JP2012222490A - High-frequency circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency circuit that is configured by using a balanced amplifier, suppress an increase in insertion loss, is capable of using antenna diversity while preventing enlargement of a circuit, and has excellent electrical characteristics.SOLUTION: A high-frequency circuit comprises: a first switch SC1 disposed between a first port and a sixth port; a second switch SC2 disposed between a second port and the sixth port; a third switch SC3 disposed between the first port and a third port; a fourth switch SC4 disposed between the second port and a fourth port; and a balanced amplifier disposed between a fifth port and the sixth port. The connection between the fifth port and the first port or the second port is switched by the first switch SC1 and the second switch SC2, the connection between the third port and the first port or the ground is switched by the third switch SC3, and the connection between the fourth port and the second port or the ground is switched by the fourth switch SC4.

Description

本発明は、一対の単位増幅器を並列動作させる平衡型増幅器を用いた高周波回路に関し、特には高出力電力で送信ダイバーシチが可能な高周波回路に関する。   The present invention relates to a high-frequency circuit using a balanced amplifier that operates a pair of unit amplifiers in parallel, and more particularly to a high-frequency circuit capable of transmission diversity with high output power.

無線通信サービスを提供する上で、通信設備の設置や整備のためのコストを削減することは常に課題としてある。その一つの解決手法として、固定局と移動局との通信距離を長くして、一つの固定局が担うエリアを広く構成して基地局数を削減することが提案されている。固定局は例えば基地局であり、移動局は携帯電話等の無線通信装置である。   In providing wireless communication services, it is always an issue to reduce the cost for installing and maintaining communication facilities. As one of the solutions, it has been proposed to increase the communication distance between a fixed station and a mobile station and to configure a wide area for one fixed station to reduce the number of base stations. The fixed station is a base station, for example, and the mobile station is a wireless communication device such as a mobile phone.

通信距離を長くする為には各局の送信出力電力を高めることが求められるが、単純に出力を高めると対応可能な周波数帯域を狭めてしまうことや、トランジスタの段数を増加させることが必要であり、小電力で動作し、小型の部品で構成される携帯電話等においては、単純に送信出力電力を高めることは容易では無い。この為、平衡型増幅器を用いて高周波信号の出力電力を高めることが行なわれて来た。   To increase the communication distance, it is necessary to increase the transmission output power of each station. However, simply increasing the output requires narrowing the frequency band that can be handled and increasing the number of transistor stages. In a mobile phone or the like that operates with small power and is composed of small parts, it is not easy to simply increase the transmission output power. For this reason, the output power of high-frequency signals has been increased using balanced amplifiers.

図3は平衡型増幅器の等価回路である。この平衡型増幅器は、ハイブリッド回路20,21の間に一対の単位増幅器15,16が接続されて構成されており、送信ポートP1(IN)に入力した高周波信号は、第1ハイブリッド回路20を経て90度の位相差を有する高周波信号に2分配されて、それぞれ第1増幅器15と第2増幅器16に入力する。第1及び第2増幅器で増幅された高周波信号は、第2ハイブリッド回路21に入力して同相の高周波信号に合成されて出力ポートP2(OUT)より出力される。出力電力は第1増幅器15及び第2増幅器16から出力される信号のほぼ2倍となる。   FIG. 3 is an equivalent circuit of a balanced amplifier. This balanced amplifier is configured by connecting a pair of unit amplifiers 15 and 16 between hybrid circuits 20 and 21, and a high-frequency signal input to the transmission port P 1 (IN) passes through the first hybrid circuit 20. The high frequency signal having a phase difference of 90 degrees is divided into two and input to the first amplifier 15 and the second amplifier 16, respectively. The high-frequency signal amplified by the first and second amplifiers is input to the second hybrid circuit 21 and is combined with a high-frequency signal having the same phase and output from the output port P2 (OUT). The output power is approximately twice that of the signals output from the first amplifier 15 and the second amplifier 16.

第1及び第2ハイブリッド回路20、21には終端抵抗がR1、R2が接続される。
第1ハイブリッド回路20に接続された終端抵抗R1によって第1及び第2増幅器15、16の入力側からの反射波を吸収する。なお理想的には終端抵抗R1が接続されるポートには電圧は現れない。また、第2ハイブリッド回路21に接続された終端抵抗R2は、出力ポートP2(OUT)へ入力する反射波を吸収し、第1及び第2増幅器15,16の位相や出力電力のばらつきによって生じる合成損失を吸収する。理想的には終端抵抗R2が接続されるポートにもまた電圧は現れない。
Terminal resistors R1 and R2 are connected to the first and second hybrid circuits 20 and 21, respectively.
Reflected waves from the input sides of the first and second amplifiers 15 and 16 are absorbed by the terminating resistor R1 connected to the first hybrid circuit 20. Ideally, no voltage appears at the port to which the termination resistor R1 is connected. Further, the termination resistor R2 connected to the second hybrid circuit 21 absorbs the reflected wave input to the output port P2 (OUT), and is generated by the variation of the phase and output power of the first and second amplifiers 15 and 16. Absorb the loss. Ideally, no voltage appears at the port to which the termination resistor R2 is connected.

前記ハイブリッド回路としてウイルキンソン型ハイブリッド合成分配回路が知られるが、用いられる抵抗は耐圧が求められるので、小型の抵抗器を利用することが出来ない問題がある。そこでハイブリッド回路としては、ハイブリッド回路としてブランチライン型ハイブリッド合成分配器や90度ハイブリッドカップラを用いる場合が多い。   A Wilkinson hybrid synthesis / distribution circuit is known as the hybrid circuit. However, since the resistance to be used is required to have a withstand voltage, there is a problem that a small resistor cannot be used. Therefore, as a hybrid circuit, a branch line type hybrid synthesizer and a 90-degree hybrid coupler are often used as the hybrid circuit.

この様な平衡型増幅器を用いた高周波波回路として、特許文献1に図6に示したアンテナスイッチ回路が開示されている。このアンテナスイッチ回路は、入力ポートが送信器125と接続された平衡型増幅器10と、平衡型増幅器10の出力ポートに接続されたSPDTスイッチ回路127と、SPDTスイッチ回路127と接続されたアンテナANTと、受信器126に接続された低雑音増幅器128を備えている。SPDTスイッチ回路127によって、一つのアンテナANTと送信器125との間、アンテナANTと受信器126との間を切り換える。   An antenna switch circuit shown in FIG. 6 is disclosed in Patent Document 1 as a high-frequency wave circuit using such a balanced amplifier. This antenna switch circuit includes a balanced amplifier 10 whose input port is connected to the transmitter 125, an SPDT switch circuit 127 connected to the output port of the balanced amplifier 10, and an antenna ANT connected to the SPDT switch circuit 127. , A low noise amplifier 128 connected to the receiver 126. The SPDT switch circuit 127 switches between one antenna ANT and the transmitter 125 and between the antenna ANT and the receiver 126.

また特許文献1には図7に示す高周波波回路も開示されている。この回路は図6で示した回路と比較し、更に平衡型増幅器10の入力ポートと接続するSPDTスイッチ回路129と、平衡型増幅器10の終端抵抗が接続される出力ポートの一方と接続するSPDTスイッチ回路130とを備え、各スイッチ回路129、130の一つのポートには終端抵抗132、133が接続されている。   Patent Document 1 also discloses a high-frequency wave circuit shown in FIG. Compared with the circuit shown in FIG. 6, this circuit further includes an SPDT switch circuit 129 connected to the input port of the balanced amplifier 10 and an SPDT switch connected to one of the output ports to which the terminating resistor of the balanced amplifier 10 is connected. Circuit 130 and termination resistors 132 and 133 are connected to one port of each of the switch circuits 129 and 130.

この回路では出力端子の他方がスイッチ回路を介さずにアンテナと接続される。送信時においては、送信器125と平衡型増幅器10との間に配置されたSPDTスイッチ回路129によってアンテナANTと送信器125とが接続される。平衡型増幅器10の出力ポートに接続されたSPDTスイッチ回路130によって終端抵抗133を介して接地され、高周波信号は送信器125からアンテナANTを経て放射される。
一方、アンテナANTから入射する高周波信号は、平衡型増幅器10、SPDTスイッチ回路130、低雑音増幅器128を経て受信器126に至る。SPDTスイッチ回路129は送信器125が終端抵抗132を介して接地する様に制御され、SPDTスイッチ回路130は平衡型増幅器10と低雑音増幅器128が接続する様に制御される。高周波信号は平衡型増幅器10の第2ハイブリッド回路に入力し単位増幅器の出力側に現れるが、単位増幅器が非動作状態に制御されることで反射されて、第2ハイブリッド回路のSPDTスイッチ回路130側の出力ポートに現れる。
In this circuit, the other output terminal is connected to the antenna without a switch circuit. At the time of transmission, the antenna ANT and the transmitter 125 are connected by the SPDT switch circuit 129 disposed between the transmitter 125 and the balanced amplifier 10. The SPDT switch circuit 130 connected to the output port of the balanced amplifier 10 is grounded via the termination resistor 133, and the high frequency signal is radiated from the transmitter 125 via the antenna ANT.
On the other hand, a high frequency signal incident from the antenna ANT reaches the receiver 126 through the balanced amplifier 10, the SPDT switch circuit 130, and the low noise amplifier 128. The SPDT switch circuit 129 is controlled so that the transmitter 125 is grounded via the termination resistor 132, and the SPDT switch circuit 130 is controlled so that the balanced amplifier 10 and the low noise amplifier 128 are connected. The high-frequency signal is input to the second hybrid circuit of the balanced amplifier 10 and appears on the output side of the unit amplifier, but is reflected when the unit amplifier is controlled to the non-operating state, and the SPDT switch circuit 130 side of the second hybrid circuit. Appears at the output port.

ここで例示した高周波回路は、一つのアンテナに送信器と受信器が接続される基本的な構成であるが、最近の高周波回路においては、フェージング等の外乱の影響を考慮してアンテナダイバシティを利用することが求められている。
次に高周波回路におけるアンテナダイバシティの構成例を説明する。特許文献2には図8に示す高周波回路が開示されている。この高周波回路170は、増幅器184の出力側に3つのSPDTスイッチ回路180、181、182が接続され、2つのアンテナANT1、ANT2と、第1受信側Rx1、第2受信側Rx2、送信側Txとの間の接続を切り換える。
The high-frequency circuit illustrated here has a basic configuration in which a transmitter and a receiver are connected to one antenna. However, in recent high-frequency circuits, antenna diversity is used in consideration of the influence of disturbance such as fading. It is requested to do.
Next, a configuration example of antenna diversity in the high frequency circuit will be described. Patent Document 2 discloses a high-frequency circuit shown in FIG. In this high-frequency circuit 170, three SPDT switch circuits 180, 181, and 182 are connected to the output side of the amplifier 184, two antennas ANT1, ANT2, a first reception side Rx1, a second reception side Rx2, and a transmission side Tx. Switch the connection between.

特表2010−511353号Special table 2010-511353 国際公開第97/13320号パンフレットInternational Publication No. 97/13320 Pamphlet

送信出力電力を高め、かつアンテナダイバシティが可能な高周波回路を得ようとすれば、単純には特許文献2の高周波回路において、増幅器を特許文献1に記載された平衡型増幅器を用いれば良い。   In order to obtain a high-frequency circuit capable of increasing the transmission output power and enabling antenna diversity, the balanced amplifier described in Patent Document 1 may be simply used in the high-frequency circuit disclosed in Patent Document 2.

図9にSPDTスイッチ回路の基本的な構成を示す。第1ポートP1と第2ポートP2 との間にはFETからなるスイッチング素子190と、第1ポートP1と第3ポートP3 との間にはFETからなるスイッチング素子191とを備える。各スイッチング素子のゲート電極に制御ポートVから制御電圧が印加されて、各ポート間の電気的な接続状態を各スイッチング素子のON状態/OFF状態にて制御する。他の構成としては、更に第2ポートP2、第3ポートP3を他のスイッチング素子で接地する場合もある。   FIG. 9 shows a basic configuration of the SPDT switch circuit. A switching element 190 made of FET is provided between the first port P1 and the second port P2, and a switching element 191 made of FET is provided between the first port P1 and the third port P3. A control voltage is applied to the gate electrode of each switching element from the control port V, and the electrical connection state between the ports is controlled by the ON / OFF state of each switching element. As another configuration, the second port P2 and the third port P3 may be grounded by another switching element.

このようなSPDTスイッチ回路を用いてアンテナダイバシティ回路を構成すると、送信信号の経路には、3つのSPDTスイッチ回路180、181、182の複数のスイッチング素子が設けられることとなる。
平衡型増幅器を用いた高周波回路の場合、低電圧で動作し、送信出力電力が高くても伝送が可能であるように、スイッチング素子を直列に複数接続して段数を増加させ、またマルチゲート化して耐電力にすぐれたものとすることが行なわれるが、スイッチング素子の占める面積が大きくなりSPDTスイッチ回路も大きくなってしまう。3つのSPDTスイッチ回路を用いるとすれば、SPDTスイッチ回路を構成するのに必要な空間も単順には3倍となり、信号経路に配置されるスイッチング素子の増加は、挿入損失の増加を招くといった問題もある。
When an antenna diversity circuit is configured using such an SPDT switch circuit, a plurality of switching elements of three SPDT switch circuits 180, 181, and 182 are provided in the path of the transmission signal.
In the case of a high-frequency circuit using a balanced amplifier, the number of stages is increased by connecting multiple switching elements in series so that transmission is possible even when the transmission output power is high. However, the area occupied by the switching element increases and the SPDT switch circuit also increases. If three SPDT switch circuits are used, the space required for constructing the SPDT switch circuit is also tripled in a single order, and the increase in switching elements arranged in the signal path leads to an increase in insertion loss. There is also.

そこで本発明では、平衡型増幅器を用いて構成され、挿入損失の増大を抑え、回路の大型化を防ぎながらアンテナダイバシティが利用可能な電気的特性に優れた高周波回路を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide a high-frequency circuit that is configured using a balanced amplifier and has excellent electrical characteristics that can use antenna diversity while suppressing an increase in insertion loss and preventing an increase in circuit size. .

本発明は、第1ポートと第6ポートとの間に配置された第1スイッチと、第2ポートと前記第6ポートとの間に配置された第2スイッチと、前記第1ポートと第3ポートとの間に配置された第3スイッチと、前記第2ポートと第4ポートとの間に配置された第4スイッチと、第5ポートと前記第6ポートとの間に配置された平衡型増幅器とを備え、前記第1スイッチと前記第2スイッチとにより、第5ポートと第1ポート又は第2ポートとの間の接続を切り換え、前記第3スイッチにより、第3ポートと第1ポート又はグランドとの接続を切り換え、前記第4スイッチにより、第4ポートと第2ポート又はグランドとの接続を切り換えることを特徴とする高周波回路である。   The present invention includes a first switch disposed between the first port and the sixth port, a second switch disposed between the second port and the sixth port, the first port, and the third port. A third switch disposed between the ports, a fourth switch disposed between the second port and the fourth port, and a balanced type disposed between the fifth port and the sixth port An amplifier, and the connection between the fifth port and the first port or the second port is switched by the first switch and the second switch, and the third port and the first port or by the third switch The high-frequency circuit is characterized in that the connection with the ground is switched and the connection between the fourth port and the second port or the ground is switched by the fourth switch.

本発明においては、前記第1ポートが第1アンテナと接続され、前記第2ポートが第2アンテナと接続され、前記第3ポートが第1受信回路と接続され、前記第4ポートが第2受信回路と接続され、前記第5ポートが送信回路と接続される。   In the present invention, the first port is connected to the first antenna, the second port is connected to the second antenna, the third port is connected to the first receiver circuit, and the fourth port is the second receiver. The fifth port is connected to a transmission circuit.

前記平衡型増幅器は2つの入力ポートと2つの出力ポートを備え、一つの入力ポートへ信号を入力し、一つの出力ポートへ増幅後の信号が出力可能であり、他の入力ポートと出力ポートは抵抗で終端される。   The balanced amplifier has two input ports and two output ports, and can input a signal to one input port and output the amplified signal to one output port. The other input port and output port are Terminated with a resistor.

本発明においては、前記平衡型増幅器の出力ポート側と、第1アンテナ又は第2アンテナとの間に、SPSTスイッチ回路が接続される構成とする。この為、平衡型増幅器から各アンテナとの送信信号に設けられるスイッチング素子を少なく構成出来る、   In the present invention, an SPST switch circuit is connected between the output port side of the balanced amplifier and the first antenna or the second antenna. For this reason, it is possible to configure a small number of switching elements provided from the balanced amplifier to the transmission signal with each antenna.

前記平衡型増幅器の入力ポートは高周波半導体回路(RFIC)の送信回路と接続され、前記アンテナはRFICの受信回路と接続されるのが好ましい。
また高周波回路を複数に設けて、それぞれの平衡型増幅器の出力ポート側にアンテナを接続してデータ送受信の帯域を広げる無線通信技術であるMIMO(Multi−Input Multi−Output)を実現可能な構成としても良い。
Preferably, the input port of the balanced amplifier is connected to a transmission circuit of a high frequency semiconductor circuit (RFIC), and the antenna is connected to a reception circuit of the RFIC.
In addition, a configuration capable of realizing MIMO (Multi-Input Multi-Output), which is a wireless communication technology that extends a data transmission / reception band by providing a plurality of high-frequency circuits and connecting an antenna to the output port side of each balanced amplifier. Also good.

本発明の高周波回路によれば、スイッチ回路を簡略化することが出来、挿入損失の増大を抑え、高周波回路の大型化を防ぎながらアンテナダイバシティが利用可能な電気的特性に優れた平衡型増幅器を用いて構成された高周波回路を提供することが出来る。   According to the high frequency circuit of the present invention, it is possible to simplify the switch circuit, suppress an increase in insertion loss, prevent an increase in the size of the high frequency circuit, and provide a balanced amplifier excellent in electrical characteristics that can use antenna diversity. It is possible to provide a high-frequency circuit configured by using.

本発明の一実施例による高周波回路の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the high frequency circuit by one Example of this invention. 本発明の一実施例による高周波回路に用いるSPDTスイッチ回路を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the SPDT switch circuit used for the high frequency circuit by one Example of this invention. 本発明の一実施例による高周波回路に用いる平衡型増幅器を説明する為の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram for demonstrating the balanced amplifier used for the high frequency circuit by one Example of this invention. (a)本発明の一実施例による高周波回路に用いる平衡型増幅器のハイブリッド回路の一例を示す等価回路図である。(b)本発明の一実施例による高周波回路に用いる平衡型増幅器のハイブリッド回路の他の例を示す等価回路図である。(A) It is an equivalent circuit diagram which shows an example of the hybrid circuit of the balanced amplifier used for the high frequency circuit by one Example of this invention. (B) It is an equivalent circuit diagram which shows the other example of the hybrid circuit of the balanced amplifier used for the high frequency circuit by one Example of this invention. 本発明の高周波回路を用いて構成された無線通信装置の高周波回路部の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the high frequency circuit part of the radio | wireless communication apparatus comprised using the high frequency circuit of this invention. 従来の高周波回路の構成例を示す回路ブロックを示す図である。It is a figure which shows the circuit block which shows the structural example of the conventional high frequency circuit. 従来の高周波回路の他の構成例を示す回路ブロックを示す図である。It is a figure which shows the circuit block which shows the other structural example of the conventional high frequency circuit. 従来の高周波回路の他の構成例を示す回路ブロックを示す図である。It is a figure which shows the circuit block which shows the other structural example of the conventional high frequency circuit. SPDTスイッチ回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a SPDT switch circuit.

図1〜図3を基に本発明の高周波回路を説明する。図1は平衡型増幅器を用いた高周波回路の回路ブロック図である。平衡型増幅器の構成は既に説明したが、ハイブリッド回路20、21の間に一対の単位増幅器15、16が接続されて構成されている。ハイブリッド回路20、21は、それぞれ2端子対回路であって、ハイブリッド回路20の一方側は入力ポートP1、終端抵抗R1と接続し、他方側は第1増幅器15の入力側、第2増幅器16の入力側と接続する。ハイブリッド回路21の一方側は出力ポートP2、終端抵抗R2と接続し、他方側は第1増幅器15の出力側、第2増幅器16の出力側と接続する。   The high-frequency circuit of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit block diagram of a high-frequency circuit using a balanced amplifier. Although the configuration of the balanced amplifier has already been described, a pair of unit amplifiers 15 and 16 are connected between the hybrid circuits 20 and 21. Each of the hybrid circuits 20 and 21 is a two-terminal pair circuit, and one side of the hybrid circuit 20 is connected to the input port P1 and the termination resistor R1, and the other side is connected to the input side of the first amplifier 15 and the second amplifier 16 Connect to the input side. One side of the hybrid circuit 21 is connected to the output port P2 and the termination resistor R2, and the other side is connected to the output side of the first amplifier 15 and the output side of the second amplifier 16.

本発明の高周波回路は、第1ポートPo1と第6ポートPo6との間に配置された第1スイッチSC1と、第2ポートPo2と前記第6ポートPo6との間に配置された第2スイッチSC2と、前記第1ポートPo1と第3ポートPo3との間に配置された第3スイッチSC3と、前記第2ポートPo2と第4ポートPo4との間に配置された第4スイッチSC4と、第5ポートPo5と前記第6ポートPo6との間に配置された平衡型増幅器10とを備える。
前記第1スイッチSC1と前記第2スイッチSC2とにより、第5ポートPo5と第1ポートPo1又は第2ポートPo2との間の接続を切り換え、前記第3スイッチSC3により、第3ポートPo3と第1ポートPo1又はグランドGNDとの接続を切り換え、前記第4スイッチSC4により、第4ポートPo4と第2ポートPo2又はグランドGNDとの接続を切り換える。
The high-frequency circuit of the present invention includes a first switch SC1 disposed between the first port Po1 and the sixth port Po6, and a second switch SC2 disposed between the second port Po2 and the sixth port Po6. A third switch SC3 disposed between the first port Po1 and the third port Po3, a fourth switch SC4 disposed between the second port Po2 and the fourth port Po4, and a fifth switch SC4. A balanced amplifier 10 is provided between the port Po5 and the sixth port Po6.
The connection between the fifth port Po5 and the first port Po1 or the second port Po2 is switched by the first switch SC1 and the second switch SC2, and the third port Po3 and the first port are switched by the third switch SC3. The connection with the port Po1 or the ground GND is switched, and the connection between the fourth port Po4 and the second port Po2 or the ground GND is switched by the fourth switch SC4.

第1〜第4スイッチSC1、SC2、SC3、SC4はFETからなるスイッチング素子で構成することが出来る。図2の(a)に第1ポートPo1と接続する第1スイッチSC1、第3スイッチSC3をスイッチ回路SWAとして示し、(b)に第2ポートPo2と接続する第2スイッチSC2、第4スイッチSC4をスイッチ回路SWBとして示す。
送信出力電力を高めた平衡型増幅器を用いるが、送信出力電力が高くても伝送が可能であるように、スイッチング素子を直列に複数接続し段数を増加させ、またマルチゲート化して耐電力を高めた構成を適宜採用し得る。このような耐電力構造を採用しても従来の高周波回路と比べて、信号経路に配置されるスイッチ回路が減じられているので、相対的に小型でかつ電気的特性に優れた高周波回路とすることが出来る。
The first to fourth switches SC1, SC2, SC3, and SC4 can be configured by switching elements made of FETs. FIG. 2A shows the first switch SC1 and the third switch SC3 connected to the first port Po1 as a switch circuit SWA, and FIG. 2B shows the second switch SC2 and the fourth switch SC4 connected to the second port Po2. Is shown as a switch circuit SWB.
A balanced amplifier with higher transmission output power is used, but multiple switching elements are connected in series to increase the number of stages so that transmission is possible even with high transmission output power. The configuration can be adopted as appropriate. Even if such a power-resistant structure is adopted, the switch circuit disposed in the signal path is reduced compared to the conventional high-frequency circuit, so that the high-frequency circuit is relatively small and has excellent electrical characteristics. I can do it.

なお、固定局と移動局が近くにあって大きな送信出力電力が必要で場合には、一方の増幅器を非動作状態としても良い。この場合、第1、第2ハイブリッド回路によって分配損失が発生するものの、増幅器による電力消費を抑えることができる。   If the fixed station and the mobile station are close to each other and a large transmission output power is required, one of the amplifiers may be set in a non-operating state. In this case, although a distribution loss is generated by the first and second hybrid circuits, power consumption by the amplifier can be suppressed.

図4(a)(b)に本発明に用いるハイブリッド回路の構成例を示す。図4(a)で示したハイブリッド回路は4つのポートPb1〜Pb4を備えた90度ハイブリッドカップラであり、1/4波長に相当する長さに構成された2つの結合線路Lc1、Lc2を対向配置して構成される。結合線路Lc1、Lc2は所定の特性インピーダンス(例えば50Ω)の分布定数線路として形成される。また各結合線路Lc1、Lc2の両端にキャパシタンス素子を接続してローパスフィルタの構成とする場合や分布定数線路に代えてインダクタンス素子で構成する場合もある。ここで1/4波長に相当する長さとは、ポート間の実長さが1/4波長である場合のほかに、波長短縮されて等価的に1/4波長である場合も含み、ハイブリッドカップラとして機能する長さを言う。   FIGS. 4A and 4B show configuration examples of the hybrid circuit used in the present invention. The hybrid circuit shown in FIG. 4A is a 90-degree hybrid coupler having four ports Pb1 to Pb4, and two coupling lines Lc1 and Lc2 each having a length corresponding to a quarter wavelength are arranged opposite to each other. Configured. The coupled lines Lc1 and Lc2 are formed as distributed constant lines having a predetermined characteristic impedance (for example, 50Ω). In some cases, a capacitance element is connected to both ends of each of the coupling lines Lc1 and Lc2 to form a low-pass filter, or an inductance element may be used instead of the distributed constant line. Here, the length corresponding to 1/4 wavelength includes not only the case where the actual length between ports is 1/4 wavelength, but also the case where the wavelength is shortened and equivalently 1/4 wavelength. Say the length to function as.

第1ハイブリッド回路20として90度ハイブリッドカップラを用いる場合、そのポートPb2を入力ポートP1と接続すると、ポートPb1は第2増幅器16の入力側と接続され、ポートPb3が終端抵抗R1と接続され、ポートPb4が第1増幅器15の入力側と接続される。ポートPb2に入力した信号は2分配され、ポートPb1とポートPb4に現れる信号は位相遅れのため90度の位相差となる。   When a 90-degree hybrid coupler is used as the first hybrid circuit 20, when the port Pb2 is connected to the input port P1, the port Pb1 is connected to the input side of the second amplifier 16, the port Pb3 is connected to the termination resistor R1, and the port Pb4 is connected to the input side of the first amplifier 15. The signal input to the port Pb2 is divided into two, and the signals appearing at the ports Pb1 and Pb4 have a phase difference of 90 degrees due to the phase delay.

第2ハイブリッド回路2として90度ハイブリッドカップラを用いる場合、そのポートPb2を第1増幅器15の出力側と接続すると、ポートPb1は出力ポートP2と接続され、ポートPb3が第2増幅器16の出力側と接続され、ポートPb4が終端抵抗R2と接続される。第1増幅器15、第2増幅器16により増幅された出力信号は90度の位相差のままポートPb2とポートPb3に入力する。ポートPb3−Pb4間での位相遅れのため出力ポートP2で同相となり合成されて約2倍に増幅された高周波信号が出力される。   When a 90-degree hybrid coupler is used as the second hybrid circuit 2, when its port Pb2 is connected to the output side of the first amplifier 15, the port Pb1 is connected to the output port P2, and the port Pb3 is connected to the output side of the second amplifier 16. The port Pb4 is connected to the termination resistor R2. The output signals amplified by the first amplifier 15 and the second amplifier 16 are input to the ports Pb2 and Pb3 with a phase difference of 90 degrees. Due to the phase delay between the ports Pb3 and Pb4, a high-frequency signal which is in-phase with the output port P2 and synthesized and amplified by about twice is output.

図4(b)に本発明に用いるハイブリッド回路の他の構成例を示す。ここで示したハイブリッド回路は4つのポートPb1〜Pb4を備えたブランチライン型ハイブリッド合成分配器である。1/4波長に相当する長さに構成された4つの分布定数線路Lh1〜Lh4とで構成される。前記分布定数線路Lh3、Lh4の特性インピーダンスがaΩであるとすると、分布定数線路Lh1、Lh2の特性インピーダンスはbΩ(bは2の平方根でaを除した値)となる。またインダクタンス素子とキャパシタンス素子の集中定数素子で構成しても良い。   FIG. 4B shows another configuration example of the hybrid circuit used in the present invention. The hybrid circuit shown here is a branch line type hybrid synthesizer / distributor having four ports Pb1 to Pb4. It is composed of four distributed constant lines Lh1 to Lh4 each having a length corresponding to a quarter wavelength. If the characteristic impedance of the distributed constant lines Lh3 and Lh4 is aΩ, the characteristic impedance of the distributed constant lines Lh1 and Lh2 is bΩ (b is a value obtained by dividing a by the square root of 2). Moreover, you may comprise with the lumped constant element of an inductance element and a capacitance element.

ブランチライン型ハイブリッド合成分配器を第1ハイブリッド回路20とする場合は、ポートPb1を入力ポートP1と接続すると、ポートPb2は第1増幅器15の入力側と接続され、ポートPb3が終端抵抗R1と接続され、ポートPb4が第2増幅器16の入力側と接続される。第2ハイブリッド回路21とする場合は、ポートPb1を第1増幅器15の出力側に接続すると、ポートPb2は終端抵抗R2と接続され、ポートPb3が第2増幅器16の出力側に接続され、ポートPb4が出力ポートP2と接続される。   When the branch line type hybrid combiner / distributor is the first hybrid circuit 20, when the port Pb1 is connected to the input port P1, the port Pb2 is connected to the input side of the first amplifier 15, and the port Pb3 is connected to the termination resistor R1. Then, the port Pb4 is connected to the input side of the second amplifier 16. In the case of the second hybrid circuit 21, when the port Pb1 is connected to the output side of the first amplifier 15, the port Pb2 is connected to the termination resistor R2, the port Pb3 is connected to the output side of the second amplifier 16, and the port Pb4 Is connected to the output port P2.

図5は本発明の高周波回路を含む無線通信装置のフロントエンド回路部を示す。
高周波回路は、第5ポートPo5より平衡型増幅器10の入力ポート側にRFICからの送信信号が入力し、第3ポートPo3、第4ポートPo4より受信信号がRFICへ向けて出力する。第3ポートPo3、第4ポートPo4からRFICに至る受信信号の経路には帯域通過フィルタ140、141、147、148と、帯域通過フィルタ140、147に挟まれて低雑音増幅器145と、帯域通過フィルタ141、148に挟まれて低雑音増幅器146と、帯域通過フィルタ147と接続して不平衡信号である受信信号を平衡信号に変換するバラン149と、帯域通過フィルタ148と接続して不平衡信号である受信信号を平衡信号に変換するバラン150とを備える。
FIG. 5 shows a front end circuit portion of a wireless communication apparatus including the high frequency circuit of the present invention.
In the high-frequency circuit, the transmission signal from the RFIC is input to the input port side of the balanced amplifier 10 from the fifth port Po5, and the reception signal is output from the third port Po3 and the fourth port Po4 toward the RFIC. In the path of the received signal from the third port Po3 and the fourth port Po4 to the RFIC, bandpass filters 140, 141, 147 and 148, a low noise amplifier 145 sandwiched between the bandpass filters 140 and 147, and a bandpass filter 141 and 148 are connected to a low-noise amplifier 146, a band-pass filter 147 and a balun 149 for converting a reception signal which is an unbalanced signal into a balanced signal, and a band-pass filter 148 and connected to an unbalanced signal. And a balun 150 for converting a received signal into a balanced signal.

本発明の高周波回路において、各スイッチのスイッチング素子は各制御ポートVに与えられる制御電圧によって表1に示す様に制御される。ここでは、一つの信号経路がいずれかのアンテナと接続する場合であり、他の経路は切断された場合を示している。またスイッチ回路SWAにおいて、スイッチング素子SW1−1とSW3−2の制御ポートVを共通化することが出来る。同様に、スイッチ回路SWBにおいて、スイッチング素子SW2−1とSW4−2の制御ポートVを共通化することも出来る。   In the high-frequency circuit of the present invention, the switching element of each switch is controlled as shown in Table 1 by the control voltage applied to each control port V. Here, a case where one signal path is connected to one of the antennas and the other path is disconnected is shown. In the switch circuit SWA, the control ports V of the switching elements SW1-1 and SW3-2 can be shared. Similarly, in the switch circuit SWB, the control ports V of the switching elements SW2-1 and SW4-2 can be shared.

Figure 2012222490
Figure 2012222490

ここでは、第1ポートPo1と第5ポートPo5が接続される条件(Tx1モード)、第2ポートPo2と第5ポートPo5が接続される条件2(Tx2モード)である場合に第1増幅器15、第2増幅器16は動作状態であり、第1ポートPo1と第3ポートPo3が接続される条件3(Rx1モード)、第2ポートPo2と第4ポートPo4が接続される条件4(Rx2モード)では非動作状態である。なお、異なるアンテナを使って送受信を同時に行なう場合は、条件1と条件3や条件2と条件4が同時に成立するように、増幅器の動作状態や各スイッチ素子の動作状態が制御されて表1で示した動作と異なる場合がある。また、送信受信の動作に直接影響しないスイッチング素子のON/OFF状態は適宜設定され得る。   Here, the first amplifier 15 in the case where the first port Po1 and the fifth port Po5 are connected (Tx1 mode) and the second port Po2 and the fifth port Po5 are connected (Tx2 mode). The second amplifier 16 is in an operating state, and in condition 3 (Rx1 mode) in which the first port Po1 and the third port Po3 are connected, and in condition 4 (Rx2 mode) in which the second port Po2 and the fourth port Po4 are connected. Non-operating state. When transmitting and receiving simultaneously using different antennas, the operational state of the amplifier and the operational state of each switch element are controlled so that Condition 1 and Condition 3 and Condition 2 and Condition 4 are satisfied simultaneously. It may be different from the operation shown. Further, the ON / OFF state of the switching element that does not directly affect the transmission / reception operation can be set as appropriate.

第1、第2増幅器15、16を領域で動作させると非線形動作となり、基本周波数成分の他に、偶数次高調波成分(2n倍波;nは1以上の自然数)、奇数次高調波成分(3n倍波)といった高調波成分が生じてしまう。偶数次高調波成分に対して第2ハイブリッド回路21は所定のインピーダンス負荷とはならず反射して第1、第2増幅器15、16へ入力し、基本波と混合されて、基本波と同じ周波数で移相のずれた周波数成分となる。これによって出力ポートから出力される高周波信号にリップルが生じる場合がある。また、高周波回路10に入力される高周波信号にも高調波成分が含まれ第1、第2増幅器15、16で増幅されてしまう場合もある。   When the first and second amplifiers 15 and 16 are operated in a region, nonlinear operation is performed. In addition to the fundamental frequency component, an even-order harmonic component (2n harmonic wave; n is a natural number of 1 or more), an odd-order harmonic component ( Harmonic components such as 3n harmonics) are generated. The second hybrid circuit 21 reflects the even harmonic components instead of a predetermined impedance load and inputs them to the first and second amplifiers 15 and 16 to be mixed with the fundamental wave and have the same frequency as the fundamental wave. Thus, the frequency component is shifted in phase. This may cause ripples in the high-frequency signal output from the output port. Further, the high frequency signal input to the high frequency circuit 10 may also contain harmonic components and be amplified by the first and second amplifiers 15 and 16.

本発明の高調波回路においては、第1、第2増幅器15、16の出力側のそれぞれに高調波減衰手段を設けることで高調波を減衰させてリップルや損失を低減するのが好ましい。高調波減衰手段はフィルタで構成するのが望ましく、ローパスフィルタやノッチフィルタを用いることが出来る。ローパスフィルタによれば偶数次高調波成分、奇数次高調波成分の両方を減衰させることが出来る。偶数次高調波成分のみを選択的に減衰させる場合は、スタブで構成しても良い。高調波減衰手段を設ける場合には、合成損失を低減する観点から各経路で同じ特性(移相や損失)のものを用いる。   In the harmonic circuit of the present invention, it is preferable to reduce the ripple and loss by attenuating harmonics by providing harmonic attenuation means on the output sides of the first and second amplifiers 15 and 16, respectively. The harmonic attenuation means is preferably composed of a filter, and a low-pass filter or a notch filter can be used. According to the low-pass filter, both the even-order harmonic component and the odd-order harmonic component can be attenuated. When only the even-order harmonic component is selectively attenuated, a stub may be used. When the harmonic attenuation means is provided, one having the same characteristics (phase shift and loss) is used in each path from the viewpoint of reducing the combined loss.

10 平衡型増幅器
15 第1増幅器
16 第2増幅器
20 第1ハイブリッド回路
21 第2ハイブリッド回路
R1、R2 終端抵抗
IN 入力ポート
OUT 出力ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Balance type amplifier 15 1st amplifier 16 2nd amplifier 20 1st hybrid circuit 21 2nd hybrid circuit R1, R2 Termination resistance IN Input port OUT Output port

Claims (3)

第1ポートと第6ポートとの間に配置された第1スイッチと、第2ポートと前記第6ポートとの間に配置された第2スイッチと、前記第1ポートと第3ポートとの間に配置された第3スイッチと、前記第2ポートと第4ポートとの間に配置された第4スイッチと、第5ポートと前記第6ポートとの間に配置された平衡型増幅器とを備え、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとにより、第5ポートと第1ポート又は第2ポートとの間の接続を切り換え、
前記第3スイッチにより、前記第3ポートと前記第1ポート又はグランドとの接続を切り換え、
前記第4スイッチにより、前記第4ポートと前記第2ポート又はグランドとの接続を切り換えることを特徴とする高周波回路。
Between the 1st switch arranged between the 1st port and the 6th port, the 2nd switch arranged between the 2nd port and the 6th port, and between the 1st port and the 3rd port A third switch disposed between the second port and the fourth port, and a balanced amplifier disposed between the fifth port and the sixth port. ,
The connection between the fifth port and the first port or the second port is switched by the first switch and the second switch,
The third switch switches the connection between the third port and the first port or the ground,
A high frequency circuit characterized in that the connection between the fourth port and the second port or the ground is switched by the fourth switch.
前記第3スイッチは、前記第1ポートと第3ポートとの間に接続されるスイッチング素子と、前記第3ポートとグランドとの間に接続されるスイッチング素子を有し、
前記第4スイッチは、前記第2ポートと第4ポートとの間に接続されるスイッチング素子と、前記第4ポートとグランドとの間に接続されるスイッチング素子を有することを特徴とする請求項1に記載の高周波回路。
The third switch has a switching element connected between the first port and the third port, and a switching element connected between the third port and the ground,
The fourth switch includes a switching element connected between the second port and the fourth port, and a switching element connected between the fourth port and the ground. The high frequency circuit described in 1.
前記第1ポートが第1アンテナと接続され、前記第2ポートが第2アンテナと接続され、前記第3ポートが第1受信回路と接続され、前記第4ポートが第2受信回路と接続され、前記第5ポートが送信回路と接続されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波回路。

The first port is connected to a first antenna, the second port is connected to a second antenna, the third port is connected to a first receiver circuit, and the fourth port is connected to a second receiver circuit; The high-frequency circuit according to claim 1, wherein the fifth port is connected to a transmission circuit.

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