JP2876585B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高周波信号を入力し
て中間周波信号を出力する、又は中間周波信号を入力し
て高周波信号を出力する高周波信号処理回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図２１は例えば、特開平４−１３０８４
２に示されたＵＨＦ帯からマイクロ波帯で使われる従来
の高周波モジュールの一例である。図において、１は半
導体基板であり、この半導体基板上には高周波増幅器２
と周波数変換器３が一体形成されている。４は帯域通過
フィルタであり、半導体基板１と帯域通過フィルタ４
で、高周波モジュール５が構成されている。６はモジュ
ールの高周波信号入力端子、７はモジュールの局発信号
入力端子、８はモジュールの中間周波信号出力端子であ
る。

【０００３】図２２は、図２１に示した従来の高周波モ
ジュールの動作説明のための構成ブロック図である。モ
ジュールの高周波信号入力端子６より入力された高周波
信号は、まず、高周波増幅器２で増幅される。ついで、
不要波を除去するために設けられている帯域通過フィル
タ４を通って、周波数変換器３に入力される。さらに、
上記信号は局発信号入力端子７から入力される局発信号
と周波数混合されて中間周波信号に変換される。中間周
波信号は中間周波整合回路（図示せず）を経て中間周波
信号出力端子８から出力される。このようにして従来の
高周波モジュールでは、高周波信号が増幅され、中間周
波信号に変換される。また、従来の高周波モジュールで
は、高周波増幅器あるいは周波数変換器を構成する受動
回路素子と能動素子が同一の半導体基板上に形成されて
いる、いわゆるモノリシック構成となっており、半導体
基板の取扱いを極めて容易にしている。

【０００４】ついで、高周波モジュールに用いられる周
波数変換器の従来例について述べる。図２３は、昭和５
７年電子通信学会光・電波部門全国大会予稿集１−１３
６ページに示された従来の周波数変換器３の構成図であ
る。図において、９は第一のインダクタンス、１０、１
１はそれぞれ、第一、第二のキャパシタンスであり、こ
れらによって第一の高周波信号整合回路１２が構成され
ている。１３は能動素子である電界効果トランジスタ、
１４は電界効果トランジスタ１３のゲート端子、１５は
電界効果トランジスタ１３のソース端子、１６は電界効
果トランジスタ１３のドレイン端子であり、１７は局発
信号注入回路、１８は第一の中間周波信号整合回路、１
９は周波数変換器３の高周波信号入力端子、２０は周波
数変換器３の局発信号入力端子、２１は周波数変換器３
の中間周波信号出力端子である。

【０００５】つづいて、図２４に示す周波数変換器の動
作を説明する。高周波信号入力端子１９から入力された
高周波信号は、第一の高周波信号整合回路１２を経て、
電界効果トランジスタ１３のゲート端子１４に入力す
る。この第一の高周波信号整合回路１２はπ形の低域通
過フィルタ構成となっており、カットオフ周波数を所要
の信号帯域より高く選ぶことにより、上記入力信号を効
率よく電界効果トランジスタ１３のゲート端子１４に加
えられる。一方、局発信号入力端子２０から入力された
局発信号は局発信号注入回路１７により、電界効果トラ
ンジスタ１３のソース端子１５に効率よく加わる。電界
効果トランジスタ１３の非線形動作により、高調波と混
合波が生じ、このうち、上記の２つの周波数の差を持つ
信号が中間周波信号として、電界効果トランジスタ１３
のドレイン端子１６と第一の中間周波信号整合回路１８
を経て、中間周波信号出力端子２１に出力される。図２
４に、この周波数変換器において、高周波信号の周波数
が局発信号の周波数より低い場合における信号と雑音の
関係を示す。図において、２２は高周波信号整合回路１
２の利得の周波数特性、２３は高周波信号のスペクトラ
ム、２４は高周波信号帯域の雑音スペクトラム、２５は
イメージ周波数帯域の雑音スペクトラム、２６は高周波
信号２３が変換されて得られた中間周波信号のスペクト
ラム、２７は高周波信号帯域の雑音２４が変換されて生
じた中間周波帯域における雑音スペクトラム、２８はイ
メージ周波数帯域の雑音２５が変換されて生じた中間周
波帯域における雑音スペクトラムである。高周波信号整
合回路１２の利得の周波数特性２２が低域通過形の場
合、高周波信号２３と高周波信号帯域の雑音２４が中間
周波数帯域に変換される他に、イメージ周波数帯域の雑
音２５も電界効果トランジスタ１３に入力し、中間周波
数帯域に変換される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の高周波モジュー
ルは、上記のように回路を構成する能動素子と受動回路
素子を同一の基板上に形成するため、価格や性能の点で
問題が生じていた。基板上で受動回路素子の占める面積
は能動素子の５０〜１００倍程度であり、一方、能動素
子の製造上の歩留まりは受動回路素子の約半分程度であ
る。このため、受動回路素子の部分が正常に動作するに
もかかわらず、能動素子が不良の場合には半導体基板が
動作不良となり、製造上の歩留まりが低くなり、コスト
が高くなるという問題があった。さらに、この高周波モ
ジュールが使われる周波数帯ではインダクタとしてスパ
イラルインダクタが用いられるが、半導体基板を小さく
するために素子の間隔を詰める場合には、このスパイラ
ルインダクタの発生する磁界により隣接する素子との間
に結合が生じる。これを避けるために素子の間隔を広げ
ると、基板の面積が広くなりコストの上昇を招く。ま
た、基板を大きくした場合にはパッケージも大きくな
り、パッケージ内の不要共振などの望ましくない現象が
発生しやすい。このように能動素子と受動回路素子を同
一の基板上に形成すると、低コストで良好な性能の高周
波モジュールが得にくいという問題があった。さらに、
モジュールを構成する周波数変換器については、従来は
高周波信号の整合回路として低域通過フィルタ構成を用
いている結果、高周波信号と高周波信号帯域の雑音が中
間周波信号帯域に変換されるほか、イメージ周波数帯域
の雑音も整合回路を経て電界効果トランジスタに入力
し、中間周波数帯域に変換されるため、雑音指数が悪化
するという問題があった。

【０００７】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、高周波モジュールにおいて、高性
能な電気性能とともに、低コスト化を実現することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る高周波モ
ジュールは、高周波増幅器と、周波数変換器とを備え、
上記高周波増幅器と周波数変換器との間に帯域通過フィ
ルタを接続して構成される高周波モジュールにおいて、
上記高周波増幅器を構成する受動回路素子と能動素子と
を異なる基板上に形成し、上記周波数変換器を構成する
受動回路素子と能動素子とを異なる基板上に形成し、上
記高周波増幅器と上記周波数変換器および上記帯域通過
フィルタとを同一のパッケージに収納したものである。
請求項２に係る高周波モジュールは、帯域通過フィルタ
を構成する基板を間に置いて、高周波増幅器を構成する
受動回路素子を形成した基板と、周波数変換器を構成す
る受動回路素子を形成した基板とを配置したものであ
る。請求項３に係る高周波モジュールは、高周波増幅器
を構成する能動素子と、周波数変換器を構成する能動素
子とを同一の基板に形成したものである。請求項４に係
る高周波モジュールは、少なくとも高周波増幅器を構成
する能動素子または周波数変換器を構成する能動素子を
形成した基板を間に置いて、高周波増幅器を構成する受
動回路素子を形成した基板と、周波数変換器を構成する
受動回路素子を形成した基板とを配置したものである。
請求項５に係る高周波モジュールは、隣接して設けられ
た複数のスパイラルインダクタにおいて、少なくとも二
個のスパイラルインダクタの互いに対向して隣接する部
分の長さを短くするように、上記スパイラルインダクタ
を形成して配置したものである。請求項６に係る高周波
モジュールは、高周波増幅器あるいは周波数変換器に設
けられるスパイラルインダクタとして、スパイラルイン
ダクタを少なくとも二つのスパイラルインダクタに分割
して対として隣接配置して形成し、上記対として隣接配
置して形成したスパイラルインダクタの互いに隣接する
部位を流れる電流の向きを同一方向とするようにスパイ
ラルインダクタの外部側端ないし内部側端の所定の端部
を接続して用いたものである。請求項７に係る高周波モ
ジュールは、周波数変換器を構成する能動素子として電
界効果トランジスタを用い、上記電界効果トランジスタ
のゲート端子に接続する整合回路として高域通過形回路
を用いたものである。請求項８に係る高周波モジュール
は、帯域通過フィルタとして、弾性表面波フィルタを用
いたものである。

【０００９】

【作用】請求項１〜４の発明においては、占有面積の大
きい受動回路は製造上の歩留まりが高いので製造したほ
とんどすべての基板を使用でき、製造上の歩留まりの低
い能動素子は小さいので大量に製造できる結果、全体と
して高周波モジュールの製造上の歩留まりを高くするこ
とができる。また、パッケージの大きさを増大させるこ
となく、高周波増幅器を構成する受動回路素子を形成し
た基板と、周波数変換器を構成する受動回路素子を形成
した基板を離して配置できるので、高周波増幅器から周
波数変換器へ漏洩する不要波を低減できる。さらに、高
周波増幅器を構成する能動素子と周波数変換器を構成す
る能動素子を同一の基板上に形成すれば、チップサイズ
を大幅に増大させることなく、組立の際の作業量を減ら
すことができる。請求項５の発明においては、隣接した
２つのスパイラルインダクタの対向する部分を短くでき
る結果、２つのスパイラルインダクタ間の結合を小さく
し、空間的に結合する不要波の漏洩を低減できる。ま
た、高周波増幅器から周波数変換器へ漏洩する不要な信
号も同様に低減できる。請求項６の発明においては、ス
パイラルインダクタを少なくとも二つのスパイラルイン
ダクタに分割して対として隣接配置して形成し、上記対
として隣接配置して形成したスパイラルインダクタの互
いに隣接する部位を流れる電流の向きを同一方向とする
ようにスパイラルインダクタの外部側端ないし内部側端
の所定の端部を接続して用いるので、外部に漏洩する磁
界が打ち消し合い、周辺にある他の素子との結合を小さ
くし、空間的に結合する不要波の漏洩を低減できる。
請求項７の発明においては、周波数変換器において、電
界効果トランジスタを用いた周波数変換器の入力整合回
路として高域通過形回路を用いることで、周波数変換器
に入力するイメージ帯域の雑音を遮断できる結果、雑音
指数を改善できる。請求項８の発明においては、弾性表
面波フィルタを用いることにより、高周波モジュールを
より小形化できる。

【００１０】

【実施例】

実施例１ 図１は、この発明の一実施例の構成を示した図である。
図において、２９は高周波増幅器および周波数変換器を
構成する受動回路素子が形成された第一の受動回路基
板、３０は高周波増幅器を構成する能動素子が形成され
た第一の能動素子基板、３１は周波数変換器を構成する
能動素子が形成された第二の能動素子基板、３２は弾性
表面波フィルタである。さらに、第一の受動回路基板２
９と第一の能動素子基板３０および第二の能動素子基板
３１と弾性表面波フィルタ３２は、パッケージに収納さ
れて、高周波モジュール５を構成している。

【００１１】図２に、基板上に形成された高周波増幅器
と周波数変換器の回路の一例を示す。この図を用いて動
作を説明する。高周波信号入力端子６より入力した高周
波信号は、第一の受動回路基板２９のうちの高周波増幅
器を構成する受動回路素子を形成した第一の受動回路部
３３と、第一の能動素子基板３０で構成した高周波増幅
器で増幅される。まず、第一のＤＣカット用のキャパシ
タ３４、つづいて第一のスパイラルインダクタ３５と第
二のキャパシタ３６から構成された入力整合回路３７を
経て、第一の能動素子基板３０上に形成した第二の電界
効果トランジスタ３８のゲート端子３９に入力する。第
二の電界効果トランジスタ３８のソース端子４０は接地
しており、ドレイン端子４１から出力した信号は再び、
第一の受動回路部３３に入力し、第二のスパイラルイン
ダクタ４２と第三、第四のキャパシタ４３、４４から構
成された出力整合回路４５および、第二のＤＣカット用
のキャパシタ４６を経て、弾性表面波フィルタ３２に入
力する。フィルタを通った高周波信号は、第一の受動回
路基板２９のうちの周波数変換器を構成する受動回路素
子を形成した第二の受動回路部４７と第二の能動素子基
板３１で構成した周波数変換器で中間周波数に変換され
る。はじめに、第三のＤＣカット用のキャパシタ４８に
加わり、第三のスパイラルインダクタ４９と第五、第六
のキャパシタ５０、５１で構成した第二の高周波信号整
合回路５２を経て、第二の能動素子基板３１上に形成し
た第三の電界効果トランジスタ５３に入力する。一方、
局発信号は局発信号入力端子７から、第四のＤＣカット
用のキャパシタ５４および、第四のスパイラルインダク
タ５５と第七のキャパシタ５６で構成した第一の局発信
号整合回路５７を経て、第三の電界効果トランジスタ５
３に加わる。ここでは電界効果トランジスタの各端子間
のアイソレーションを高めて、局発信号が周波数変換器
の出力に現れないようにするために、第一、第二の２つ
のゲートを持つ電界効果トランジスタを用いており、高
周波信号は第一ゲート端子５８に、局発信号は第二ゲー
ト端子５９に加わる。電界効果トランジスタの非線形動
作によって高調波と混合波が生じ、上記の２つの周波数
の差を持つ信号が中間周波信号として、第三の電界効果
トランジスタ５３のドレイン端子６０から、抵抗６１で
構成された第二の中間周波信号整合回路６２を経て、中
間周波信号出力端子８に出力する。なお、第三の電界効
果トランジスタ５３のソース端子６３は接地されてい
る。

【００１２】この構成による高周波モジュールでは、高
周波増幅器を構成する能動素子と受動回路素子および、
周波数変換器を構成する能動素子と受動回路素子を別々
の基板上に形成している。したがって、能動素子の製造
上の歩留まりが低く、全製造量のうちで不良品が占める
割合が高い場合においても、良品だけを選んで高周波モ
ジュールを構成すれば、能動素子と受動回路素子を同一
の基板上に形成した場合に比べて、高周波モジュールと
しての製造上の歩留まりを非常に高くすることができ、
この結果、低コストで生産することができる。また、高
周波増幅器を構成する能動素子と周波数変換器を構成す
る能動素子を異なる基板上に形成しているので、例え
ば、高周波増幅器においては高利得を、周波数変換器で
は低歪みを目標に、それぞれ、適当なプロセスで製造さ
れた能動素子を用いることができ、高性能な高周波モジ
ュールを実現できる。そして、同一パッケージ内に収納
する、高周波増幅器と周波数変換器を構成する半導体基
板と同じ程度のチップサイズを実現できる弾性表面波フ
ィルタを用いているので、小形な高周波モジュールを実
現できる。

【００１３】 実施例２ 図３はこの発明の他の実施例の構成を示した図である。
図において、６４は高周波増幅器を構成する能動素子と
周波数変換器を構成する能動素子を形成した第三の能動
素子基板である。高周波増幅器と周波数変換器を構成す
る能動素子として、同一のプロセスで製造した素子を用
いることができる場合には、これらを同一の基板上に形
成することにより、基板の切断や、高周波モジュールの
組み立ての際の基板のパッケージへの固定に必要な作業
を減らすことができ、コストの低下を実現できる。

【００１４】 実施例３ 図４はこの発明の他の実施例の構成を示した図である。
ここでは簡単のために、高周波増幅器の入力側整合回路
を構成する第一のスパイラルインダクタ３５と、周波数
変換器を構成する第四のスパイラルインダクタ５５が近
接して配置されている場合について述べる。この２つの
スパイラルインダクタの形状は長方形であり、互いの短
辺が対向している。スパイラルインダクタの動作を図
５、図６（ａ）を用いて示す。

【００１５】図５は、第一のスパイラルインダクタ３５
の外周部の電流と磁界の様子を示したものである。図に
おいて６５はスパイラルインダクタ３５を構成する最も
外側の線路であり、これを第一の外周線路と呼ぶ。ま
た、６６は第一の外周線路６５よりも一巻き内側にある
線路で、第二の外周線路と呼ぶ。破線で示された６７、
６８はそれぞれ、第一、第二の外周線路を流れる第一、
第二の高周波電流６９、７０によって生じる第一、第二
の磁界である。これらの磁界は互いに強め合うように合
成され、合成磁界７１は大きな磁界となる。そのため、
スパイラルインダクタが外部に放射する磁界は大きくな
る。図６（ａ）に、第一のスパイラルインダクタ３５
と、第四のスパイラルインダクタ５５を近接して配置し
た場合の電流と磁界を示す。ここでは簡単のため、スパ
イラルインダクタを構成する最も外側の線路だけを示
す。スパイラルインダクタの場合、外部に放射する磁界
が大きいため、第一のスパイラルインダクタ３５に流れ
る第一の高周波電流６９によって生じた第一の磁界６７
が第四のスパイラルインダクタ５５にまで到達し、その
結果、第四のスパイラルインダクタ５５において、第一
の磁界６７の影響を打ち消すような第三の磁界７２が生
じるように誘導電流７３が流れる。

【００１６】このように誘導電流が流れることで結合が
生じる。第一のスパイラルインダクタを流れる高周波電
流６９の周波数と第四のスパイラルインダクタを流れる
誘導電流７３の周波数は等しいから、結合によって第一
のスパイラルインダクタを通過する高周波信号が第四の
スパイラルインダクタに漏洩することになる。２つのス
パイラルインダクタの接する部分が長くなるにつれて、
また、距離が短くなるにつれて、第一のスパイラルイン
ダクタから第四のスパイラルインダクタへ到達する磁界
が大きくなり、結合が大きくなる。

【００１７】第一の受動回路基板上で、第一のスパイラ
ルインダクタ３５と第四のスパイラルインダクタ５５を
近接して配置した場合、２つのスパイラルインダクタ間
の結合によって、高周波増幅器に存在する信号が周波数
変換器に漏洩する。このため、本来、帯域通過フィルタ
で十分減衰すべき不要な信号が、周波数変換器で大きな
レベルとなり、高周波モジュールの性能を劣化させてし
まう。そこで、図４に示すように、スパイラルインダク
タの形状を長方形にして、互いに対向する部分が短くな
るようにすれば、結合を減らし、周波数変換器に漏洩す
る不要な信号のレベルを低くして、高性能な高周波モジ
ュールを得ることができる。なお、ここでは簡単のた
め、第一のスパイラルインダクタと第四のスパイラルイ
ンダクタが近接して配置された場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、他のスパイラルインダクタにお
いても同様に適用できる。また、図６（ｂ）に示すよう
にスパイラルインダクタの形状が円形の場合にも、本発
明は適用できる。

【００１８】 実施例４ 上記実施例３では、高周波増幅器を構成するスパイラル
インダクタの形状と周波数変換器を構成するスパイラル
インダクタの形状をともに長方形とした。しかし、通
常、スパイラルインダクタの形状としては設計および配
置の点から、正方形のものが使用されることが多い。そ
こで図７に示すように第一のスパイラルインダクタ３５
の形状を長方形とし、第四のスパイラルインダクタ５５
の形状を正方形として、対向する部分が短くなるように
してもよい。なお、本実施例では第一のスパイラルイン
ダクタ３５の形状を長方形としたが、第四のスパイラル
インダクタ５５の形状を長方形としてもよい。

【００１９】 実施例５ また、基板上の素子の配置が比較的自由な場合には図８
に示すように、第一のスパイラルインダクタ３５の形状
を長方形とし、第四のスパイラルインダクタ５５の形状
を正方形として、両者の対向する部分が短くなるように
ずらせて配置してさらに結合を減らしてもよい。この場
合、一方が長方形なので、２つのスパイラルインダクタ
が正方形の場合に比べ、ずらす距離が小さくてもよい。

【００２０】 実施例６ さらに、パターン配置の制限によっては、図９に示すよ
うに、第一のスパイラルインダクタ３５と、第四のスパ
イラルインダクタ５５の、双方のスパイラルインダクタ
の形状を長方形とし、短辺と長辺が対向するようにして
もよい。この場合、第四のスパイラルインダクタ５５の
短辺に対向している素子も、結合の影響を受けにくくな
る。

【００２１】 実施例７ 上記実施例３、実施例４、実施例５、実施例６はいずれ
もスパイラルインダクタの形状を変えて対向する部分が
短くなるようにしたが、実施例３の第四のスパイラルイ
ンダクタ５５の代わりに、図１０に示すように、第五の
スパイラルインダクタ７４と第六のスパイラルインダク
タ７５を直列接続して、所要のインダクタンスを得ても
よい。第一のスパイラルインダクタ３５と対向する、第
五、第六のスパイラルインダクタ７４、７５の部分の長
さが、第四のスパイラルインダクタの場合に対向する長
さよりも小さければ、結合を低減することができる。さ
らに、図１１に示すように、第五、第六のスパイラルイ
ンダクタ７４、７５を離して配置することにより、間に
他の素子（この場合、第三のスパイラルインダクタ４
９）を置くことができ、基板上の素子配置を自由にする
ことができる。

【００２２】 実施例８ 上記実施例３、実施例４、実施例５、実施例６、実施例
７はいずれもスパイラルインダクタが隣接して配置され
た場合について述べた。しかし、所要のインダクタンス
の値が小さく、これを線路７６で実現する場合でも、図
１２に示すように本発明は適応できる。

【００２３】 実施例９ 図１３はこの発明の他の実施例の構成を示した例であ
る。図において、近接して配置された第五のスパイラル
インダクタ７４と第六のスパイラルインダクタ７５は、
その螺旋の向きがそれぞれ時計回りと反時計回りとなっ
ているので、スパイラルインダクタを流れる高周波電流
は図１４に示すようになる。この時のスパイラルインダ
クタの外周部の電流および磁界の様子を図１５に示す。
図に示すように、第五のスパイラルインダクタ７４を流
れる高周波電流によって発生する第四の磁界７７と第六
のスパイラルインダクタ７５を流れる高周波電流によっ
て発生する第五の磁界７８は逆向きとなり、互いに打ち
消し合って弱め合うので、スパイラルインダクタの外部
に放射する磁界は小さくなり、２つのスパイラルインダ
クタの周囲にある他の素子との結合を生じにくくするこ
とができる。

【００２４】 実施例１０ 上記実施例９は２つのスパイラルインダクタを近接して
配置し、その螺旋の向きを逆にした場合について述べ
た。しかし、この場合、外部に放射する磁界を弱め合う
のは、２つのスパイラルインダクタの中心を結ぶ直線に
垂直な２方向だけである。そこで図１６に示すように、
第七、第八、第九、第十の４つのスパイラルインダクタ
７９、８０、８１、８２を用いて、すべての方向に対し
て放射する磁界が打ち消しあうように近接して配置して
もよい。

【００２５】 実施例１１ 図１７は、この発明の他の実施例の構成を示した図であ
る。この構成による高周波モジュールでは、高周波増幅
器を構成する受動素子を形成した第二の受動回路基板８
３と、周波数変換器を構成する受動素子を形成した第三
の受動回路基板８４を離して配置し、その間に、高周波
増幅器を構成する能動素子を形成した第一の能動素子基
板３０と周波数変換器を構成する能動素子を形成した第
二の能動素子基板３１を配置している。そのため、高周
波増幅器を構成する受動素子と周波数変換器を構成する
受動素子を同一の基板上に形成した場合と占有面積を等
しくすることができ、しかも、高周波増幅器を構成する
素子と周波数変換器を構成する素子の間の結合が原因と
なって、高周波増幅器に存在する不要な信号が周波数変
換器に漏洩することがない。したがって、高周波増幅器
を構成する素子と周波数変換器を構成する素子を同一の
基板上に形成した場合に比べて、周波数変換器に加わる
不要な信号の大きさを、非常に小さくできる。

【００２６】 実施例１２ 図１８は、この発明の他の実施例の構成を示した図であ
る。この構成による高周波モジュールでは、第二の受動
回路基板８３と第三の受動回路基板８４のあいだに弾性
表面波フィルタ３２を配置しているので、実施例１１に
示した構成の高周波モジュールよりも、第二の受動回路
基板８３と第三の受動回路基板８４の間の距離を広くす
ることができ、高周波増幅器から周波数変換器に漏洩す
る不要な信号をさらに小さくすることができる。

【００２７】 実施例１３ 図１９は、この発明の他の実施例の構成を示した図であ
る。図において、８５、８６はそれぞれ、第二、第三の
インダクタンス、８７は第三のキャパシタンスであり、
これらによって第三の高周波信号整合回路８８が構成さ
れている。８９は能動素子である第四の電界効果トラン
ジスタ、９０、９１、９２、９３はそれぞれ、第四の電
界効果トランジスタ８９の第一ゲート端子、第二ゲート
端子、ソース端子、ドレイン端子であり、９４は第二の
局発信号整合回路、９５は第三の中間周波信号整合回路
である。この周波数変換器において、高周波信号は局発
信号よりも高い周波数であるとし、中間周波信号の周波
数は２つの周波数の差であるとする。

【００２８】つぎに動作について述べる。高周波信号入
力端子１９より入力した高周波信号は、第三の高周波信
号整合回路８８を経て、第四の電界効果トランジスタ８
９の第一ゲート端子９０に加わる。一方、局発信号入力
端子２０より入力した局発信号は、第二の局発信号整合
回路９４を経て、第四の電界効果トランジスタ８９の第
二ゲート端子９１に加わる。第四の電界効果トランジス
タ８９の非線形動作により、高調波と混合波が生じ、こ
のうち、上記の２つの周波数の差を持つ信号が中間周波
信号として、第四の電界効果トランジスタ８９のドレイ
ン端子９３と第三の中間周波信号整合回路９５を経て、
中間周波信号出力端子２１に出力する。

【００２９】図２０（ａ）に、この周波数変換器におい
て、高周波信号の周波数が局発信号の周波数より低い場
合における信号と雑音の関係を示す。周波数変換回路の
入力側の整合回路が高域通過形の場合、その利得の周波
数特性２２により、イメージ周波数帯域の雑音スペクト
ラム２５は減衰させられ、電界効果トランジスタに入力
するレベルが低くなる。したがって、イメージ帯域の雑
音が変換されて生じた中間周波帯域における雑音２８が
小さくなり、整合回路の利得特性が低域通過形の場合に
比べて、雑音指数を改善することができる。また、図２
０（ｂ）にバイアス回路を付加した、この周波数変換器
の回路を示す。図において、８８１、８８２はそれぞ
れ、バイアス回路を構成する抵抗、キャパシタンスであ
る。この回路では高周波信号整合回路８８を構成する第
三のインダクタンス８６がバイアス回路素子を兼ねてお
り、従来、高周波信号整合回路の他に必要だったバイア
ス回路素子を不要とすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜４の発明にお
いては、高周波増幅回路と周波数変換回路を構成する能
動素子と受動回路素子を異なる基板上に形成したので、
高周波モジュールの製造上の歩留まりを高くすることが
できる。また、高周波増幅器と周波数変換器を構成する
受動回路素子を異なる基板上に形成し、分離して配置し
たので、高周波増幅器から周波数変換器へ漏洩する不要
な信号を低減でき、高い性能を得ることができる。さら
に、高周波増幅器を構成する能動素子と周波数変換器を
構成する能動素子を同一の基板上に形成したので、チッ
プサイズを大幅に増大させることなく、組立の際の作業
量を減らすことができる。請求項５の発明においては、
隣接した２つのスパイラルインダクタの対向する部分を
短くしたので、２つのスパイラルインダクタ間の結合を
小さくし、空間的に結合する不要波の漏洩を低減でき
る。請求項６の発明においては、外部に漏洩する磁界が
打ち消し合い、周辺にある他の素子との結合を小さく
し、空間的に結合する不要波の漏洩を低減できる。請求
項７の発明においては、周波数変換器に入力するイメー
ジ帯域の雑音を遮断でき、雑音指数を改善できる。請求
項８の発明においては、弾性表面波フィルタを用いるこ
とにより、高周波モジュールをより小形化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による高周波モジュールの構成図であ
る。

【図２】この発明による高周波モジュールの動作説明の
ための回路図である。

【図３】この発明による高周波モジュールの構成図であ
る。

【図４】この発明による高周波モジュールの構成図であ
る。

【図５】スパイラルインダクタの動作説明のための図で
ある。

【図６】スパイラルインダクタの動作説明のための図で
ある。

【図７】この発明による高周波モジュールの他の実施例
を示す構成図である。

【図８】この発明による高周波モジュールの他の実施例
を示す構成図である。

【図９】この発明による高周波モジュールの他の実施例
を示す構成図である。

【図１０】この発明による高周波モジュールの他の実施
例を示す構成図である。

【図１１】この発明による高周波モジュールの他の実施
例の動作説明のための図である。

【図１２】この発明による高周波モジュールの他の実施
例を示す構成図である。

【図１３】この発明による高周波モジュールの構成図で
ある。

【図１４】スパイラルインダクタの動作説明のための図
である。

【図１５】スパイラルインダクタの動作説明のための図
である。

【図１６】この発明による高周波モジュールの他の実施
例を示す構成図である。

【図１７】この発明による高周波モジュールの構成図で
ある。

【図１８】この発明による高周波モジュールの構成図で
ある。

【図１９】この発明による周波数変換器の等価回路図で
ある。

【図２０】 （ａ）はこの発明による周波数変換器の動作説明のため
の図である。 （ｂ）はこの発明による周波数変換器の等価回路図であ
る。

【図２１】従来の高周波モジュールの一例を示す構成図
である。

【図２２】従来の高周波モジュールの動作説明のための
ブロック図である。

【図２３】従来の周波数変換回路の一例を示す等価回路
図である。

【図２４】従来の周波数変換回路の動作説明のための図
である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 高周波増幅器 ３ 周波数変換器 ４ 帯域通過フィルタ ５ 高周波モジュール ６ モジュールの高周波信号入力端子 ７ モジュールの局発信号入力端子 ８ モジュールの中間周波信号出力端子 ９ 第一のインダクタンス １０ 第一のキャパシタンス １１ 第二のキャパシタンス １２ 第一の高周波信号整合回路 １３ 第一の電界効果トランジスタ １４ ゲート端子 １５ ソース端子 １６ ドレイン端子 １７ 局発信号注入回路 １８ 第一の中間周波信号整合回路 １９ 周波数変換器の高周波信号入力端子 ２０ 周波数変換器の局発信号入力端子 ２１ 周波数変換器の中間周波信号出力端子 ２２ 高周波信号整合回路の利得の周波数特性 ２３ 高周波信号のスペクトラム ２４ 高周波信号帯域の雑音スペクトラム ２５ イメージ周波数帯域の雑音スペクトラム ２６ 高周波信号が変換されて得られた中間周波信号の
スペクトラム ２７ 高周波信号帯域の雑音が変換されて生じた中間周
波帯域における雑音スペクトラム ２８ イメージ周波数帯域の雑音２５が変換されて生じ
た中間周波帯域における雑音スペクトラム ２９ 第一の受動回路基板 ３０ 第一の能動素子基板 ３１ 第二の能動素子基板 ３２ 弾性表面波フィルタ ３３ 第一の受動回路部 ３４ 第一のＤＣカット用のキャパシタ ３５ 第一のスパイラルインダクタ ３６ 第二のキャパシタ ３７ 入力整合回路 ３８ 第二の電界効果トランジスタ ３９ ゲート端子 ４０ ソース端子 ４１ ドレイン端子 ４２ 第二のスパイラルインダクタ ４３ 第三のキャパシタ ４４ 第四のキャパシタ ４５ 出力整合回路 ４６ 第二のＤＣカット用のキャパシタ ４７ 第二の受動回路部 ４８ 第三のＤＣカット用のキャパシタ ４９ 第三のスパイラルインダクタ ５０ 第五のキャパシタ ５１ 第六のキャパシタ ５２ 第二の高周波信号整合回路 ５３ 第三の電界効果トランジスタ ５４ 第四のＤＣカット用のキャパシタ ５５ 第四のスパイラルインダクタ ５６ 第七のキャパシタ ５７ 第一の局発信号整合回路 ５８ 第一ゲート端子 ５９ 第二ゲート端子 ６０ ドレイン端子 ６１ 抵抗 ６２ 第二の中間周波信号整合回路 ６３ ソース端子 ６４ 第三の能動素子基板 ６５ 第一の外周線路 ６６ 第二の外周線路 ６７ 第一の磁界 ６８ 第二の磁界 ６９ 第一の高周波電流 ７０ 第二の高周波電流 ７１ 合成磁界 ７２ 第三の磁界 ７３ 誘導電流 ７４ 第五のスパイラルインダクタ ７５ 第六のスパイラルインダクタ ７６ 線路 ７７ 第四の磁界 ７８ 第五の磁界 ７９ 第七のスパイラルインダクタ ８０ 第八のスパイラルインダクタ ８１ 第九のスパイラルインダクタ ８２ 第十のスパイラルインダクタ ８３ 第二の受動回路基板 ８４ 第三の受動回路基板 ８５ 第二のインダクタンス ８６ 第三のインダクタンス ８７ 第三のキャパシタンス ８８ 第三の高周波信号整合回路 ８８１ バイアス回路を構成する抵抗 ８８２ バイアス回路を構成するキャパシタンス ８９ 第四の電界効果トランジスタ ９０ 第一ゲート端子 ９１ 第二ゲート端子 ９２ ソース端子 ９３ ドレイン端子 ９４ 第二の局発信号整合回路 ９５ 第三の中間周波信号整合回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 1/03 Ｈ０４Ｂ 1/03 Ｚ Ｈ０５Ｋ 1/00 Ｈ０５Ｋ 1/00 (72)発明者 伊東 健治 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株 式会社 電子システム研究所内 (72)発明者 飯田 明夫 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株 式会社 電子システム研究所内 (72)発明者 杉山 茂 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 通信機製作所内 (56)参考文献 特開 平２−23634（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−23080（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137662（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286353（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101452（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130842（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−176201（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271161（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 1/00 H01L 23/00 H01L 25/00 H01L 27/00 H03F 1/00 H05K 1/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波増幅器と、周波数変換器とを備
   え、上記高周波増幅器と周波数変換器との間に帯域通過
   フィルタを接続して構成される高周波モジュールにおい
   て、上記高周波増幅器を構成する受動回路素子と能動素
   子とを異なる基板上に形成し、上記周波数変換器を構成
   する受動回路素子と能動素子とを異なる基板上に形成
   し、上記高周波増幅器と上記周波数変換器および上記帯
   域通過フィルタとを同一のパッケージに収納したことを
   特徴とする高周波モジュール。
2. 【請求項２】 帯域通過フィルタを構成する基板を間に
   置いて、高周波増幅器を構成する受動回路素子を形成し
   た基板と、周波数変換器を構成する受動回路素子を形成
   した基板とを配置したことを特徴とする請求項１記載の
   高周波モジュール。
3. 【請求項３】 高周波増幅器を構成する能動素子と、周
   波数変換器を構成する能動素子とを同一の基板に形成し
   たことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波
   モジュール。
4. 【請求項４】 少なくとも高周波増幅器を構成する能動
   素子または周波数変換器を構成する能動素子を形成した
   基板を間に置いて、高周波増幅器を構成する受動回路素
   子を形成した基板と、周波数変換器を構成する受動回路
   素子を形成した基板とを配置したことを特徴とする請求
   項１、２又は３記載の高周波モジュール。
5. 【請求項５】 隣接して設けられた複数のスパイラルイ
   ンダクタにおいて、少なくとも二個のスパイラルインダ
   クタの互いに対向して隣接する部分の長さを短くするよ
   うに、上記スパイラルインダクタを形成して配置したこ
   とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の高周波モ
   ジュール。
6. 【請求項６】 高周波増幅器あるいは周波数変換器に設
   けられるスパイラルインダクタとして、スパイラルイン
   ダクタを少なくとも二つのスパイラルインダクタに分割
   して対として隣接配置して形成し、上記対として隣接配
   置して形成したスパイラルインダクタの互いに隣接する
   部位を流れる電流の向きを同一方向と するようにスパイ
   ラルインダクタの外部側端ないし内部側端の所定の端部
   を接続して用いたことを特徴とする請求項１〜５のいず
   れか１項に記載の高周波モジュール。
7. 【請求項７】 周波数変換器を構成する能動素子として
   電界効果トランジスタを用い、上記電界効果トランジス
   タのゲート端子に接続する整合回路として高域通過形回
   路を用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１
   項に記載の高周波モジュール。
8. 【請求項８】 帯域通過フィルタとして、弾性表面波フ
   ィルタを用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   か１項に記載の高周波モジュール。