JP3891394B2 - 高周波スイッチモジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュアルモード、トリプルモード等のマルチモード移動体通信機に用いられる高周波スイッチモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の無線通信装置、例えば携帯電話の普及には、目を見張るものがあり、携帯電話の機能、サービスの向上が益々図られている（以下、携帯電話を例にとって説明する）。携帯電話のシステムとしては、例えば主に欧州で盛んなＥＧＳＭ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式、ＤＣＳ１８００（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ １８００）方式、米国で盛んなＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式、日本で採用されているＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式などの様々なシステムがあるが、昨今の携帯電話の急激な普及にともない、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯ではシステム利用者を賄い切れず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断するなどの問題が生じている。そこで、前記利用者が複数のシステムを利用出来るようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を計り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラの有効活用することが提唱されている。
そこで、この新たなシステムを持った携帯電話として、デュアルバンド携帯電話（特許第２９８３０１６号公報参照）、トリプルバンド携帯電話等の提案がなされている。このデュアルバンド携帯電話は、通常の携帯電話が一つの送受信系のみを取り扱うのに対し、２つの送受信系を取り扱うものであり、トリプルバンド携帯電話は、３つの送受信系を取り扱うものである。これにより、複数のシステムの中から利用者は都合の良い送受信系を選択して利用することが出来るものである。
【０００３】
このような携帯電話では、それぞれのシステムの周波数帯に応じて低周波側と高周波側のどちらかのシステムに受信信号を振り分ける分波器（Diplexer）と、受信経路と送信経路の信号経路を切り換える高周波スイッチ回路とをモジュール化した高周波スイッチモジュールが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す回路ブロック図は、本願発明者らが提案しているデュアルバンド携帯電話に用いられる高周波スイッチモジュールの一例である。この高周波スイッチモジュールは、第１の送受信系としてＥＧＳＭシステム（送信ＴＸ．８８０〜９１５MHz、受信ＲＸ．９２５〜９６０MHz）、第２の送受信系としてＤＣＳ１８００システム（送信ＴＸ．１７１０〜１７８５MHz、受信ＲＸ．１８０５〜１８８０MHz）の２つのシステムに対応し、デュアルバンド携帯電話のアンテナＡＮＴと、ＧＳＭ系、ＤＣＳ系のそれぞれの送受信回路とを振り分けて用いられる。
【０００５】
このデュアルバンド用高周波スイッチモジュールは、ＡＮＴに接続される端子から低周波側の第１の送受信系（例えばＥＧＳＭとする。）と高周波側の第２の送受信系（例えばＧＳＭの略２倍の周波数帯のＤＣＳやＰＣＳとする。）とを分波するために、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とから構成された分波回路ブロック１０３を有している。この分波回路ブロック１０３のローパスフィルタ側の後段には第１の送受信系（ＥGＳＭ）の送信回路（EＧＳＭ ＴＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路と第１の送受信系の受信回路（ＥＧＳＭ ＲＸ）と分波回路ブロック１０３とを接続する経路を切り換える第１のスイッチ回路ブロック１０１を有している。また分波回路ブロック１０３のハイパスフィルタ側の後段には、第２の送受信系の受信回路（ＤＣＳ ＲＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路と第２の送受信系の送信回路（ＤＣＳ ＴＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路とを切り換える第２のスイッチ回路１０２を有している。前記第1のスイッチ回路１０１は、端子５０１と送信回路EＧＳＭ ＴＸに接続される端子５０５と受信回路EＧＳＭ ＲＸに接続される端子５０４からなる高周波スイッチで構成され、前記第２のスイッチ回路１０２は、端子５０６と送信回路ＤＣＳ ＴＸに接続される端子５０８と受信回路ＤＣＳ ＲＸに接続される端子５０７からなる高周波スイッチで構成されている。ここで、上記スイッチ回路として例えば特開平１１−２２５０８９号等に開示された複数のダイオードを用いたダイオードスイッチ回路を用いると、それぞれ２つのダイオードからなる高周波スイッチとして構成される。
【０００６】
図２は、上記したデュアルバンド携帯電話に用いられる高周波スイッチモジュールの一例を示す等価回路図である。例えば、この高周波スイッチモジュールでEＧＳＭの送信信号をアンテナへ通過させようとする場合、前記第１のスイッチ回路１０１において、端子５０１と端子５０５を接続するには、スイッチ回路を切り替えるための電圧コントロール回路ＶＣ１から正の電圧を与えることでダイオードＤＧ１とＤＧ２をｏｎ状態とする。このとき、ダイオードＤＧ２がｏｎ状態となっており低インピーダンスとなるために、伝送線路ＬＧ２が高周波的に接地され、端子５０１から見た伝送線路ＬＧ２のインピーダンスが高くなり、端子５０４には前記高周波信号は現れず、ダイオードＤＧ１がｏｎ状態となっており低インピーダンスとなるために、端子５０５に入力した高周波信号が端子５０１に現れる。この端子５０１に現れる高周波信号はローパスフィルタ（Ｆ１）を通過し、アンテナからEＧＳＭの送信信号として放射される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の様に端子５０５からのＥＧＳＭの送信信号電力のほとんどはアンテナから放射されるが、一部の電力が分波回路ブロック１０３のハイパスフィルタ（Ｆ２）を通過し、第２のスイッチ回路１０２に漏洩する。この際、第２のスイッチ回路１０２のダイオードはオフ状態であり、このダイオードが漏洩してきたＥＧＳＭの送信信号を歪ませ、前記ＥＧＳＭ送信信号の整数倍の周波数を有する高調波を第２のスイッチ回路１０２において発生させる。特にＥＧＳＭ送信信号の第2次高調波（１７６０ＭＨｚ〜１８３０ＭＨｚ）はＤＣＳ帯域（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）であるため、この前記高調波信号が端子５０６に現れハイパスフィルタ（Ｆ２）を通過し、ＥＧＳＭの送信信号に重畳してアンテナから放射されてしまう問題が判明した。
【０００８】
前記高調波の発生を抑制する手段として、ＥＧＳＭ送信時に第２のスイッチ回路１０２のダイオードもｏｎ状態とするようにコントロールする方法があるが、消費電力が増加するため好ましくない。また、他の方法として分波回路ブロック１０３の第２のフィルタ回路（Ｆ２）をＥＧＳＭの送受信信号の周波数において大きな減衰量を得るように構成することも考えられる。所望の減衰量を得る方法として、フィルタの段数を拡大することが考えられるが、フィルタの段数拡大はＤＣＳの送受信信号の通過帯域における挿入損失を増加させることにつながり、また回路が大型になるため高周波スイッチモジュールを小型に作ることが困難となり、このままでは携帯電話が非常に大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するもので複数の周波数帯の信号を取り扱う高周波スイッチモジュールおいて、回路構成を変更することなく、また電力消費を増加させることなく高調波の発生を抑制する高周波スイッチモジュールを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１のフィルタ回路と、通過帯域が前記第１のフィルタ回路よりも高周波数の第２のフィルタ回路と、前記第１のフィルタに接続された第１のダイオードスイッチ回路と、第２のフィルタ回路に接続され第２のダイオードスイッチ回路を具備し、
前記第１のフィルタ回路と前記第２のフィルタ回路を並列に接続して、複数の送受信系の送受信信号を分波する分波回路とし、
少なくとも前記第２のダイオードスイッチ回路に用いるダイオードとして、１ＭＨｚにおける端子間容量が０．８ｐＦ以下、１００ＭＨｚにおける順抵抗が２．０Ω以下であり、
９００ＭＨｚの高周波信号を＋１５ｄＢｍの電力としてアノード側から入力し、カソード側からの出力信号に重畳する高調波成分の電力（第２次高調波発生量）が、−１５ｄＢｍ以下であるＰＩＮダイオードを用いたことを特徴とする高周波スイッチモジュールである。
本発明において、前記第１のフィルタ回路をローパスフィルタとし、前記第２のフィルタ回路をハイパスフィルタとするのが好ましい。
また、第１のダイオードスイッチ回路と第２のダイオードスイッチ回路は、それぞれ分波回路と送信回路との間に第１のダイオードと、分波回路と受信回路との間に伝送線路と、前記伝送線路の受信回路側からグランドとの間に第２のダイオードを有するものであり、前記第１のダイオードのアノードを分波回路側に接続し、カソードを送信回路側に接続し、前記第２のダイオードのアノードをグランド側に接続し、カソードを伝送線路側に接続するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
尚、説明の簡略化と具体化のため以下の説明では、第１の信号周波数帯としてＥＧＳＭ（送信ＴＸ：８８０〜９１５ＭＨｚ、受信ＲＸ：９２５〜９６０ＭＨｚ）システム、第２の信号周波数帯としてＤＣＳ（送信ＴＸ：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、受信ＲＸ：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）システム、第３の信号周波数帯としてＰＣＳ（送信ＴＸ：１８５０〜１９１０ＭＨｚ、受信ＲＸ：１９３０〜１９９０ＭＨｚ）システムを例にとり説明する。無論、他の通信システムを用いても良く、本発明の技術思想に基づいて他のシステムで実施することは可能である。
【００１３】
先ず、基本特性の異なるＰＩＮダイオードを３種類準備し、図３に示す測定回路でダイオード単体での第２次高調波発生量を測定した。
ここで第２次高調波は、第 1 の送受信系の送信信号を基本周波数とする高周波信号をダイオードのアノード側から入力してカソード側から出力する高周波信号に重畳する高調波成分の電力として規定される。本実施例においては、ダイオードに入力する高周波信号の基本周波数をＥＧＳＭ送信信号の周波数帯内の９００ＭＨｚとし、ダイオードへの入力電力が＋１５ｄＢｍとなるようにシグナルジェネレータ（ＳＧ）とパワーアンプを適宜設定している。
【００１４】
ダイオードへの入力電力を＋１５ｄＢｍと設定した理由は以下の通りである。もともとＥＧＳＭの規格（Class４）のなかで、送信信号のアンテナからの送信電力の最大値は＋３３ｄBmであり、高周波スイッチモジュールのＥＧＳＭ送信端子５０５には、送信回路からアンテナまでの間の挿入損失分と多少のマージンを見込み、＋３５ｄBmの高周波信号が入力する。一方本発明の高周波スイッチモジュールは、第１及び第２のフィルタからなる分波回路ブロック１０３を具備するが、この分波回路ブロック１０３を機能させるために、第１のフィルタは、ＤＣＳ（送信ＴＸ：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、受信ＲＸ：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）システムの周波数帯域での減衰量を、少なくとも２０ｄＢ以上を有するように構成され、第２のフィルタは、ＥＧＳＭ（送信ＴＸ：８８０〜９１５ＭＨｚ、受信ＲＸ：９２５〜９６０ＭＨｚ）システムの周波数帯域での減衰量は少なくとも２０ｄＢ以上を有するように構成されている。このためＥＧＳＭの送信回路（ＥＧＳＭＴＸ）からの入力する＋３５ｄＢｍの高周波信号は第２のフィルタ（Ｆ２）により減衰し、第２のスイッチ回路１０２に漏洩する高周波電力は最大で＋１５ｄＢｍとなる。そこで、ダイオード単体の高調波発生量を測定する際のダイオードへの入力電力を＋１５ｄＢｍとした。
【００１５】
ダイオード単体の基本特性と高調波発生量の評価結果を表１に示す。ダイオードＡ→Ｂ→Ｃの順で第２次高調波発生量が小さい。
【００１６】
【表１】

【００１７】
上記のダイオードを用いて、図２の等価回路図に示すデュアルバンド対応の高周波スイッチモジュールにおいて、前記３種類のダイオードを用いて表２に示す構成にて高周波スイッチモジュールを作製した。なお表中Ａ〜Ｃの記載は表１に示したダイオードＡ〜Ｃに対応している。そして図４に示す測定回路でＥＧＳＭ送信状態を再現し、高周波スイッチモジュールの高調波発生量を測定した。その結果を表２にあわせて記載する。
なおＥＧＳＭ送信状態においては、コントロール端子ＶＣ１からの電圧供給により第1のスイッチ回路１０１のダイオードＤＧ１，ＤＧ２がオン状態となり、第２のスイッチ回路１０２ではダイオードＤＰ１，ＤＰ２はオフ状態となっている。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２の結果から、第1、第2のスイッチ回路のダイオードＤＧ２〜ＤＰ１を全てダイオードＡ乃至Ｃに置き換えた場合、表２の実施例１，２及び比較例１に示すように、Ａ→Ｂ→Ｃの順に第２次高調波発生量が小さくなり、ダイオード単体での評価と同様な結果が得られた。また第1、第2のスイッチ回路を構成するダイオードＤＧ２〜ＤＰ１の一つにダイオードＡ又Ｂを用い、他のダイオードに単体として最も第２次高調波発生量が少ないダイオードＣを用いて高周波スイッチモジュールを構成した実施例３乃至５、比較例２，３によれば、高周波スイッチモジュールでの第２次高調波発生量については、第２のスイッチ回路のダイオードＤＰ２，ＤＰ１が支配的であり、特にはダイオードＤＰ１が影響を与えるという知見が得られた。そして、ダイオードＤＰ１をダイオードＡ、Ｂ、Ｃとし、他のダイオードをダイオードＣとした場合においても、ダイオード単体での評価と同様に第２高調波発生量がＡ→Ｂ→Ｃの順で小さくなった。
【００２０】
ここで高周波スイッチモジュールでは、その使用においてＥＧＳＭ送信モードで、アンテナと接続する端子６００に現れるＥＧＳＭ送信信号の第２次高調波の電力を−３６ｄＢｍ以下とするように規定されている。図５はダイオード単体とモジュールでの第２次高調波発生量の相関図である。これより、高周波スイッチモジュールでの第２次高調波発生量を−３６ｄＢｍ以下に押さえるためには、ダイオード単体の第２次高調波発生量を−１５ｄＢｍ以下にしなければならないことが分かった。
【００２１】
図６は、本発明に係る他の態様の高周波スイッチモジュールのブロック図である。
この高周波スイッチモジュールは、トリプルバンド携帯電話に用いられる高周波スイッチモジュールの一例である。この高周波スイッチモジュールは、第１の送受信系としてEＧＳＭシステム（送信ＴＸ．８８０〜９１５MHz、受信ＲＸ．９２５〜９６０MHz）、第２の送受信系としてＤＣＳ１８００システム（送信ＴＸ．１７１０〜１７８５MHz、受信ＲＸ．１８０５〜１８８０MHz）、第３の送受信系としてＰＣＳシステム（送信ＴＸ．１８５０〜１９１０MHz、受信ＲＸ．１９３０〜１９９０MHz）の３つのシステムに対応し、トリプルバンド携帯電話のアンテナＡＮＴと、EＧＳＭ系、ＤＣＳ系、ＰＣＳ系のそれぞれの送受信回路とを振り分けて用いられる。
【００２２】
このトリプルバンド用高周波スイッチモジュールは、ＡＮＴに接続される端子から低周波側の第１の送受信系（例えばEＧＳＭとする。）と高周波側の第２、第３の送受信系（例えばＤＣＳ、ＰＣＳとする。）とを分波するために、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とから構成された分波回路ブロック１０３を有している。この分波回路ブロック１０３のローパスフィルタ側の後段には第１の送受信系（EＧＳＭ）の送信回路（EＧＳＭ ＴＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路と第１の送受信系の受信回路（EＧＳＭ ＲＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路を切り換える第１のスイッチ回路ブロック１０１を有している。また分波回路ブロック１０３のハイパスフィルタ側の後段には、第２の送受信系の受信回路（ＤＣＳ ＲＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路と第３の送受信系の受信回路（ＰＣＳ ＲＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路と、第２および第３の送受信系の送信回路（ＤＣＳ／ＰＣＳ ＴＸ）と分波回路ブロックとを接続する経路とを切り換える第２のスイッチ回路ブロック１０２を有している。この第２のスイッチ回路ブロック１０２は、端子５０６と送信回路ＤＣＳ／ＰＣＳ ＴＸに接続される端子５０８と受信回路ＤＣＳ ＲＸおよびＰＣＳ ＲＸに接続される端子５０７からなるＳＰＤＴ（Single Pole Dual Throw）型の高周波スイッチと、端子５０７の後段に第２の受信回路（ＤＣＳ ＲＸ）への出力端子５１０と第３の受信回路（ＰＣＳ ＲＸ）への出力端子５１１を切り換えるＳＰＤＴ型の高周波スイッチとで構成されている。
ここで分波回路ブロック１０３、及び第1のスイッチ回路１０１は、図２で示した等価回路図と同様である。また第２のスイッチ回路１０２は例えば図７の等価回路図の様に構成される。この高周波スイッチモジュールであっても、本発明の効果が変わらず発揮されることを確認した。
【００２３】
【発明の効果】
複数の周波数帯の信号を取り扱う高周波スイッチモジュールおいて、回路構成を変更することなく、また電力消費を増加させることなく高調波の発生を抑制する高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る高周波スイッチモジュールのブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る高周波スイッチモジュールの等価回路図である。
【図３】ダイオード単体の第２高調波測定回路を示す図である。
【図４】高周波スイッチモジュールの第２高調波測定回路図である。
【図５】ダイオード単体での第２高調波発生量と高周波スイッチモジュールでの第２高調波発生量との相関図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールのブロック図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの等価回路図である。
【符号の説明】
１０３ 分波回路ブロック
１０１ 第1のスイッチ回路
１０２ 第２のスイッチ回路
ＤＰ１ ダイオード

Claims (4)

1. 第１のフィルタ回路と、通過帯域が前記第１のフィルタ回路よりも高周波数の第２のフィルタ回路と、前記第１のフィルタに接続された第１のダイオードスイッチ回路と、第２のフィルタ回路に接続され第２のダイオードスイッチ回路を具備し、
   前記第１のフィルタ回路と前記第２のフィルタ回路を並列に接続して、複数の送受信系の送受信信号を分波する分波回路とし、
   少なくとも前記第２のダイオードスイッチ回路に用いるダイオードとして、１ＭＨｚにおける端子間容量が０．８ｐＦ以下、１００ＭＨｚにおける順抵抗が２．０Ω以下であり、
   ９００ＭＨｚの高周波信号を＋１５ｄＢｍの電力としてアノード側から入力し、カソード側からの出力信号に重畳する高調波成分の電力（第２次高調波発生量）が、−１５ｄＢｍ以下であるＰＩＮダイオードを用いたことを特徴とする高周波スイッチモジュール。
2. 前記第１のフィルタ回路がローパスフィルタであり、前記第２のフィルタ回路がハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。
3. 第１のダイオードスイッチ回路と第２のダイオードスイッチ回路は、それぞれ分波回路と送信回路との間に第１のダイオードと、分波回路と受信回路との間に伝送線路と、前記伝送線路の受信回路側からグランドとの間に第２のダイオードを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波スイッチモジュール。
4. 前記第１のダイオードのアノードを分波回路側に接続し、カソードを送信回路側に接続し、前記第２のダイオードのアノードをグランド側に接続し、カソードを伝送線路側に接続することを特徴とする請求項３に記載の高周波スイッチモジュール。

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