JP2018518890A - 高周波回路及び高周波回路を備えるフロントエンド回路 - Google Patents

Abstract

キャリアアグリゲーションにおいて改善された信号品質を有する、例えば、フロントエンド回路における使用のための、高周波回路を提供する。更に、信号経路は、デュプレクサとダイプレクサとの間に移相器を備える。

Description

本発明は、高周波回路、例えば、モバイル無線通信機器のフロントエンド回路において用いることができる高周波回路に関する。

モバイル無線通信機器のフロントエンド回路は、１つ又は複数の受信用又は送信用増幅器を１つ又は複数のアンテナと接続する。この接続は、モバイル無線通信機器の信号品質に関する要求が満たされ、同時に複数の伝送システムと伝送周波数とを用いることができるように互いに接続された、信号経路と高周波フィルタを介して行われる。

米国特許第７，２１２，７８９Ｂ２号から、チューナブルデュプレクサを備える高周波回路が知られている。

すでに一般のＦＤＤシステム（ＦＤＤ＝ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ＝周波数分割複信）においては、送信周波数と受信周波数を同時に使用する一方で、データ転送速度を上げるため、様々な送信周波数を同時にあるいは様々な受信周波数を同時に使用できる（キャリアアグリゲーション）。インターバンドキャリアアグリゲーションシステムにおいては、２つのＦＤＤ受信周波数を１つのＦＤＤ送信周波数と同時に使用できる。また、２つのＦＤＤ送信周波数を１つの受信周波数又は複数の受信周波数と同時に使用できる（Ｔｘキャリアアグリゲーション）。

しかし、そのように様々な周波数帯域を共用することにより通常の高周波回路において問題が生じるのは、通常の高周波回路が、特に様々な信号経路の分離に関して、更なる高周波出力と整合しないからである。

従って、課題は、回路に様々な周波数帯域の高周波信号が与えられるときでも様々な信号経路間の良好な分離を可能にする、高周波回路を提供することである。特に、相互変調積による信号経路の妨害を低減しなければならない。

この課題は請求項１に記載の高周波回路により解決される。従属請求項は有利な態様を記載する。

このために、高周波回路は、ダイプレクサと、第１周波数帯域用第１デュプレクサと、第２周波数帯域用第１デュプレクサとを備える。ダイプレクサは、第１ポートと、共通ポートと、第２ポートとを有する。第１周波数帯域用第１デュプレクサは、送信ポートと、共通ポートと、受信ポートとを有する。同様に、第２周波数帯域用第１デュプレクサは、送信ポートと、共通ポートと、受信ポートとを有する。回路は、第１周波数帯域の第１デュプレクサの共通ポートとダイプレクサの第１ポートとの間の第１信号経路を更に備える。更に、高周波回路は、第２周波数帯域の第１デュプレクサの共通ポートとダイプレクサの第２ポートとの間の第２信号経路を備える。また、回路は、第２信号経路に配置された移相器を備える。移相器は、第２周波数帯域の第１デュプレクサ及び１つの周波数帯域の少なくとも１つの高調波のためのダイプレクサのインピーダンスを少なくとも１つの相互変調積が低減されるように整合させるために設けられる。

インピーダンス整合は、この場合、特に、第２信号経路の第１デュプレクサの共通ポート及びダイプレクサの第２ポートのインピーダンスに関する。

高調波は、この場合、特に、例えば、第１周波数帯域の送信周波数の二次又は三次高調波であってよい。

そのような高周波回路の信号分離の改善は、従って、相互変調積の低減に帰するものである。フロントエンド回路の通常の高周波回路においては、用いられるダイプレクサのアイソレーション度が非常に劣悪でありえるため、望ましくないことに、信号経路に入力された高周波信号が、ダイプレクサの下流のデュプレクサにおける非線形効果により、相互変調積を発生させることが知られていた。その周波数は、デュプレクサの通過帯域に存在する。そして、そのような望ましくない高周波信号を通常の高周波フィルタによっては更には除去できないのは、その周波数が望ましい信号の周波数と類似しているからである。

移相器により、この相互変調積の発生を効率的に阻害するか、あるいは少なくとも非常に大きく減少させる結果、望ましくない一方で顕著に低減された相互変調積が更に妨害することはない。

この場合、この高周波回路は、フロントエンド回路の通常の回路トポロジーに適合することで、回路構成を比較的更に複雑にすることなく、信号品質が比較的大きく向上する。

ダイプレクサは、セラミックダイプレクサであってよい。

この場合、そのようなセラミックダイプレクサは、例えばセラミック等の絶縁材料からなる基体を含んでよい。基体には、その内面がメタライゼーションにより被覆された、キャビティが備えられてよい。そのようなダイプレクサは、一般的には、すでに非常に高い直線性を有する。

第１周波数帯域は、２ギガヘルツ帯域であり、第２周波数帯域は、１ギガヘルツ帯域であってよい。そして、第１周波数帯域は、およそ、周波数１〜２ＧＨｚ、特に１．４〜２．２ＧＨｚである。そして、第２周波数帯域は、およそ、周波数≦１ＧＨｚである。

また、第１周波数帯域と第２周波数帯域は、３つの周波数領域から選択されてもよい：ローバンド（ＬＢ、約６５０〜１０００ＭＨｚ）、ミッドバンド（ＭＢ、１７００〜２２００ＭＨｚ）及びハイバンド（ＨＢ、およそ周波数ｆ＞２５００ＭＨｚ）。

特に、モバイル無線通信機器の周波数帯域１，２，３，４，５，７，８，１２，１７，１９，２０，２１，２６又は２８は、例えば送信周波数におけるキャリアアグリゲーション用に、第１周波数帯域あるいは第２周波数帯域として考えられる。この場合、モバイル無線通信機器の帯域５，８，１２，１７，１９，２０，２６及び２８は、ＬＢに割り当てられる。モバイル無線通信機器の帯域１，２，３，４，２１は、ＭＢに割り当てられ、周波数帯域７は、ＨＢに割り当てられる。

このように、例えば、以下の周波数帯域ペアを共用できる。
ＬＢとＬＢ：５と１２、５と１７；
ＬＢとＭＢ：３と５、１と５、３と２０、１と１９、３と８、４と１２、４と１７、３と２６、３と１９、１９と２１；
ＭＢとＭＢ：１と２１、２と４；
ＭＢとＨＢ：１と７、３と７、４と７；
ＬＢとＨＢ：７と２０、７と２８、５と７。

また、高周波回路は、２つ目又はそれ以上の更なる第１周波数帯域のデュプレクサを更に備えてもよい。この場合、２つ目又はそれ以上の更なる第１周波数帯域のデュプレクサは、一方で、第１周波数帯域の第１デュプレクサと並列に接続可能であって、他方で、第１信号経路と接続可能である。この場合、伝送操作が、同時あるいは順次に、第１周波数帯域の様々なデュプレクサを介して可能である。

また、高周波回路は、ダイプレクサの第１ポートを２つ目又はそれ以上の更なる第１周波数帯域のデュプレクサと接続可能なスイッチ装置を更に備えてもよい。この場合、スイッチ装置により、デュプレクサをダイプレクサと接続するか、個別に調整できる。いつでも、常にデュプレクサを１つのみダイプレクサと接続できる。しかしまた、ある時点においては、デュプレクサを全くダイプレクサと接続しないことも、あるいは同時に複数のデュプレクサをダイプレクサと接続することもできる。

また、高周波回路は、２つ目又はそれ以上の更なる第２周波数帯域のデュプレクサを更に備えてもよい。２つ目又はそれ以上の更なる第２周波数帯域のデュプレクサは、一方で、第２周波数帯域の第１デュプレクサと並列に接続可能であって、他方で、第２信号経路と接続可能である。

また、高周波回路は、ダイプレクサの第２ポートを１つ又は複数の更なる第２周波数帯域のデュプレクサと接続可能なスイッチ装置を更に備えてもよい。

上記第１周波数帯域の状態と同様に、ダイプレクサと接続される第２周波数帯域のデュプレクサの数も従って個別に調整できる。

移相器はチューナブルであってよい。チューナブル移相器としては、特に、その特性周波数及び／又は関連する周波数の位相シフトを調整可能な移相器がある。

第２周波数帯域のデュプレクサ１つ当たり、１つの移相器が第２信号経路に備えられてよい。

高周波回路が複数の移相器を備える場合、上記代替例から任意にこれらを選択してよい。但し、複数の又は全ての移相器は、同一のタイプであってもよい。

移相器は、ダイプレクサから発せられた望ましくない信号を、ダイプレクサに反射してよい。対応する周波数領域の望ましい信号は、ダイプレクサを基本的に伝送損失なしに通過できる。移相器は、特に、所定の周波数を有する信号の位相の移相度を調整可能なチューナブル移相器であってよい。例えば、移相器によって生じた位相シフトは、好ましくは、信号の周波数を直線的に変える。

移相器として構成される移相器は、特に、インダクタンスと静電容量のオールパスフィルタであってよい。

また、ストリップラインを移相器として用いてもよい。

特に、高周波回路は、モバイル無線通信機器、例えばモバイル無線通信機器のフロントエンド回路において接続されてよい。そのフロントエンド回路がそのような高周波回路を備えるモバイル無線通信機器は、使用者に向上したデータレートと同時に劣化していない信号品質を提供する。

更に、第１又は第２周波数帯域当たりのデュプレクサの数は、限定されない。第１及び第２周波数帯域は、互いに独立して、１、２、３、４、又はそれ以上のデュプレクサを備えてよい。

第１周波数帯域は１、２、３、４、５又はそれ以上のデュプレクサを備えてよい。また、第２周波数帯域は１、２、３、４、５又はそれ以上のデュプレクサを備えてよい。

以下、高周波回路の主な原理及びいくつかの限定的でない実施形態を、概略図を基に詳細に説明する。

これら図について、
高周波回路の主な構成、 第１周波数帯域の複数のデュプレクサを備える実施形態、 第２周波数帯域の複数のデュプレクサを備える実施形態、 チューナブル移相器を備える実施形態、 第１周波数帯域の複数のデュプレクサと第２周波数帯域の複数のデュプレクサとを備える実施形態、 一般的なダイプレクサの特性伝送曲線、 多少より良好なアイソレーション度を有する一般的なダイプレクサの特性伝送曲線、 位相シフトの様々な値についてそれぞれが相互変調積の程度を示す様々な曲線に基づく、高周波回路内の移相器の効果、 位相シフトの様々な値についてそれぞれが相互変調積の程度を示す様々な曲線に基づく、改善されたダイプレクサを備える高周波回路内の移相器の効果、 中心周波数について移相器による位相回転に対する相互変調積の大きさの従属関係。

図１は、第１周波数帯域の第１デュプレクサＤＵ−ＨＢ−１と、第２周波数帯域の第１デュプレクサＤＵ−ＬＢ−１と、ダイプレクサＤ１とを備える高周波回路ＨＦ−Ｓの簡単な実施形態を示す。第２周波数帯域の第１デュプレクサＤＵ−ＬＢ−１を、第２信号経路ＳＰ２がダイプレクサＤＩの第２ポートＰ２と接続する。第２信号経路ＳＰ２において、移相器ＰＳが接続される。第１周波数帯域の第１デュプレクサＤＵ−ＬＢ−１の共通ポートＰＧを、第１信号経路ＳＰ１がダイプレクサＤＩの第１ポートＰ１と接続する。ダイプレクサＤＩの共通ポートＰＧは、通信機器のアンテナと接続されてよい。両方のデュプレクサはそれぞれ、送信ポートＴＸと受信ポートＲＸを有する。送信及び受信ポートを介して、両方のデュプレクサは、１つ又は複数のモバイル無線通信機器のトランシーバ回路と接続されてよい。

従来の高周波回路の操作において問題となるのは以下の状況である：両方のデュプレクサの両方の送信ポートＴＸを介して、送信信号が信号経路ＳＰ１、ＳＰ２を介してダイプレクサＤＩに到達し、結合される。ダイプレクサＤＩの最終的なアイソレーション度に応じて、送信信号の一部は、第１周波数帯域から、第２信号経路ＳＰ２における第２周波数帯域のデュプレクサの方向に結合される。一般的には、デュプレクサ自身が、線形のみではない挙動を示す回路であり、この場合、様々なＴＸ信号が第２周波数帯域のデュプレクサＤＵ−ＬＢ−１のＴＸフィルタにおいて重畳する。第２周波数帯域のデュプレクサの非線形効果により、相互変調積が発生し、相互変調積は、場合によっては受信フィルタＲＸを通過でき、通信機器の同時受信を妨害するかあるいは完全に阻害する。通信機器が例えば同時に帯域３と５で送信する場合、１７１０ＭＨｚ−８２４ＭＨｚ＝８８６ＭＨｚの相互変調積が発生する。これは帯域５の受信周波数帯域（ＲＸ）内であり、従って、受信フィルタをほぼ減衰せずに通過できる。

本発明の高周波回路ＨＦ−Ｓにおいては、ダイプレクサＤＩから第２信号経路２に漏れた信号が移相器によりその位相角に移相する結果、デュプレクサにおける第２信号経路ＳＰ２用の送信信号との混合が発生することはない。このように、８８６ＭＨｚの相互変調積の発生がすでに阻害されるか、あるいはその強度が低減されるため、受信操作は問題なく可能である。

図２は、第１周波数帯域用の３つのデュプレクサＤＵ−ＨＢ−１、ＤＵ−ＨＢ−２、ＤＵ−ＨＢ−３が備えられた実施形態を示す。個別のスイッチＳＷを用いて、デュプレクサのそれぞれを第１信号経路ＳＰ１に接続できる。

ほぼそれと同様に、図３は、第２周波数帯域用の３つのデュプレクサＤＵ−ＬＢ−１、ＤＵ−ＬＢ−２、ＤＵ−ＬＢ−３が備えられた、高周波回路ＨＦ−Ｓの実施形態を示す。スイッチを用いて、３つのデュプレクサのそれぞれを個別に第２信号経路ＳＰ２に接続できる。この場合、３つのデュプレクサはそれぞれ、特別にそれに割り当てられた移相器ＰＳを用いることができる。スイッチは、好ましくは移相器とダイプレクサとの間に接続される。

図４は、３つの異なる移相器の代わりに、移相器を１つだけ第２信号経路ＳＰ２に接続することができる様子を示す。この移相器ＰＳは、以下の目的で備えられ、以下のことに好適である：
３つの全ての第２周波数帯域のデュプレクサの相互変調積を阻害するか、あるいは低減すること。

図５は、第１周波数帯域においてと同様に第２周波数帯域においても、３つのデュプレクサがそれぞれ備えられる実施形態を示す。

図６は、比較的低いアイソレーション度を有する一般的なダイプレクサの特性曲線を示す。

図７は、高いアイソレーション度を有する一般的なダイプレクサの特性曲線を示す。

図８は、図６のダイプレクサが用いられた場合における、Ｔｘ帯域Ｂ５及びＢ７両方のキャリアアグリゲーションにおける相互変調妨害の大きさを示す。この場合、異なる曲線は、移相器による別の位相シフトをそれぞれ示す。相互変調積は、８８０ＭＨｚの周波数成分を有する：
Ｂ７−Ｔｘ（２５４０ＭＨｚ）−２×Ｂ５−Ｔｘ（２×８３０ＭＨｚ）＝Ｂ５−Ｒｘ（８８０ＭＨｚ）。高周波回路は、移相器として、その位相シフトを調整可能なチューナブル移相器を備える。選択された位相シフトに応じて、最高約３０ｄＢだけ低減された相互変調妨害を達成することができる。

それに対応して、図９は、移相器としてチューナブル移相器のほかに、図７の高いアイソレーション度を有する「より良好な」ダイプレクサを含む高周波回路の様々なアイソレーション度の値を示す。更に、図８に示される異なる曲線は、移相器によって変化した位相シフトについてのアイソレーション度を示す。図７と同様に、相互変調妨害の低減を、好適な位相シフトを選択することで最高３０ｄＢだけ改善できる。

全体として、図６〜９は、より劣悪なダイプレクサと同様により良好なダイプレクサも備える高周波回路が、明らかに、新規な回路トポロジーから有利な点を得ることを示している。

図１０は、それぞれ、図６に示される両方のダイプレクサの一方と、移相器として構成される移相器とを備える高周波回路の相互変調積の強度を示す。改善されたアイソレーション度が実際に相互変調積を低減させたことが示されているが、移相器が対応して最適に割り当てられるか、あるいは調整された場合のみにおいてである。

また、高周波回路は、記載又は図示される実施形態に限定されない。高周波回路は、特に、更なる回路部品、信号経路、フィルタ、スイッチを含んでよい。

参照符号リスト
ＤＢ−ＨＰ： ダイプレクサのハイパスフィルタの通過帯域
ＤＢ−ＬＰ： ダイプレクサのローパスフィルタの通過帯域
ＤＩ： ダイプレクサ
ＤＵ： デュプレクサ
ＤＵ−ＨＢ−１： 第１周波数帯域の第１デュプレクサ
ＤＵ−ＨＢ−２： 第１周波数帯域の第２デュプレクサ
ＤＵ−ＨＢ−３： 第１周波数帯域の第３デュプレクサ
ＤＵ−ＬＢ−１： 第２周波数帯域の第１デュプレクサ
ＤＵ−ＬＢ−２： 第２周波数帯域の第２デュプレクサ
ＤＵ−ＬＢ−３： 第２周波数帯域の第３デュプレクサ
ＨＦ−Ｓ： 高周波回路
ＩＳ： ダイプレクサのアイソレーション度
ＰＧ： 共通ポート
ＲＸ： 受信ポート
ＰＳ： 移相器
ＳＤ： スイッチ
ＳＰ１： 第１信号経路
ＳＰ２： 第２信号経路
ＴＸ： 送信ポート

Claims (12)

1. 高周波回路（ＨＦ−Ｓ）において、
   −第１ポート（Ｐ１）と、共通ポート（ＰＧ）と、第２ポート（Ｐ２）とを有するダイプレクサ（ＤＩ）と、
   −送信ポート（ＴＸ）と、共通ポート（ＰＧ）と、受信ポート（ＲＸ）とを有する第１周波数帯域用第１デュプレクサ（ＤＵ）と、
   −送信ポート（ＴＸ）と、共通ポート（ＰＧ）と、受信ポート（ＲＸ）とを有する第２周波数帯域用第１デュプレクサ（ＤＵ）と、
   −前記第１周波数帯域の前記第１デュプレクサ（ＤＵ）の前記共通ポート（ＰＧ）と前記ダイプレクサ（ＤＩ）の前記第１ポート（Ｐ１）との間の第１信号経路（ＳＰ１）と、
   −前記第２周波数帯域の前記第１デュプレクサ（ＤＵ）の前記共通ポート（ＰＧ）と前記ダイプレクサ（ＤＩ）の前記第２ポート（Ｐ２）との間の第２信号経路（ＳＰ２）と、
   −前記第２信号経路（ＳＰ２）において、前記第２周波数帯域の前記第１デュプレクサ（ＤＵ）及び前記ダイプレクサ（ＤＩ）のインピーダンスを、少なくとも１つの相互変調積が低減されるように、前記周波数帯域のうちの一方の少なくとも１つの高調波と整合させるために設けられる移相器（ＰＳ）と、を備える、高周波回路。
2. 前記ダイプレクサ（ＤＩ）は、セラミックダイプレクサである、請求項１に記載の高周波回路。
3. 前記第１周波数帯域は、２ＧＨｚ帯域であり、前記第２周波数帯域は、１ＧＨｚ帯域である、請求項１又は２に記載の高周波回路。
4. 前記第１周波数帯域は、２．５ＧＨｚ帯域であり、前記第２周波数帯域は、１ＧＨｚ帯域である、請求項１又は２に記載の高周波回路。
5. 前記第１周波数帯域の前記第１デュプレクサ（ＤＵ）と並列に接続可能であって、前記第１信号経路（ＳＰ１）と接続可能な、２つ目又はそれ以上の更なる前記第１周波数帯域のデュプレクサ（ＤＵ）を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高周波回路。
6. 前記ダイプレクサ（ＤＩ）の前記第１ポート（Ｐ１）を１つ又は複数の前記第１周波数帯域の前記デュプレクサ（ＤＵ）と接続可能なスイッチ装置（ＳＷ）を更に備える、請求項５に記載の高周波回路。
7. 前記第２周波数帯域の前記第１デュプレクサ（ＤＵ）と並列に接続可能であって、前記第２信号経路（ＳＰ２）と接続可能な、２つ目又はそれ以上の更なる前記第２周波数帯域のデュプレクサ（ＤＵ）を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の高周波回路。
8. 前記ダイプレクサ（ＤＩ）の前記第２ポート（Ｐ２）を１つ又は複数の前記第２周波数帯域の前記デュプレクサ（ＤＵ）と接続可能なスイッチ装置（ＳＷ）を更に備える、請求項７に記載の高周波回路。
9. 前記移相器（ＰＳ）は、その位相シフトにおいてチューナブルである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の高周波回路。
10. 前記第２周波数帯域のデュプレクサ（ＤＵ）１つ当たり、１つの移相器（ＰＳ）が前記第２信号経路（ＳＰ２）に備えられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の高周波回路。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の高周波回路（ＨＦ−Ｓ）を備える、モバイル無線通信機器。
12. モバイル無線通信機器のフロントエンド回路における、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の高周波回路（ＨＦ−Ｓ）の使用。

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