JP4064379B2

JP4064379B2 - 送信モジュール

Info

Publication number: JP4064379B2
Application number: JP2004218002A
Authority: JP
Inventors: 靖福田
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: US20060019620A1; JP2006041846A; US7747227B2

Description

本発明は、移動体通信を行う携帯電話機などに搭載される送信モジュールに関する。

図１に従来の送信モジュール４０の構成を示す。この送信モジュール４０は、データの載せられた高周波信号の電力を増幅し、アンテナより出力するモジュールである。図１に示す送信モジュール４０は、ＳＡＷフィルタ４１と、ドライバアンプ４２、パワーアンプ４３、カプラ４４、アイソレータ（サーキュレータ）４５、デュプレクサ４６とがこの順に接続されている。またカプラ４４は、パワーアンプで増幅された送信信号の一部を、検波器４７に分岐し、パワーアンプ４３にフィードバックすることにより出力の安定化をはかる。

ミキサ３７によって信号Ｔｘに局部発振信号（ＬＯ信号）が混合され、高周波信号に変換される。ドライバアンプ４２とパワーアンプ４３とは、所定の利得となるように高周波信号の電力を増幅する。増幅後の高周波信号は、アンテナ５０から出力される。

カプラ４４は、パワーアンプ４３で増幅された送信信号の一部を検波器４７に分岐させる。検波器４７は、カプラ４４によって分岐された送信信号（ＲＦ信号）を電圧に変換し出力する。出力電圧は入力パワーの増加と共に増加していく。検波器４７から出力された信号は、ベースバンドＩＣ１０で所定の信号レベルと比較され、これらの信号の差分でパワーアンプ４３を制御する。

デュプレクサ４６は、アンテナ５０から出力する送信信号と、アンテナ５０から入力する受信信号の周波数域を分離するフィルタ素子である。デュプレクサ４６によって送信信号が受信側に、また受信信号が送信側に行かないように防いでいる。また、アイソレータ４５は、カプラ４４からの送信信号をデュプレクサ４６に出力すると共に、デュプレクサ４６で防ぎきれず送信側に漏れてきた受信信号がパワーアンプ４３に行かないように、漏れた受信信号をグランドに流す。

このようにアイソレータ４５は、アンテナ５０から流れ込む受信信号からパワーアンプ４３を保護する機能を有しているが、フェライト磁石などを組み合わせて構成されているため、形状が大きくなり、回路での占有面積が大きくなるという問題がある。またアイソレータ４５では、電力の損失も発生する。

特許文献１及び２では、アイソレータを除去した送信回路の構成が開示されている。特許文献１では、パワーアンプの出力端とアンテナとの間の信号線に可変負荷回路を接続する。また、電力増幅回路の出力側の負荷状態が変動すると、変動の方向およびレベルを検出し、変動を補償するように可変負荷回路の負荷を調整する制御回路を設けている。特許文献２では、電力増幅回路とアンテナとの間に方向性結合器（カプラ）を介在して設け、方向性結合器から出力される反射波電力に基づいて、電力増幅回路の出力電力を制御している。

特開２０００−２９５０５５号公報特開平８−３０７２８６号公報

しかしながら、図１に示す送信モジュール４０の各回路素子を組み合わせによって構成した場合、送信モジュール４０でのインピーダンスの整合を取るのが難しく、手間のかかる作業となる。また外部から入力するノイズに対処するためにアイソレータを省くことができないという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、インピーダンスマッチングの設計が容易な送信モジュールを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、高周波信号の電力を増幅し、アンテナより出力する送信モジュールであって、前記高周波信号の電力を増幅する電力増幅部と、電力増幅後の前記高周波信号を前記アンテナの方向に出力すると共に、前記アンテナから逆流する受信信号である高周波電力の前記電力増幅部への出力を防ぎグランドに放出するカプラとを含み、前記電力増幅部と前記カプラとを基板上に１モジュールとして形成し、前記受信信号は、前記高周波信号とは周波数の異なる信号である。

電力増幅部とカプラとを基板上に１モジュールとして形成したことにより、送信モジュールでのインピーダンスマッチングを設計時に理想的に行うことができる。また、カプラがアンテナから入力したノイズをグランドに放出するので、不要なノイズが電力増幅部に入力されるのを抑えることができる。このため、従来から用いられていたアイソレータを省くことができ、モジュールの小型化、省電力化を図ることができる。

上記の送信モジュールは、前記高周波信号の不要成分を除去するフィルタと、前記カプラによって分岐した前記高周波信号の一部を検波する検波器と、前記アンテナから出力する前記高周波信号と、前記アンテナから入力する受信信号の周波数域を分離するデュプレクサとを前記基板上に１モジュールとして形成した構成を備えている。

フィルタと、検波器と、デュプレクサとを基板上に１モジュールとして形成したことにより、送信モジュールの小型化を図ることができ、送信モジュールでのインピーダンスマッチングを設計時に理想的に行うことができる。

上記の送信モジュールにおいて、前記カプラは、複数のストリップラインにより形成されるとよい。

カプラが、複数のマイクロストリップラインにより形成されているので、
高周波信号に対応して、カップリング特性やアイソレーション特性を満足するカプラとすることができる。

上記の送信モジュールにおいて、前記複数のストリップラインは、複数の層を有する前記基板の異なる層に形成されているとよい。

複数のストリップラインを基板の複数の異なる層に形成することによりモジュールの小型化に貢献できる。

上記の送信モジュールにおいて、前記基板は、第１の誘電体層とコア材と第２の誘電体層とが順に積層され、前記ストリップラインは、前記コア材の上面と下面とに形成されていることが好ましい。

本発明は、送信モジュールのインピーダンスマッチングを設計時に理想的に行うことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。図２には、本発明を携帯電話機１に適用した構成が示されている。図２に示す携帯電話機１は、ベースバンド部１０、受信部２０、送信部３０、高周波部（送信モジュール）４０、アンテナ５０等を備えている。

ベースバンド部１０は、ＬＳＩにより構成され、主に３つの機能を有している。１つ目は、送信部３０へと与える送信信号や受信部２０から与えられる受信信号に対するベースバンド信号処理を行う機能である。２つ目は、通信制御や周辺回路制御などの制御処理を行う機能である。そして３つ目は、音声の符号化／復号を行う機能である。

受信部２０は、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２、分離部２３、復調部２４、可変利得アンプ２５、フィルタ部２６、位相同期部２７を備えている。

受信信号はローノイズアンプ２１で増幅された後、バンドパスフィルタ２２で不要な周波数帯域の信号が取り除かれる。バンドパスフィルタ２２を通過した信号は、復調部２４のミキサによって位相同期部２７からの局部発振信号と混合され中間周波帯の信号に変換される。その後、可変利得アンプ２５によって増幅された後、フィルタ部２６において特定周波数帯域の信号のみが通過する。そして、受信部２０の出力はベースバンド部１０に入力され、ベースバンド信号への復調処理などの各種信号処理が行われ、受信データが生成される。

また送信部３０は、第１ローカル発振器３１、変調部３２、合成部３３、可変利得増幅器３４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３５、第２ローカル発振器３６、ミキサ３７、可変利得増幅器３８を備えている。

ベースバンド部１０から出力される２系列のベースバンド信号が変調部３２で第１ローカル発振器３１からの第１局部発振信号によって変調される。これらの信号は、変調後に合成部３３で合成され直交変調信号が得られる。この直交変調信号は、可変利得増幅器３４で増幅された後、不要な周波数帯域の信号をバンドパスフィルタ３５によって取り除かれる。バンドパスフィルタ３５を通過した直交変調信号はミキサ３７によって第２ローカル発振器３６からの第２局部発振信号と混合され、さらに可変利得増幅器３８によって増幅され、高周波信号となる。

次に、高周波部４０について説明する。なお、図１に示す従来の送信モジュールと同様の構成の機能部には、同一の符号を付し、説明を省略する。図１に示すように本実施例の高周波部４０は、ＳＡＷフィルタ４１と、ドライバアンプ４２と、パワーアンプ４３と、カプラ６０と、デュプレクサ（以下、ＤＵＰとも表記する）４６と、検波器４７とを備えている。ドライバアンプ４２とパワーアンプ４３とが電力増幅部を構成している。本実施例の高周波部４０は、従来の送信モジュールからアイソレータ４５を取り除いた構成をしている。また、カプラ６０の構成が従来のカプラ４４とは異なる。

図３を参照しながらカプラ６０の構成を説明する。カプラ６０は、図３に示すようにグランド層（裏面端子部以外はベタグランド）６１、第１プリプレグ（第１誘電体層）６２、コア材６３、第２プリプレグ（第２誘電体層）６４とが積層された基板からなる。この基板の第２プリプレグ６４とコア材６３との間に第１ストリップライン６５が形成され、コア材６３と第１プリプレグ６２との間に第２ストリップライン６６が形成されている。

第１ストリップライン６５と第２ストリップライン６６の両端部には、図４に示すようにヴィアホール６７が形成されている。コア材６３、第１プリプレグ６２、第２プリプレグ６４にも導通のためのヴィアホールが形成され、これらヴィアホール内に金属を充填することで、第１ストリップライン６５、第２ストリップライン６６と、第２プリプレグ６４の上面に形成された高周波部４０の他の回路素子とが接続される。第２ストリップライン６６は、導通のためのヴィアホールと抵抗を介してグランド層６１に接続される。

図５（Ａ）にカプラ６０の等価回路を示す。入力端子７０は、図１に示すパワーアンプ４３に接続されている。第１出力端子７１は、図１に示すデュプレクサ４６に接続されている。第２出力端子７２は、図１に示す検波器４７に接続されている。入力端子７０は、第１ストリップライン６５によって第１出力端子７１に接続されている。また第２ストリップライン６６には、第３出力端子７３と抵抗Ｒを介して接地された信号線が接続されている。

図５（Ｂ）に示すように入力端子７０から入力した信号は、第１出力端子７１に出力されると共に、カップリング作用によって第２出力端子７２にも出力される。第１出力端子７１から出力された信号は、デュプレクサ４６を通ってアンテナ５０から出力される。また第２出力端子７２から出力された信号は、検波器４７に出力される。ベースバンドＩＣ１０で検波器４７から出力された信号と所定の信号とレベル比較を行い、これらの信号の差分でパワーアンプ４３が制御される。

また、アンテナ５０からの漏れた高周波電力は、図５（Ｃ）に示すように第１出力端子７１からカプラ６０を通り、この信号は、カップリング作用により第２マイクロストリップライン６６に導かれ、抵抗Ｒを介してグランドに出力される。このようにしてアンテナ５０から漏れた高周波電力がパワーアンプ４３に入力されるのを防ぎ、パワーアンプ４３の故障を防止している。

また、図６に示すように第２プリプレグ６４の上面には、図２に示す高周波部４０のＳＡＷフィルタ４１、ドライバアンプ４２、パワーアンプ４３、検波器４７、デュプレクサ４６、Ｃ、Ｒ等のチップ抵抗等の回路素子が形成されている。すなわち、カプラ６０とこれらの回路素子とが１つのモジュールとして形成されている。これらの回路素子は、上述したヴィアによって第１ストリップライン６５、又は第２ストリップライン６６に接続している。従来のように、高周波部４０を構成する各回路素子を組み合わせて高周波部４０を形成していると、アンテナ５０から漏れた高周波電力の漏れに対処するため、図１に示すようにアイソレータ４５を省くことができなかった。これに対し本実施例は、高周波部４０を１つのモジュールとして形成したことで、初期設計段階において、理想的なインピーダンスマッチングの設計が可能となり、不要な反射を抑えてＶＳＷＲ（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ：電圧定在波比）特性を改善することができる。また、カプラなど、各部品間のインピーダンスマッチングを行うことができるので、今までのように保護用のアイソレータ４５を付ける必要がなくなる。従って、送信部の小型化、省電力化を図ることができる。

図７に、抵抗Ｒの値を２０Ωとし、コア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と、０．１３ｍｍの時の信号周波数と挿入損失（ＩｎｓｅｒｔｉｏｎＬｏｓｓ）との関係を表す図を示す。図７に示す実線がコア材６３の厚さを０．０８ｍｍとした時の挿入損失を示し、破線がコア材６３の厚さを０．１３ｍｍとした時の挿入損失を示している。図７に示すようにコア材６３の厚さを厚くした方が挿入損失を低く抑えることができるが、コア材６３の厚さ０．０８ｍｍの時の挿入損失は、０．１３ｍｍの時の挿入損失と比較してわずかに増加するだけであり、許容できる範囲内にあると判断することができる。なお、第１プリプレグ６２、第２プリプレグ６４の厚さは、ともに０．０７４ｍｍとしている。

図８に、抵抗を２０Ωとし、コア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と、０．１３ｍｍの時のカップリング（結合度）と、アイソレーション特性（カプラ６０の出力側から入力側に漏れるノイズレベル、逆モレともいう）を示す。図８に示す実線がコア材６３の厚み０．０８ｍｍの時のカップリングとアイソレーション特性を示し、破線がコア材６３の厚み０．１３ｍｍの時のカップリングとアイソレーション特性を示す。図８に示すようにコア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と０．１３ｍｍの時とではアイソレーション特性はほとんど変わらないが、カップリングにおいて大きな違いが出ている。図８に示すようにコア材６３の厚みを厚くすると、カップリングが悪化してしまうことが分かる。

図９に、コア材６３の厚さが０．０８ｍｍのカプラ６０と、コア材６３の厚さが０．１３ｍｍのカプラ６０を高周波部４０に搭載した時のそれぞれのインピーダンス特性をスミスチャート上にプロットした図を示す。図９に示すように、コア材６３の厚さが０．０８ｍｍの時には、インピーダンス特性も理想の５０Ωに近いが、コア材６３の厚さが０．１３ｍｍの時には、インピーダンス特性が理想の５０Ωから離れてしまい、基板の厚さにおいても０．０８ｍｍの時より厚くなり、高周波部４０のモジュールの高さが高くなるという問題が生じる。

なお、上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

従来の送信モジュール４０の構成を示す図である。本発明を携帯電話機１に適用した実施例の構成を示す図である。カプラ６０の構成を示す図である。第１ストリップライン６５と第２ストリップライン６６の構成を示す図である。（Ａ）はカプラ６０の等価回路を示す図であり、（Ｂ），（Ｃ）は信号の流れを示す図である。カプラ６０と他の回路素子が１つのモジュールとして形成された状態を示す図であり、カプラ６０と回路素子との接続構成を示す図である。コア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と、０．１３ｍｍの時の信号周波数と挿入損失（ＩｎｓｅｒｔｉｏｎＬｏｓｓ）との関係を表す図である。コア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と、０．１３ｍｍの時のカップリングと、アイソレーションの値を示す図である。コア材６３の厚みが０．０８ｍｍの時と、０．１３ｍｍの時のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

符号の説明

１携帯電話機
１０ベースバンド部
２０受信部
３０送信部
４０高周波部（送信モジュール）
４１ＳＡＷフィルタ
４２ドライバアンプ
４３パワーアンプ
４４、６０カプラ
４６デュプレクサ
４７検波器
５０アンテナ
６１グランド層
６２第１プリプレグ
６３コア材
６４第２プリプレグ
６５第１ストリップライン
６６第２ストリップライン
６７ヴィアホール

Claims

高周波信号の電力を増幅し、アンテナより出力する送信モジュールであって、
前記高周波信号の電力を増幅する電力増幅部と、
電力増幅後の前記高周波信号を前記アンテナの方向に出力すると共に、前記アンテナから逆流する受信信号である高周波電力の前記電力増幅部への出力を防ぎグランドに放出するカプラとを含み、
前記電力増幅部と前記カプラとを基板上に１モジュールとして形成し、
前記受信信号は、前記高周波信号とは周波数の異なる信号であることを特徴とする送信モジュール。
前記高周波信号の不要成分を除去するフィルタと、前記カプラによって分岐した前記高周波信号の一部を検波する検波器と、前記アンテナから出力する前記高周波信号と、前記アンテナから入力する受信信号の周波数域を分離するデュプレクサとを前記基板上に１モジュールとして形成したことを特徴とする請求項１記載の送信モジュール。
前記カプラは、複数のストリップラインにより形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の送信モジュール。
前記複数のストリップラインは、複数の層を有する前記基板の異なる層に形成されていることを特徴とする請求項３記載の送信モジュール。
前記基板は、第１の誘電体層とコア材と第２の誘電体層とが順に積層され、前記ストリップラインは、前記コア材の上面と下面とに形成されていることを特徴とする請求項４記載の送信モジュール。