構成する誘電体層の比誘電率は、１０以上、特に１５〜２５であることが望ましい。このように誘電体層を高誘電率化することで、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮するとともに、キャパシタ素子の対向面積を減少することができ、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

高周波増幅用半導体素子の出力電力ＰPAと電力付加効率との関係を、バイアス電圧Ｖddを変数として描いたグラフである。 本発明の電力増幅器の電源電圧調整回路が搭載された高周波モジュールのブロック構成図である。 高周波モジュールの詳細な回路図である。 図２に示した電圧調整回路１〜６の一例を示す回路図である。 図２に示した電圧調整回路１〜６の他の回路図である。 高周波モジュールの実装状態を示す一部切欠斜視図である。 従来方式と本発明による高周波モジュールを作成して、周波数ＧＳＭ９００において、それぞれの出力電力と電力付加効率を測定した結果を比較したグラフである。

符号の説明

ＡＮＴ アンテナ端子
ＣＯＰ１０，ＣＯＰ２０ 方向性結合回路
ＤＩＰ１０ 分波回路
ＭＭＩＣ１１０，ＭＭＩＣ１２０ 高周波増幅用半導体素子
ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０ 出力整合回路
ＳＷ１０，ＳＷ２０ スイッチ回路（分岐回路）
Ｖcont１０，Ｖcont２０ バイアス電圧調整回路

Claims (6)

1. アンテナ端子に直接、又は通過帯域の異なる複数の送受信系を切り分ける分波回路を通して接続され、当該送受信系を送信系と受信系とに切り替える分岐回路と、
   前記分岐回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅器とを備え、
   前記電力増幅器は、高周波増幅用半導体素子を含み、
   前記高周波増幅用半導体素子にバイアス電圧を供給する電源端子に接続され、
   送信出力電力の状態によって前記高周波増幅用半導体素子のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整回路を設けてなることを特徴とする電力増幅器の電源電圧調整回路。
2. 前記送信出力電力の状態は、通話モードとデータ伝送モードに対応する請求項１記載の電力増幅器の電源電圧調整回路。
3. 前記高周波増幅用半導体素子は、複数段の高周波増幅素子からなる請求項１又は請求項２記載の電力増幅器の電源電圧調整回路。
4. 複数の誘電体層が積層されてなる多層基板の表面及び／又は内部に実装される高周波モジュールであって、
   前記請求項１から請求項３記載のいずれかに記載の電源電圧調整回路を実装してなる高周波モジュール。
5. 複数の周波数帯の送受信系を一体に組み込んだ請求項４記載の高周波モジュール。
6. 前記請求項４又は請求項５記載の高周波モジュールを搭載する無線通信装置。

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