JP2009253914A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性の劣化を抑制すること。
【解決手段】本発明は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０上に形成された金属膜からなり、高周波信号の周波数を調整する複数の周波数調整部４０〜４４と、を有し、複数の周波数調整部４０〜４４は、それぞれ複数の電流経路を有する高周波モジュールである。本発明によれば、複数の周波数調整部のそれぞれ電流経路を切断することにより、きめ細かな周波数調整を行うことができる。さらに、複数の電流経路を有することにより、高周波特性の劣化を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、高周波モジュール関し、より詳細には周波数を調整する周波数調整部を有する高周波モジュールに関する。

移動通信機器等に使用される高周波モジュールは、高周波信号の周波数を調整するための周波数調整部を有している。例えば、電圧制御発振器は高い精度の発振周波数や優れたＣ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）特性が要求される。高周波モジュールにおいて、高い精度の周波数が要求される場合、周波数を調整する周波数調整部が用いられる。周波数調整部においては、金属膜をレーザ光で切断することにより、インダクタンスを調整し、周波数を調整する。

特許文献１には、絶縁基板上に形成された金属膜からなる周波数調整部が開示されている。この周波数調整部は粗調整部と微調整部とを有し、粗調整部は金属膜がラダー状パターンであり、微調整部はベタパターンである。ラダー状パターンを構成する金属膜の一部をレーザ光で切断することにより、周波数の粗調整を行い、ベタパターンを構成する金属膜の一部をレーザ光で切断することにより周波数の微調整を行うことができる。
特許３３２５１９８号公報

しかしながら、特許文献１の技術によれば、微調整部において金属膜を切断したパターン周辺を電流が流れる。このため、高周波特性が劣化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高周波特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された金属膜からなり、高周波信号の周波数を調整する複数の周波数調整部と、を有し、前記複数の周波数調整部は、それぞれ複数の電流経路を有することを特徴とする高周波モジュールである。本発明によれば、複数の周波数調整部のそれぞれの電流経路を切断することにより、きめ細かな周波数調整を行うことができる。さらに、電流経路を構成する金属膜を切断した際に劣化した絶縁基板の近傍が電流経路とはならず、高周波特性の劣化を抑制することができる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部の少なくとも１つの周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち少なくとも１つが切断されている構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部の少なくとも１つの周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち、最も距離の短い電流経路は残存し、最も距離の短い電流経路以外の電流経路が切断されている構成とすることができる。この構成によれば、電流経路の切断によるインダクタンスの変動が小さくなり、微周波数調整が容易になる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部は、粗く周波数を調整する周波数調整部と細かく周波数を調整する周波数調整部とを含み、前記細かく周波数を調整する周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち、最も距離の短い電流経路は残存し、最も距離の短い電流経路以外の電流経路が切断されている構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部は、それぞれ少なくとも１つの前記金属膜が形成されていない穴を有することにより前記複数の電流経路を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部は、前記金属膜がラダー状パターンとして形成されることにより、前記複数の電流経路を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記ラダー状パターンの側部は、前記複数の電流経路のうち長い電流経路の幅が広くなるようにテーパ状をしている構成とすることができる。この構成によれば、長い電流経路を用いた場合もＱ値の劣化を抑制することができる。

上記構成において、前記複数の周波数調整部は直列に接続されている構成とすることができる。

上記構成において、前記周波数調整部は、電圧制御発振器の発振周波数を調整する構成とすることができる。

本発明によれば、複数の周波数調整部のそれぞれの電流経路を切断することにより、きめ細かな周波数調整を行うことができる。さらに、電流経路を構成する金属膜を切断した際に劣化した絶縁基板の近傍が電流経路とはならず、高周波特性の劣化を抑制することができる。

まず、比較例および実施例の高周波モジュールについて説明する。図１は、比較例および実施例に係る電圧制御発振器の回路図である。電圧制御発振器１００は、共振回路９０、発振回路９６およびバッファ回路９８を有している。発振回路９６はトランジスタＱ１を、バッファ回路９８はトランジスタＱ２等を含んでいる。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２とはグランドと電源端子Ｖｂとの間に縦続接続されている。電源制御発振器１００を構成する部品はガラスエポキシ等の有機材料を含む絶縁基板１０上に搭載または形成されている。

共振回路９０は、発振周波数を規定する回路であり、キャパシタンス成分回路９２およびインダクタンス成分回路９４を有している。キャパシタンス成分回路９２は、共振のためのキャパシタンス成分を規定する回路であり、可変容量ダイオードＤ１と、キャパシタＣ２、Ｃ３を有している。インダクタンス成分回路９４は、共振のためのインダクタンス成分を規定する回路であり、調整用インダクタＬ１とインダクタＬ２からなる。インダクタＬ１およびＬ２は絶縁基板１０に形成された金属膜パターンにより形成されている。制御端子Ｖａに印加される制御電圧ＶａはインダクタＬ３およびキャパシタＣ１により高周波成分が除去され、可変容量ダイオードＤ１に印加される。

共振回路９０の共振周波数ｆは、キャパシタンス成分回路９２のキャパシタンスをＣ、インダクタンス成分回路９４のインダクタンスをＬとし、
ｆ＝１／２π√（ＬＣ）
となる。よって、可変容量ダイオードＤ１の静電容量は制御電圧Ｖａにより変化し共振回路９０の共振周波数が変化する。また、調整用インダクタＬ１のインダクタンスを調整することにより、共振周波数を調整することができる。

発振回路９６はバイポーラトランジスタＱ１およびキャパシタＣ５、Ｃ６からなるコルピッツ発振回路の一種であるクラップ発振回路を構成している。トランジスタＱ１のベースは結合キャパシタＣ４を介し共振回路９０に接続されている。

バッファ回路９８において、バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは発振回路９６のトランジスタＱ１のコレクタに接続され、トランジスタＱ２のベースは結合キャパシタＣ８を介しトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。

インダクタＬ４は電源端子ＶｂからトランジスタＱ２のコレクタに電源供給する際、交流成分を除去するチョーク用インダクタとして機能する。抵抗Ｒ１からＲ４はトランジスタＱ１、Ｑ２に供給されるバイアスを設定するための抵抗である。キャパシタＣ７、Ｃ１０およびＣ１１は高周波成分をグランドに短絡するためのキャパシタである。キャパシタＣ９は低周波除去用のキャパシタである。

図２は、比較例の周波数調整パターンの上面図である。絶縁基板１０上にＣｕを含む金属膜で周波数調整パターン１２ｂが形成されている。周波数調整パターン１２ｂは、図１の調整用インダクタＬ１に相当し、粗く周波数を調整する粗周波数調整部８０と細かく周波数を調整する微周波数調整部８２とを有している。粗周波数調整部８０と微周波数調整部８２とは直列に接続され、粗周波数調整部８０の一端５０は主にインダクタンスを規定するインダクタＬ２に接続され、微周波数調整部８２の一端５２は図１のノードＮ１に接続される。

粗周波数調整部８０はラダー状パターンであり、複数の電流経路６０〜６３を有している。電流経路６１〜６３の金属膜の領域７１〜７３をレーザ光で切断することにより、電流経路が変化しインダクタンスを調整することができる。

微周波数調整部８２はベタパターンであり、金属膜の領域７５および７６を切断しない場合、電流は電流経路６６を流れるが、金属膜の領域７５または７６を切断することにより、電流は電流経路６５を流れることにより、インダクタンスを変化させることができる。

粗周波数調整部８０は、領域７１〜７３を切断することにより、段階的にインダクタンスを高くすることができる。一方、微周波数調整部８２は、領域６５または６５を無段階的に切断することができる。よって、インダクタンスを連続的に高めることができる。図１の電圧制御発振器１００においては、調整用インダクタＬ１のインダクタンスを高めることにより、共振周波数を低くすることができる。

しかしながら、比較例の周波数調整パターン１２ｂでは、微周波数調整部８２において、電流経路６５は切断された金属膜に沿った経路となる。レーザ光で金属膜を切断する際、切断部周辺の絶縁基板１０は熱により例えば炭化する。このように、絶縁基板１０の劣化により絶縁抵抗が低下する。電流は炭化し絶縁抵抗が低下した領域を流れることになり、ノイズ特性が劣化しうる。また、図２の微周波数調整部８２においては、インダクタンスを大きくするため領域７５および７６とも切断すると、電流経路の幅が小さくなり、Ｑ値が低下する。

以下、比較例の上記課題を解決する実施例について説明する。図３は実施例１の周波数調整パターンの上面図である。図３を参照に、実施例１の周波数調整パターン１２は、粗周波数調整部４０、微周波数調整部４２および４４が、一端５０と５２との間に直列に接続されている。

粗周波数調整部４０は複数の電流経路２０〜２４を有するように金属膜がラダー状に形成されている。金属膜の領域３１〜３４を切断することにより、粗周波数調整部４０のインダクタンスを調整することができる。

微周波数調整部４２は電流経路２５および２６を有し、金属膜の領域３６を切断することにより微周波数調整部４２のインダクタンスを調整することができる。微周波数調整部４４は電流経路２７および２８を有し、金属膜の領域３８を切断することにより微周波数調整部４４のインダクタンスを調整することができる。

図４は、実施例１の周波数調整パターン１２を用いた電圧制御発振器の発振周波数の調整を行った結果である。図３の周波数調整パターン１２としては、ガラスエポキシ基板上に膜厚が約３０μｍのＣｕ膜を形成している。金属膜の切断を行う前（図４のＮｏ．０に相当）のインダクタンス成分回路９４のインダクタンス成分Ｌは６．１９ｎＨである。キャパシタンス成分回路９２において、キャパシタＣ２およびＣ３はチップコンデンサであり、キャパシタンス成分回路９２のキャパシタンス成分Ｃは８．６ｐＦである。図４の切断した領域に「Ｃｕｔ」と記載されたＮｏ．は、金属膜の領域３１〜３８のうち対応する領域を切断したことを示している。Ｎｏ．に対応する周波数は電圧制御発振器の発振周波数、周波数変動は発振周波数のＮｏ．０からの変動量の絶対値、Ｌは共振回路９０のインダクタンス成分ＬおよびＬ変動はＬのＮｏ．０からのインダクタンスの変動を示している。

粗周波数調整部８０の領域３１〜３４を１個切断することで、インダクタンスＬを約０．２ｎＨ高め、周波数を約１０ＭＨｚ低くすることができる。また、微周波数調整部８２の領域３６を１個切断することで、インダクタンスＬを約０．１ｎＨ高め、周波数を約５ＭＨｚ低くすることができ、微周波数調整部８４の領域３８を１個切断することで、インダクタンスＬを約０．０５ｎＨ高め、周波数を約２〜３ＭＨｚ低くすることができる。例えば、発振周波数として６５９ＭＨｚを目標とする場合、領域３１、３２、３６および３８を切断すればよい。

このように、粗周波数調整部４０と微周波数調整部４２および４４とを用いることにより、約２ＭＨｚの周波数調整が可能となる。

表１は、比較例に係る図１の周波数調整パターンを有する電圧制御発振器の位相雑音を、切断した領域に対し示した表である。表２は、実施例１に係る図３の周波数調整パターンを有する電圧制御発振器の位相雑音を、切断した領域に対し示した表である。なお、表１および表２の評価に用いた電圧制御発振器の発振周波数は９５９ＭＨｚであり、位相雑音を評価した際のノイズレベルオフセットは１００ｋＨｚである。

表１を参照に、比較例では、発振周波数の微調整を行うため領域７５、７６を切断すると位相雑音が劣化する。一方、実施例１では、領域３６、３８を切断しても位相雑音の劣化はほとんどない。

実施例１によれば、複数の周波数調整部４０〜４４が、それぞれ複数の電流経路を有している。これにより、図４のように、それぞれの周波数調整部４０〜４４で、それぞれ電流経路を切断することにより、粗周波数調整と微周波数調整を行うことができる。さらに、複数の電流経路のうち一部を切断することによりインダクタンスを調整するため、金属膜を切断した際に劣化した絶縁基板の近傍が電流経路とならない。よって、比較例の表１に比較し、表２のように、高周波モジュールにおけるノイズ特性の劣化を抑制することができる。

また、図４のＮｏ．１〜１９に係る周波数調整パターンにおいては、前記複数の周波数調整部４０〜４４の少なくとも１つの周波数調整部において、複数の電流経路のうち少なくとも１つが切断されている。

図３の微周波数調整部８２においては、短い電流経路２５は残存し、長い電流経路２６が切断されている。このように、短い電流経路を残存させることにより、電流経路の切断によるインダクタンスの変動が小さくなり、微周波数調整が容易になる。このように、複数の周波数調整部４０〜４４の少なくとも１つの周波数調整部において、複数の電流経路のうち、最も距離の短い電流経路を残存させ、最も距離の短い電流経路以外の電流経路を切断することが好ましい。

複数の周波数調整部４０〜４４は、それぞれ少なくとも１つの金属膜が形成されていない穴を有することにより複数の電流経路を有するようにすることができる。

また、複数の周波数調整部は、金属膜がラダー状に形成されることにより、複数の電流経路を有することができる。

図５は実施例２の周波数調整パターンの上面図である。実施例１の図３と比較し、ラダー状に形成されたパターンの側部１３が長い電流経路ほど電流経路の幅が広くなるようテーパ状に形成されている。表３は、実施例１に係る図５の周波数調整パターンを有する電圧制御発振器の位相雑音を、切断した領域に対し示した表である。実施例２では実施例１に比較し、領域を多く切断しても位相雑音の劣化はほとんどない。

実施例２によれば、ラダー状パターンの側部１３は、複数の電流経路のうち長い電流経路の幅が広くなるようにテーパ状をしている。実施例１では、電流経路が長くなるとＱ値が低下するが、実施例２によれば、長い電流経路の幅が広いため、領域を多く切断し長い電流経路を用いても大きいＱ値を確保できる。よって、位相雑音の劣化を抑制することができる。

実施例１および２の高周波モジュールとして、電圧制御発振器を例に説明した。電圧制御発振器以外の高周波モジュールにおいても高周波信号の周波数を調整する周波数調整部において、金属膜の切断に起因した高周波特性の劣化を抑制するため本発明を用いることは有効である。しかしながら、電圧制御発振器は周波数調整の精度およびＣ／Ｎ比の要求が厳しく、本発明を用いることが特に有効である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は比較例、実施例に係る電圧制御発振器の回路図である。 図２は比較例の周波数調整パターンの上面図である。 図３は実施例１の周波数調整パターンの上面図である。 図４は実施例１において、金属膜を切断した場合のインダクタンス成分および発振周波数を示す図である。 図５は実施例２の周波数調整パターンの上面図である。

符号の説明

１０ 絶縁基板
１２ 周波数調整パターン
１３ 側部
２０〜２８ 電流経路
３１〜３８ 金属膜の領域
４０ 粗周波数調整部
４２、４４ 微周波数調整部

Claims (9)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成された金属膜からなり、高周波信号の周波数を調整する複数の周波数調整部と、を有し、
   前記複数の周波数調整部は、それぞれ複数の電流経路を有することを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記複数の周波数調整部の少なくとも１つの周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち少なくとも１つが切断されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
3. 前記複数の周波数調整部の少なくとも１つの周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち、最も距離の短い電流経路は残存し、最も距離の短い電流経路以外の電流経路が切断されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
4. 前記複数の周波数調整部は、粗く周波数を調整する周波数調整部と細かく周波数を調整する周波数調整部とを含み、
   前記細かく周波数を調整する周波数調整部において、前記複数の電流経路のうち、最も距離の短い電流経路は残存し、最も距離の短い電流経路以外の電流経路が切断されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
5. 前記複数の周波数調整部は、それぞれ少なくとも１つの前記金属膜が形成されていない穴を有することにより前記複数の電流経路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の高周波モジュール。
6. 前記複数の周波数調整部は、前記金属膜がラダー状パターンとして形成されることにより、前記複数の電流経路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の高周波モジュール。
7. 前記ラダー状パターンの側部は、前記複数の電流経路のうち長い電流経路の幅が広くなるようにテーパ状をしていることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
8. 前記複数の周波数調整部は直列に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の高周波モジュール。
9. 前記周波数調整部は、電圧制御発振器の発振周波数を調整することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の高周波モジュール。

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