JP2021118431A - 高周波回路及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調方式が異なる高周波信号を送信可能な通信システムにおいて、送信電力レベルの制限を緩和することができる。【解決手段】高周波回路１は、第１電源電圧Ｖｃｃ１を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧Ｖｃｃ２を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路１０を備え、第１高周波信号は、ＬＴＥ信号であり、第２高周波信号は、５ＧＮＲ信号又はＷＬＡＮ信号であり、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値は、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波回路及び当該高周波回路を備える通信装置に関する。

従来、変調方式が異なる高周波信号を送信可能な通信システムにおいて、送信電力レベルを制御することにより、増幅器に求められる性能要件を抑えつつ、高周波信号の要求品質を満たすことが開示されている。

国際公開第２０１８／０８３８６２号 特開２０１１−３０２５７号公報

しかしながら、上記従来技術では、高周波信号の要求品質を満たすために送信電力レベルが制限されるため、送信電力レベルを制限できない環境下では要求品質を満たすことができない。

そこで、本発明は、変調方式が異なる高周波信号を送信可能な通信システムにおいて、送信電力レベルの制限を緩和することができる高周波回路及び通信装置を提供する。

本発明の一態様に係る高周波回路は、第１電源電圧を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路を備え、前記第１高周波信号は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）信号であり、前記第２高周波信号は、５ＧＮＲ（5th Generation New Radio）信号又はＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）信号であり、前記第２電源電圧の値は、前記第１電源電圧の値よりも大きい。

本発明によれば、変調方式が異なる高周波信号を送信可能な通信システムにおいて、送信電力レベルの制限を緩和することができる。

実施の形態１に係る高周波回路及び通信装置の回路構成図 ＥＴモードにおける入力信号と電源電圧との関係の一例を示すグラフ 電力増幅器に求められる性能を説明するためのグラフ 一次変調方式及び二次変調方式とＰＡＰＲとの間の関係を示すグラフ 増幅器の出力電力と信号品質との関係の一例を示すグラフ 増幅器の出力電力と信号品質との関係の一例を示すグラフ 電源電圧とＯＰ１ｄＢとの関係の一例を示すグラフ 同一の出力電力における増幅器の電源電圧と信号品質との関係の一例を示すグラフ 同一の出力電力における増幅器の電源電圧と信号品質との関係の一例を示すグラフ 同一の出力電力における増幅器の電源電圧と信号品質との関係の一例を示すグラフ 同一の出力電力における増幅器の電源電圧と信号品質との関係の一例を示すグラフ 実施例に係る高周波回路及び通信装置の回路構成図 変形例に係る高周波回路及び通信装置の回路構成図

以下、本発明の実施の形態、並びに、その実施例及び変形例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態、並びに、その実施例及び変形例は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態、並びに、その実施例及び変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。

なお、各図は、本発明を示すために適宜強調、省略、又は比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、及び比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡素化される場合がある。

本開示において、「接続される」とは、接続端子及び／又は配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含むことを意味する。また、「直接接続される」とは、他の回路素子を介さずに接続端子及び／又は配線導体で直接接続されることを意味する。また、「ＡとＢとの間に接続される」とは、Ａ及びＢを結ぶ経路上でＡ及びＢと接続されることを意味する。

（実施の形態１）
［１．１ 高周波回路１及び通信装置６の回路構成］
本実施の形態に係る高周波回路１及び通信装置６の回路構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る高周波回路１及び通信装置６の回路構成図である。

［１．１．１ 通信装置６の回路構成］
図１に示すように、本実施の形態に係る通信装置６は、高周波回路１と、アンテナ回路２と、電源回路３と、ＲＦＩＣ４と、ＢＢＩＣ５と、を備える。

高周波回路１は、信号処理回路で処理された高周波信号を伝送する高周波回路の一例である。高周波回路１は、アンテナ回路２とＲＦＩＣ４との間で高周波信号を伝送する。具体的には、高周波回路１は、第１高周波信号及び第２高周波信号の送信回路を構成する。高周波回路１の詳細な回路構成については後述する。

アンテナ回路２は、アンテナ素子２１及び２２を有する。アンテナ素子２１は、高周波回路１の出力端子１１０に接続され、第１高周波信号を送信する。アンテナ素子２２は、高周波回路１の出力端子１２０に接続され、第２高周波信号を送信する。

電源回路３は、増幅回路１０に電源電圧を印加する。具体的には、電源回路３は、ＲＦＩＣ４からの制御信号ｓ０に基づいて、電力増幅器１１に第１電源電圧Ｖｃｃ１を印加し、電力増幅器１２に第１電源電圧Ｖｃｃ１と異なる第２電源電圧Ｖｃｃ２を印加する。

ＲＦＩＣ４は、高周波信号を処理する信号処理回路の一例である。具体的には、ＲＦＩＣ４は、ＢＢＩＣ５から入力された送信信号をアップコンバート等により信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波回路１の送信信号経路に出力する。

ＢＢＩＣ５は、高周波回路１が伝送する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理するベースバンド信号処理回路である。ＢＢＩＣ５で処理される信号としては、例えば、画像表示のための画像信号、及び／又は、スピーカを介した通話のために音声信号が用いられる。

また、ＲＦＩＣ４は、使用される通信バンドに基づいて、高周波回路１が有するスイッチ等を制御する。また、ＲＦＩＣ４は、高周波回路１の電力増幅器１１及び１２の電源電圧等を調整するための制御信号を高周波回路１に出力する。

なお、本実施の形態に係る通信装置６において、アンテナ回路２、電源回路３、及び、ＢＢＩＣ５は、必須の構成要素ではない。

［１．１．２ 高周波回路１の回路構成］
図１に示すように、高周波回路１は、増幅回路１０と、フィルタ回路１３及び１４と、入力端子１３０及び１４０と、出力端子１１０及び１２０と、を備える。

増幅回路１０は、第１電源電圧を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路の一例である。図１に示すように、増幅回路１０は、電力増幅器１１及び１２を有する。

電力増幅器１１は、第１増幅器の一例である。電力増幅器１１には、第１高周波信号が入力され、かつ、第１電源電圧Ｖｃｃ１が印加される。具体的には、電力増幅器１１は、入力端子１３０とフィルタ回路１３との間に接続されおり、入力端子１３０を介して入力された第１高周波信号を、第１電源電圧Ｖｃｃ１を用いて増幅する。そして、電力増幅器１１は、増幅された第１高周波信号を、フィルタ回路１３を介して出力端子１１０に向けて出力する。

第１高周波信号としては、ＬＴＥ信号が用いられる。ＬＴＥ信号とは、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）により開発された移動通信システムのための標準規格であるＬＴＥに従って送信される信号である。ＬＴＥ信号の二次変調方式（アップリンク）には、ＳＣ−ＦＤＭ（Single-Carrier Frequency-Division Multiplexing）が用いられる。なお、ＳＣ−ＦＤＭという用語は、ＳＣ−ＦＤＭが適用された多重接続であるＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access）を意味する場合もある。以下では、ＳＣ−ＦＤＭの代わりにＳＣ−ＦＤＭＡを用いる。

電力増幅器１２は、第２増幅器の一例である。電力増幅器１２には、第２高周波信号が入力され、かつ、第２電源電圧Ｖｃｃ２が印加される。具体的には、電力増幅器１２は、入力端子１４０とフィルタ回路１４との間に接続されており、入力端子１４０を介して入力された第２高周波信号を、第２電源電圧Ｖｃｃ２を用いて増幅する。そして、電力増幅器１２は、増幅された第２高周波信号を、フィルタ回路１４を介して出力端子１２０に向けて出力する。

第２高周波信号としては、５ＧＮＲ信号及び／又はＷＬＡＮ信号が用いられる。５ＧＮＲ信号とは、３ＧＰＰにより開発された第５世代移動通信システムのための標準規格であるＮＲに従って送信される信号である。５ＧＮＲ信号の二次変調方式には、ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）、又は、ＣＰ−ＯＦＤＭ（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）が用いられる。ＷＬＡＮ信号とは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１標準に従って送信される信号である。ＷＬＡＮ信号の二次変調方式には、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）が用いられる。なお、ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ、ＣＰ−ＯＦＤＭ、及び、ＯＦＤＭは、それらが適用された多重接続であるＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency-Division Multiple Access）を意味する場合もある。

ここでは、電力増幅器１２に印加される第２電源電圧Ｖｃｃ２の値は、電力増幅器１１に印加される第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい。なお、電源電圧の値は、送信電力レベルに基づいて調整される場合もある。したがって、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値と第２電源電圧Ｖｃｃ２の値との比較は、同一の送信電力レベル（例えばPower Class 3 (23 dBm)）において行われることが望ましい。

本実施の形態では、増幅回路１０は、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）方式により電源電圧が調整されるＥＴモードを有する。なお、増幅回路１０は、ＥＴモードの代わりに、平均電力トラッキング（ＡＰＴ：Average Power Tracking）方式により電源電圧が調整されるＡＰＴモードを有してもよい。また、増幅回路１０は、ＥＴモード及びＡＰＴモードの両方を有してもよく、ＥＴモード及びＡＰＴモードのどちらも有しなくてもよい。

図２は、ＥＴモードにおける入力信号と電源電圧との関係の一例を示すグラフである。図２において、横軸は時間を表し、縦軸は電力及び電圧を表す。

図２に示すように、ＥＴモードでは、電源電圧の大きさは、入力信号の波形に応じて時間変化するので、比較のための電源電圧の値として、所定期間における電源電圧の時間平均値が用いられてもよい。つまり、ＥＴモードにおいて、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値として第１電源電圧Ｖｃｃ１の時間平均値が用いられ、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値として第２電源電圧Ｖｃｃ２の時間平均値が用いられてもよい。

なお、時間平均値の代わりに、他の記述統計値（例えば中央値等）が用いられてもよい。時間平均のための所定期間としては、例えば図２に示すように入力信号の１フレーム分の期間を用いることができるが、これに限定されない。

なお、時間平均値等が用いられる場合には、第２電源電圧Ｖｃｃ２の局所値が第１電源電圧Ｖｃｃ１の局所値よりも小さいときがあり得る。つまり、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値が第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きいということは、第２電源電圧Ｖｃｃ２が第１電源電圧Ｖｃｃ１よりも一時的に低いことを許容する。

フィルタ回路１３は、電力増幅器１１と出力端子１１０との間で電力増幅器１１及び出力端子１１０に接続されている。フィルタ回路１３は、第１高周波信号を伝送する。

フィルタ回路１４は、電力増幅器１２と出力端子１２０との間で電力増幅器１２及び出力端子１２０に接続されている。フィルタ回路１４は、第２高周波信号を伝送する。

出力端子１１０は、第１出力端子の一例であり、アンテナ素子２１に接続されている。電力増幅器１１で増幅された第１高周波信号は、出力端子１１０からアンテナ素子２１に出力される。

出力端子１２０は、第２出力端子の一例であり、アンテナ素子２２に接続されている。電力増幅器１２で増幅された第２高周波信号は、出力端子１２０からアンテナ素子２２に出力される。

なお、本実施の形態に係る高周波回路１において、フィルタ回路１３及び１４、入力端子１３０及び１４０、並びに、出力端子１１０及び１２０は、必須の構成要素ではない。

［１．２ 第１電源電圧Ｖｃｃ１及び第２電源電圧Ｖｃｃ２］
ここで、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値が第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい理由について図面を参照しながら説明する。まず、電力増幅器に求められる性能について図３を参照しながら説明する。

図３は、電力増幅器に求められる性能を説明するためのグラフである。図３において、横軸は、電力増幅器の入力電力を表し、縦軸は、電力増幅器の出力電力を表す。

図３に示すように、増幅器への入力電力が小さい場合には、入力電力に比例して出力電力が増加する。そして、増幅器への入力電力が増加すると、入力電力に対する出力電力の比率（利得）が徐々に低下する。つまり、増幅器への入力電力が増加すると、入力電力と出力電力との間の線形性が低下し、非線形性が増加する。この入力電力と出力電力との間の非線形性により出力波形に歪みが生じる。

増幅器の線形性についての性能を表す指標の１つとして、１ｄＢ圧縮ポイント（ＯＰ１ｄＢ）がある。ＯＰ１ｄＢは、電力増幅器の利得が線形利得よりも１ｄＢ低下するポイントの出力電力を示す。つまり、ＯＰ１ｄＢは、入力電力と出力電力との間の線形性を保つことができ、非線形性を抑えることができる出力電力の上限を定義する。

入力信号の振幅が変調されている場合には、入力信号の平均電力に対応する出力電力がＯＰ１ｄＢ以下であったとしても、入力信号のピーク電力に対応する出力電力がＯＰ１ｄＢ超えるときがある。このようなときには、図３に示すように、出力信号のピークが圧縮されてしまい、出力波形に歪みが生じる。したがって、入力信号のピークが高いほど、出力波形に歪みが生じやすく、増幅器への入力電力をより低く制限する必要がある。

信号のピークの高さを表す指標の１つとして、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak-to-Average Power Ratio）がある。ＰＡＰＲは、実効値に対するピーク値の比率を示し、具体的には波形のピーク振幅の２乗を波形の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値の２乗で除算した値である。ＰＡＰＲが大きいほど信号のピークが高いことを示す。ＰＡＰＲは変調方式に依存することが知られている。

図４は、一次変調方式及び二次変調方式とＰＡＰＲとの間の関係を示すグラフである。図４において、横軸は変調方式を表し、縦軸はＰＡＰＲを表す。一次変調方式としては、例えば位相偏移変調（ＰＳＫ：Phase-Shift Keying）、振幅偏移変調（ＡＳＫ：Amplitude-Shift Keying）、周波数偏移変調（ＦＳＫ：Frequency-Shift Keying）、又は、直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）等がある。図４では、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying）及び２５６ＱＡＭが一次変調方式として例示されている。

図４に示すように、ＰＡＰＲは、二次変調方式により強く依存しており、ＳＣ−ＦＤＭＡ、ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ、及び、ＣＰ−ＯＦＤＭの順にＰＡＰＲが増加する。つまり、５ＧＮＲ信号のＰＡＰＲは、ＬＴＥ信号のＰＡＰＲよりも大きい。したがって、５ＧＮＲ信号は、ＬＴＥ信号よりも増幅器の出力波形に歪みが生じやすく、信号の品質が低下する。

図５Ａ及び図５Ｂの各々は、増幅器の出力電力と信号品質との関係の一例を示すグラフである。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、横軸は増幅器の出力電力（平均）を表し、縦軸は出力信号の品質を表す。ハッチング領域は、要求品質が満たされない領域を表す。

信号の品質を示す指標として、図５Ａでは隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ：Adjacent Channel Power Ratio）が用いられ、図５Ｂではエラーベクトル振幅（ＥＶＭ：Error Vector Magnitude）が用いられている。

ＡＣＰＲは、メインチャネルの電力（有用な信号）に対する、隣接チャネルの合計電力（相互変調信号）の比率を示す。ＡＣＰＲが増加するほど信号の品質が低下する。ＥＶＭは、信号のコンスタレーションポイントが理想的な信号のコンスタレーションポイントからどれだけ離れているかを示す。ＥＶＭが増加するほど信号の品質が低下する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、各信号において、出力電力が増加すれば信号品質が低下している。そして、Ｐｍａｘ１は、Ｐｍａｘ２１よりも大きく、Ｐｍａｘ２１は、Ｐｍａｘ２２よりも大きい。

ここで、Ｐｍａｘ１は、ＬＴＥ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）信号が要求品質を満たすための出力電力の上限を示す。また、Ｐｍａｘ２１は、５ＧＮＲ（ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ）信号が要求品質を満たすための出力電力の上限を示す。また、Ｐｍａｘ２２は、５ＧＮＲ（ＣＰ−ＯＦＤＭ）信号が要求品質を満たすための出力電力の上限を示す。

つまり、要求品質を満たすためには、５ＧＮＲ信号の出力電力は、ＬＴＥ信号の出力電力よりも制限される。これは、図３及び図４で説明したように、５ＧＮＲ信号のＰＡＰＲがＬＴＥ信号のＰＡＰＲよりも大きいため、増幅器の出力波形の歪みが増加するためである。したがって、５ＧＮＲ信号の出力電力の制限を緩和するためには、ＬＴＥ信号よりも増幅器の性能（ＯＰ１ｄＢ）を向上させる必要がある。

そこで、本実施の形態では、５ＧＮＲ信号のための電力増幅器１２に印加される第２電源電圧Ｖｃｃ２の値をＬＴＥ信号のための電力増幅器１１に印加される第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きくする。

図６は、電源電圧とＯＰ１ｄＢとの関係の一例を示すグラフである。図６において、横軸は電源電圧を表し、縦軸はＯＰ１ｄＢを表す。図６に示すように、電源電圧が増加すれば、電力増幅器のＯＰ１ｄＢも増加する（図６を参照）。したがって、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値を第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きくすることで、電力増幅器１２の出力電力の制限を緩和することができる。

図７Ａ〜図８Ｂの各々は、同一の出力電力（23 dBm）における増幅器の電源電圧と信号品質との関係の一例を示すグラフである。図７Ａ〜図８Ｂにおいて、横軸は電源電圧Ｖｃｃを表し、出力信号の品質を表す。また、ハッチング領域は、要求品質が満たされない領域を表す。

なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、増幅器への入力信号の一次変調方式としてＱＰＳＫが用いられ、図８Ａ及び図８Ｂでは、増幅器への入力信号の一次変調方式として２５６ＱＡＭが用いられている。

図７Ａ〜図８Ｂに示すように、一次変調方式及び二次変調方式に関わらず、電源電圧が増加すれば信号品質が向上する。また、要求品質を満たすための電源電圧は、二次変調方式に応じて異なる。例えば、図７Ａにおいて、ＬＴＥ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）信号のための電源電圧としては、Ｖｍｉｎ１よりも高い電源電圧が用いられればよいことがわかる。また、５ＧＮＲ（ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ）信号のための電源電圧としては、Ｖｍｉｎ２１よりも高い電源電圧が用いられればよいことがわかる。また、５ＧＮＲ（ＣＰ−ＯＦＤＭ）信号のための電源電圧としては、Ｖｍｉｎ２２よりも高い電源電圧が用いられればよいことがわかる。このとき、Ｖｍｉｎ２１及びＶｍｉｎ２２は、Ｖｍｉｎ１よりも大きい。

つまり、図７Ａ〜図８Ｂから、５ＧＮＲ信号のための電力増幅器１２の第２電源電圧Ｖｃｃ２の値をＬＴＥ信号のための電力増幅器１１の第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きくすることで、５ＧＮＲ信号の送信電力レベル（Power Class 3 (23 dBm)）の制限を維持したまま、要求品質を満たせることがわかる。

［１．３ 実施例に係る高周波回路及び通信装置の構成］
図９は、実施例に係る高周波回路１Ａ及び通信装置６Ａの回路構成図である。図９に示された高周波回路１Ａ及び通信装置６Ａは、実施の形態１に係る高周波回路１及び通信装置６の具体的な回路構成例である。以下、本実施例に高周波回路１Ａ及び通信装置６Ａについて、実施の形態１に係る高周波回路１及び通信装置６と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。

図９に示すように、通信装置６Ａは、高周波回路１Ａと、アンテナ回路２と、電源回路３Ａと、ＲＦＩＣ４と、ＢＢＩＣ５と、電源７と、を備える。

高周波回路１Ａは、入力端子１３０及び１４０と、出力端子１１０及び１２０と、増幅回路１０と、フィルタ回路１３Ａ及び１４Ａと、を備える。

本実施例では、電力増幅器１１及びフィルタ回路１３Ａは、ＬＴＥ信号を伝送する。また、電力増幅器１２及びフィルタ回路１４Ａは、５ＧＮＲ信号を伝送する。

フィルタ回路１３Ａは、電力増幅器１１及び出力端子１１０の間に接続されており、複数の通信バンドのＬＴＥ信号を通過させる。フィルタ回路１３Ａは、マルチプレクサ５１と、スイッチ５２及び５３と、フィルタ５４及び５５と、を備える。なお、スイッチ５２及び５３の間には、フィルタ５４及び５５だけでなく、その他のフィルタが配置されていてもよい。

マルチプレクサ５１は、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ及びハイパスフィルタを有する。ローパスフィルタは、例えば、ＬＴＥバンド（LTE frequency bands）のうちのローバンド群に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。バンドパスフィルタは、例えば、ＬＴＥバンドのうちのミドルバンド群に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。ハイパスフィルタは、例えば、ＬＴＥバンドのうちのハイバンド群に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。

フィルタ５４は、例えば、ＬＴＥバンドのＢ４１（帯域：２４９６−２６９０ＭＨｚ）を含む通過帯域を有するバンドパスフィルタである。また、フィルタ５５は、例えば、ＬＴＥバンドのＢ４０（帯域：２３００−２４００ＭＨｚ）、又は、Ｂ３０（送信帯域：２３０５−２３１５ＭＨｚ）を含む通過帯域を有するバンドパスフィルタである。

スイッチ５２は、マルチプレクサ５１とフィルタ５４及び５５との間に接続されており、スイッチ５３は、電力増幅器１１とフィルタ５４及び５５との間に接続されている。スイッチ５２は、ＲＦＩＣ４からの制御信号に基づいて、フィルタ５４、５５及びその他のフィルタのいずれかをマルチプレクサ５１に接続する。スイッチ５３は、ＲＦＩＣ４からの制御信号に基づいて、フィルタ５４、５５及びその他のフィルタのいずれかを電力増幅器１１に接続する。

フィルタ回路１４Ａは、電力増幅器１２及び出力端子１２０の間に接続されており、複数の通信バンドの５ＧＮＲ信号を通過させる。フィルタ回路１４Ａは、マルチプレクサ６１と、スイッチ６２及び６３と、フィルタ６４及び６５と、を備える。なお、スイッチ６２及び６３の間には、フィルタ６４及び６５だけでなく、その他のフィルタが配置されていてもよい。

マルチプレクサ６１は、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ及びハイパスフィルタを有する。ローパスフィルタは、例えば、５ＧＮＲバンド（5G NR frequency bands）のうちのローバンド群（例えば、６６３−９６０ＭＨｚ）に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。バンドパスフィルタは、例えば、５ＧＮＲバンドのうちのミドルバンド群（例えば、１４２７−２６９０ＭＨｚ）に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。ハイパスフィルタは、例えば、５ＧＮＲバンドのうちのハイバンド群（例えば、３３００−５０００ＭＨｚ）に属する周波数バンドを含む通過帯域を有する。

フィルタ６４は、例えば、５ＧＮＲバンドのｎ４１（帯域：２４９６−２６９０ＭＨｚ）を含む通過帯域を有するバンドパスフィルタである。また、フィルタ６５は、例えば、５ＧＮＲバンドのｎ４０（帯域：２３００−２４００ＭＨｚ）を含む通過帯域を有するバンドパスフィルタである。

スイッチ６２は、マルチプレクサ６１とフィルタ６４及び６５との間に接続されており、スイッチ６３は、電力増幅器１２とフィルタ６４及び６５との間に接続されている。スイッチ６２は、ＲＦＩＣ４からの制御信号に基づいて、フィルタ６４、６５及びその他のフィルタのいずれかをマルチプレクサ６１に接続する。スイッチ６３は、ＲＦＩＣ４からの制御信号に基づいて、フィルタ６４、６５及びその他のフィルタのいずれかを電力増幅器１２に接続する。

電源回路３Ａは、ＬＴＥ用の電源回路３１と、５ＧＮＲ用の電源回路３２と、を備える。

電源回路３１は、電源７に接続されている。電源回路３１は、ＲＦＩＣ４が出力する制御信号ｓ０１に基づいて、第１電源電圧Ｖｃｃ１を電力増幅器１１に印加する。

電源回路３２は、電源７に接続されている。電源回路３２は、ＲＦＩＣ４が出力する制御信号ｓ０２に基づいて、第１電源電圧Ｖｃｃ１と異なる第２電源電圧Ｖｃｃ２を電力増幅器１２に印加する。このとき、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値は、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい。

電源７は、電源回路３Ａが増幅回路１０に印加する電源電圧を生成するための電力を電源回路３Ａに供給する。なお、電源７及び電源回路３Ａは、通信装置６Ａに含まれなくてもよい。この場合、通信装置６Ａには、外部から電源電圧が供給されてもよい。

なお、本実施例では、高周波回路１Ａは、第２高周波信号として５ＧＮＲ信号を伝送していたが、５ＧＮＲ信号の代わりに、又は、５ＧＮＲ信号に加えて、ＷＬＡＮ信号を伝送してもよい。

［１．４ 効果等］
以上のように、本実施の形態又はその実施例に係る高周波回路１又は１Ａは、第１電源電圧Ｖｃｃ１を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧Ｖｃｃ２を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路１０を備え、第１高周波信号は、ＬＴＥ信号であり、第２高周波信号は、５ＧＮＲ信号又はＷＬＡＮ信号であり、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値は、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい。

また、本実施の形態又はその実施例に係る通信装置６又は６Ａは、高周波信号を処理するＲＦＩＣ４と、ＲＦＩＣ４で処理された高周波信号を伝送する高周波回路１又は１Ａと、を備える。

これによれば、５ＧＮＲ信号又はＷＬＡＮ信号の増幅に用いる第２電源電圧の値をＬＴＥ信号の増幅に用いる第１電源電圧の値よりも大きくすることができる。増幅回路の出力性能（ＯＰ１ｄＢ）は、電源電圧が増加すれば向上する（図６を参照）。したがって、一般的にＬＴＥ信号よりもＰＡＰＲが大きく、増幅器の性能に対する要求が高い５ＧＮＲ信号又はＷＬＡＮ信号の送信において、送信電力レベルの制限を緩和しつつ要求品質を満たすことが可能となる（図４〜図５Ｂ及び図７Ａ〜図８Ｂを参照）。

また例えば、本実施の形態又はその実施例に係る高周波回路１又は１Ａにおいて、増幅回路１０は、第１高周波信号が入力され、かつ、第１電源電圧Ｖｃｃ１が印加される電力増幅器１１と、第２高周波信号が入力され、かつ、第２電源電圧Ｖｃｃ２が印加される電力増幅器１２と、を有してもよい。

これによれば、増幅回路１０は、第１高周波信号のための電力増幅器１１と第２高周波信号のための電力増幅器１２とを備えることができ、第１高周波信号及び第２高周波信号の同時送信を実現することが可能となる。さらに、異なる電源電圧を印加することで電力増幅器１１及び１２の性能を調整することができるので、同一性能の増幅器を電力増幅器１１及び１２として用いることができる。したがって、高周波回路１及び１Ａに含まれる増幅器の種類の増加を抑制することができ、高周波回路１及び１Ａの製造コストの低減を図ることができる。

また例えば、本実施の形態又はその実施例に係る高周波回路１又は１Ａは、さらに、電力増幅器１１で増幅された第１高周波信号が出力される出力端子１１０と、電力増幅器１２で増幅された第２高周波信号が出力される出力端子１２０と、を備えてもよく、出力端子１１０及び出力端子１２０は、互いに異なるアンテナ素子２１及び２２に接続されてもよい。

これによれば、第１高周波信号の送信経路と第２高周波信号の送信経路とを分けることができる。したがって、第１高周波信号及び第２高周波信号が同時送信される場合に、２つの高周波信号間の干渉をさらに抑制することができ、第１高周波信号及び第２高周波信号の品質を向上させることができる。

また例えば、本実施の形態又はその実施例に係る高周波回路１又は１Ａにおいて、増幅回路１０は、エンベロープトラッキング方式により電源電圧が調整されるＥＴモードを有し、ＥＴモードでは、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値として第１電源電圧Ｖｃｃ１の時間平均値が用いられ、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値として第２電源電圧Ｖｃｃ２の時間平均値が用いられてもよい。

これによれば、ＥＴモードを利用して増幅回路の電力消費を低減するとともに、送信電力レベルの制限を緩和しつつ要求品質を満たすことができる。

また例えば、本実施の形態又はその実施例に係る高周波回路１又は１Ａにおいて、第１高周波信号は、ＳＣ−ＦＤＭで変調された信号であり、第２高周波信号は、ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ、ＣＰ−ＯＦＤＭ、又は、ＯＦＤＭで変調された信号であってもよい。

これによれば、第１高周波信号及び第２高周波信号の変調方式として、標準規格に適合した変調方式を用いることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、第１高周波信号及び第２高周波信号の両方が１つの増幅器で増幅される点が、上記実施の形態１と主として異なる。以下に、本実施の形態について、上記実施の形態１と異なる点を中心に図面を参照しながら説明する。

［２．１ 高周波回路１Ｂ及び通信装置６Ｂの回路構成］
本実施の形態に係る高周波回路１Ｂ及び通信装置６Ｂの回路構成について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施の形態２に係る高周波回路１Ｂ及び通信装置６Ｂの回路構成図である。

［２．１．１ 通信装置６Ｂの回路構成］
図１０に示すように、本実施の形態に係る通信装置６Ｂは、高周波回路１Ｂと、アンテナ素子２Ｂと、電源回路３Ｂと、ＲＦＩＣ４と、ＢＢＩＣ５と、を備える。

高周波回路１Ｂは、アンテナ素子２ＢとＲＦＩＣ４との間で高周波信号を伝送する。高周波回路１Ｂの詳細な回路構成については後述する。

アンテナ素子２Ｂは、高周波回路１Ｂの出力端子１１０Ｂに接続され、第１高周波信号及び第２高周波信号を送信する。

電源回路３Ｂは、ＲＦＩＣ４からの制御信号ｓ１に基づいて、増幅回路１０Ｂに第１電源電圧Ｖｃｃ１又は第２電源電圧Ｖｃｃ２を印加する。

なお、本実施の形態に係る通信装置６Ｂにおいて、アンテナ素子２Ｂ、電源回路３Ｂ、及び、ＢＢＩＣ５は、必須の構成要素ではない。

［２．１．２ 高周波回路１Ｂの回路構成］
図１０に示すように、高周波回路１Ｂは、増幅回路１０Ｂと、フィルタ回路１３Ｂと、スイッチ１５Ｂ及び１６Ｂと、入力端子１３０及び１４０と、出力端子１１０Ｂと、を備える。

増幅回路１０Ｂは、第１電源電圧を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路の一例である。図１０に示すように、増幅回路１０Ｂは、電力増幅器１１Ｂを有する。

電力増幅器１１Ｂは、第３増幅器の一例である。電力増幅器１１Ｂへの入力は、第１高周波信号及び第２高周波信号を含む複数の高周波信号の間で切り替えられる。具体的には、電力増幅器１１Ｂは、スイッチ１５Ｂとフィルタ回路１３Ｂとの間に接続されている。電力増幅器１１Ｂには、入力端子１３０を介して入力されたＬＴＥ信号、及び、入力端子１４０を介して入力された５ＧＮＲ信号又はＷＬＡＮ信号が、スイッチ１５Ｂを介して選択的に入力される。電力増幅器１１Ｂへ入力された信号は、増幅され、フィルタ回路１３Ｂを介して出力端子１１０Ｂに向けて出力される。

本実施の形態では、電力増幅器１１Ｂの入力が第１高周波信号であるときに、第１電源電圧Ｖｃｃ１が電力増幅器１１Ｂに印加され、電力増幅器１１Ｂの入力が第２高周波信号であるときに、第２電源電圧Ｖｃｃ２が電力増幅器１１Ｂに印加される。このとき、上記実施の形態１と同様に、第２電源電圧Ｖｃｃ２の値は、第１電源電圧Ｖｃｃ１の値よりも大きい。

なお、増幅回路１０Ｂは、ＥＴモードを有してもよく、ＥＴモードにおける電源電圧の値は上記実施の形態１と同様に与えられる。

フィルタ回路１３Ｂは、電力増幅器１１Ｂと出力端子１１０Ｂとの間で電力増幅器１１Ｂ及び出力端子１１０Ｂに接続されている。フィルタ回路１３Ｂは、第１高周波信号及び第２高周波信号を伝送する。

スイッチ１５Ｂは、第２スイッチの一例であり、電力増幅器１１Ｂの入力を第１高周波信号及び第２高周波信号の間で切り替える。スイッチ１５Ｂは、共通端子と第１端子及び第２端子とを備える。スイッチ１５Ｂの共通端子は、電力増幅器１１Ｂに接続されている。スイッチ１５Ｂの第１端子は、高周波回路１Ｂの入力端子１３０に接続されている。スイッチ１５Ｂの第２端子は、高周波回路１Ｂの入力端子１４０に接続されている。

このような接続構成において、スイッチ１５Ｂは、第１端子及び第２端子のいずれかを共通端子に接続する。これにより、第３増幅器の入力が第１高周波信号及び第２高周波信号の間で切り替えられる。スイッチ１５Ｂは、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチ回路で構成される。

スイッチ１６Ｂは、第１スイッチの一例であり、電力増幅器１１Ｂに印加される電源電圧を第１電源電圧Ｖｃｃ１と第２電源電圧Ｖｃｃ２との間で切り替える。スイッチ１６Ｂは、共通端子と第１端子及び第２端子とを備える。スイッチ１６Ｂの共通端子は、電力増幅器１１Ｂに接続されている。スイッチ１６Ｂの第１端子は、電源回路３ＢのＶｃｃ１ラインに接続されている。スイッチ１６Ｂの第２端子は、電源回路３ＢのＶｃｃ２ラインに接続されている。

このような接続構成において、スイッチ１６Ｂは、第１端子及び第２端子のいずれかを共通端子に接続する。これにより、電力増幅器１１Ｂに印加される電源電圧が第１電源電圧Ｖｃｃ１及び第２電源電圧Ｖｃｃ２の間で切り替えられる。スイッチ１６Ｂは、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。

スイッチ１５Ｂ及びスイッチ１６Ｂでは、例えばＲＦＩＣ４からの制御信号に基づいて、第１端子及び共通端子の接続が同期され、第２端子及び共通端子の接続が同期される。つまり、スイッチ１５Ｂ及びスイッチ１６Ｂは、第１高周波信号の入力と第１電源電圧の印加とを同期させ、第２高周波信号の入力と第２電源電圧の印加とを同期させる。

なお、フィルタ回路１３Ｂ、入力端子１３０及び１４０、並びに、出力端子１１０Ｂは、本実施の形態に係る高周波回路１Ｂに必須の構成要素ではない。

［２．２ 効果等］
以上のように、本実施の形態に係る高周波回路１Ｂにおいて、増幅回路１０Ｂは、第１高周波信号及び第２高周波信号を含む複数の高周波信号の間で入力が切り替えられる電力増幅器１１Ｂを有し、電力増幅器１１Ｂの入力が第１高周波信号であるときに第１電源電圧Ｖｃｃ１が電力増幅器１１Ｂに印加され、電力増幅器１１Ｂの入力が第２高周波信号であるときに第２電源電圧Ｖｃｃ２が電力増幅器１１Ｂに印加される。

これによれば、第１高周波信号及び第２高周波信号を含む複数の高周波信号の間で入力が切り替えられる電力増幅器１１Ｂに対して、第１高周波信号及び第２高周波信号に適した電源電圧を印加することができる。したがって、１つの電力増幅器１１Ｂで第２高周波信号の送信電力レベルの制限を緩和しつつ第１高周波信号及び第２高周波信号の要求品質を満たすことが可能となり、部品点数の削減を図ることができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波回路１Ｂは、さらに、電力増幅器１１Ｂに印加される電源電圧を第１電源電圧Ｖｃｃ１及び第２電源電圧Ｖｃｃ２の間で切り替えるスイッチ１６Ｂを備えてもよい。

これによれば、高周波回路１Ｂにおいて、電力増幅器１１Ｂに印加される電源電圧を切り替えることが可能となる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波回路１Ｂは、さらに、電力増幅器１１Ｂの入力を第１高周波信号及び第２高周波信号の間で切り替えるスイッチ１５Ｂを備えてもよく、スイッチ１６Ｂ及びスイッチ１５Ｂは、第１高周波信号の入力と第１電源電圧Ｖｃｃ１の印加とを同期させ、第２高周波信号の入力と第２電源電圧Ｖｃｃ２の印加とを同期させてもよい。

これによれば、電力増幅器１１１Ｂの入力切替及び電源電圧切替を高周波回路１Ｂで同期させることができる。

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る高周波回路及び通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明に係る高周波回路及び通信装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記高周波回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

例えば、上記各実施の形態に係る高周波回路及び通信装置において、図面に開示された各回路素子及び信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子及び配線などが挿入されてもよい。例えば、上記各実施の形態において、増幅回路とフィルタ回路との間にインピーダンス整合回路が挿入されてもよい。

なお、上記各実施の形態において、高周波回路は、受信回路を備えていなかったが、これに限定されない。例えば、高周波回路は、送信回路に加えて、受信回路を備えてもよい。

なお、上記各実施の形態では、電力増幅器の詳細な構成については特に説明していなかったが、電力増幅器の構成は特に限定されない。電力増幅器は、例えば、多段接続された複数の増幅器、及び／又は、差動増幅器で構成されてもよい。電力増幅器が多段接続された複数の増幅器で構成される場合、複数の増幅器のうちの少なくとも１つに上記各実施の形態における第１電源電圧及び第２電源電圧が適用されてもよい。また、複数の増幅器のうちの少なくとも１つに可変電源電圧が適用されてもよい。

なお、上記実施の形態１において、アンテナ回路２は、２つのアンテナ素子２１及び２２を備えていたが、これに限定されない。例えば、アンテナ回路２は、１つのアンテナ素子のみを備えてもよい。この場合、高周波回路１は、１つの出力端子を備えればよく、当該１つの出力端子と２つのフィルタ回路１３及び１４との間に接続されたマルチプレクサ又はスイッチを備えてもよい。

なお、上記実施の形態２において、増幅回路１０Ｂは、１つの電力増幅器１１Ｂのみを備えていたが、これに限定されない。増幅回路１０Ｂは、電力増幅器１１Ｂと同様の性能を有する複数の電力増幅器を備えてもよい。この場合、複数の電力増幅器の各々では、電力増幅器１１Ｂと同様に、第１高周波信号及び第２高周波信号を含む複数の高周波信号の間で入力が切り替えられてもよい。さらに、通信装置６Ｂは、複数の電力増幅器と個別に接続された複数のアンテナ素子を備えてもよい。

本発明は、フロントエンド部に配置される高周波回路として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。

１、１Ａ、１Ｂ 高周波回路
２ アンテナ回路
２Ｂ、２１、２２ アンテナ素子
３、３Ａ、３Ｂ、３１、３２ 電源回路
４ ＲＦＩＣ
５ ＢＢＩＣ
６、６Ａ、６Ｂ 通信装置
７ 電源
１０、１０Ｂ 増幅回路
１１、１１Ｂ、１２ 電力増幅器
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１４、１４Ａ フィルタ回路
１５Ｂ、１６Ｂ、５２、５３、６２、６３ スイッチ
５１、６１ マルチプレクサ
５４、５５、６４、６５ フィルタ
１１０、１１０Ｂ、１２０ 出力端子
１３０、１４０ 入力端子

Claims (9)

1. 第１電源電圧を用いて第１高周波信号を増幅し、かつ、第２電源電圧を用いて第２高周波信号を増幅する増幅回路を備え、
   前記第１高周波信号は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）信号であり、
   前記第２高周波信号は、５ＧＮＲ（5th Generation New Radio）信号又はＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）信号であり、
   前記第２電源電圧の値は、前記第１電源電圧の値よりも大きい、
   高周波回路。
2. 前記増幅回路は、
   前記第１高周波信号が入力され、かつ、前記第１電源電圧が印加される第１増幅器と、
   前記第２高周波信号が入力され、かつ、前記第２電源電圧が印加される第２増幅器と、を有する、
   請求項１に記載の高周波回路。
3. さらに、
   前記第１増幅器で増幅された前記第１高周波信号が出力される第１出力端子と、
   前記第２増幅器で増幅された前記第２高周波信号が出力される第２出力端子と、を備え、
   前記第１出力端子及び前記第２出力端子は、互いに異なるアンテナ素子に接続される、
   請求項２に記載の高周波回路。
4. 前記増幅回路は、前記第１高周波信号及び前記第２高周波信号を含む複数の高周波信号の間で入力が切り替えられる第３増幅器を有し、
   前記第３増幅器の入力が前記第１高周波信号であるときに前記第１電源電圧が前記第３増幅器に印加され、
   前記第３増幅器の入力が前記第２高周波信号であるときに前記第２電源電圧が前記第３増幅器に印加される、
   請求項１に記載の高周波回路。
5. さらに、
   前記第３増幅器に印加される電源電圧を前記第１電源電圧及び前記第２電源電圧の間で切り替える第１スイッチを備える、
   請求項４に記載の高周波回路。
6. さらに、前記第３増幅器の入力を前記第１高周波信号及び前記第２高周波信号の間で切り替える第２スイッチを備え、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、
   前記第１高周波信号の入力と前記第１電源電圧の印加とを同期させ、
   前記第２高周波信号の入力と前記第２電源電圧の印加とを同期させる、
   請求項５に記載の高周波回路。
7. 前記増幅回路は、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）方式により電源電圧が調整されるＥＴモードを有し、
   前記ＥＴモードでは、前記第１電源電圧の値として前記第１電源電圧の時間平均値が用いられ、前記第２電源電圧の値として前記第２電源電圧の時間平均値が用いられる、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波回路。
8. 前記第１高周波信号は、ＳＣ−ＦＤＭ（Single-Carrier Frequency-Division Multiplexing）で変調された信号であり、
   前記第２高周波信号は、ＤＦＴ−ｓ−ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）、ＣＰ−ＯＦＤＭ（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)、又は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）で変調された信号である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波回路。
9. 高周波信号を処理する信号処理回路と、
   前記信号処理回路で処理された高周波信号を伝送する請求項１〜８のいずれか１項に記載の高周波回路と、を備える、
   通信装置。

Images