JP4130442B2 - 移動体通信機器用フロントエンドモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話、自動車電話などの移動体通信機器に利用可能な送受切換えスイッチを主体とするフロントエンドモジュールに関する。
従来の移動体通信機器のフロントエンドモジュールとして、本出願人の提案でなる特許文献1に開示されたアンテナスイッチがある。携帯電話システムのほとんどは、送信と受信とで異なる周波数帯域に設定されるため、送受信切換え部とアンテナ切換え部は似かよった回路であっても、素子定数は異なる構成になり易く、設計を迅速に進めるうえで負担にならないように、前記特許文献1に記載のアンテナスイッチにおいては、一方の切換え部と他方の切換え部は、ローパスフィルタを中心に対称な回路構成としている。
特開平9−261110号公報
上述の従来例は、TDMA方式の携帯電話に使用されるアンテナスイッチであり、欧州におけるGSM方式デュアルバンド携帯電話のように、2つの送受信系を取り扱うものにはこれを適用することができない。そのため、送受切換えスイッチを主体として、2つの帯域を分波する回路を備えたフロントエンドモジュールが要望されるが、フロントエンドモジュールの多層基板にはより多くの回路素子を構成する必要があり、多層基板は複雑になり、回路相互間の干渉が生じやすくなる。特に小型化を図る場合にはこの回路間の干渉が生じ易くなる。
そこで、本発明は、複数の送受信系を取り扱う多層基板を用いたフロントエンドモジュールにおいて、小型化しても回路相互の干渉が生じ難い多層基板のフロントエンドモジュールを提供することを目的とする。
請求項1の移動体通信機器用フロントエンドモジュールは、
アンテナに接続される分波回路と、該分波回路を介してアンテナに接続され、送信回路、受信回路に対して切換え接続する送受切換えスイッチと、高周波を除去するフィルタとを少なくとも有した移動体通信機器用フロントエンドモジュールであって、
前記フロントエンドモジュールは多層基板に部品を搭載して一体化したモジュールを構成し、
前記多層基板は基板のほぼ中央部の領域に前記分波回路を構成するコンデンサが複数形成されるように、分波回路用コンデンサ電極パターンが積層方向に配置され、前記分波回路用コンデンサ電極パターン以外の電極パターンが、前記分波回路用コンデンサ電極パターンと積層方向に対向しない中央部以外の領域および積層方向に離れた位置に配置されている
ことを特徴とする。
請求項2の移動体通信機器用フロントエンドモジュールは、請求項1において、
前記多層基板は、前記分波回路用コンデンサ電極パターンを含むコンデンサ電極パターンとコイル導体パターンとが混在して形成された上部領域と、
多層基板のほぼ全面に形成された接地電極パターンと対をなしたコンデンサ電極パターンとで形成されたコンデンサからなり、前記分波回路用コンデンサ電極パターン形成領域から積層方向に離れた下部領域とを有する
ことを特徴とする。
請求項3の移動体通信機器用フロントエンドモジュールは、請求項1または2において、
前記多層基板の上部領域は前記分波回路用コンデンサ電極パターンを平面方向の中心として周囲にコイル導体パターンが形成された複数の層を含む
ことを特徴とする。
請求項4の移動体通信機器用フロントエンドモジュールは、請求項1から3までのいずれか1項において、
前記多層基板の上部領域の中心の前記分波回路用コンデンサ電極パターンの周囲に形成されたコンデンサ電極パターンからなるコンデンサを有し、該周囲のコンデンサは、前記中心に設けられた前記分波回路用コンデンサ電極パターンのうちの最下層のものより上層に設けられている
ことを特徴とする。
請求項5の移動体通信機器用フロントエンドモジュールは、請求項1から4までのいずれかにおいて、
前記上部領域の前記中心のコンデンサの周囲に設けるコンデンサは、前記下部領域の接地電極パターンに対向する接地電極パターンと、接地電極パターンの上面に対向するコンデンサ電極パターンとからなるコンデンサを含む
ことを特徴とする。
請求項1の発明においては、分波回路内の複数のコンデンサ電極パターンは積層方向にすべて重ねた構造としている。この構造の場合、分波回路のコンデンサ電極パターンは他の電極パターンとは重ならないので、容量結合を発生させず、素子間の干渉が低減され、小型化が容易となる。また、挿入損失を悪化させない。
分波回路のコンデンサと他の回路のコンデンサとの間に容量結合があると、本来信号が流れていくべき経路以外の場所に新たな信号経路が追加されたことと同じことになる。しかしながら請求項1の発明においては分波回路用コンデンサ電極パターンに他の回路が積層方向に対向しないため、このような容量結合が実質的におこらず、前記挿入損失が少ない回路が得られる。
請求項2の発明においては、前記多層基板は、コンデンサ電極パターンとコイル導体パターンとが混在して形成された上部領域と、多層基板のほぼ全面に形成された接地電極パターンと対をなしたコンデンサ電極パターンとで形成されたコンデンサからなる下部領域を含み、前記上部領域は基板のほぼ中央部の領域に前記分波回路を構成するコンデンサが複数形成されているため、分波回路のコンデンサ電極パターンが重なるのは接地電極パターンのみであり、信号間の干渉の問題は発生しない。
請求項3の発明においては、前記多層基板の上部領域の分波回路用コンデンサ電極パターンを平面方向の中心として周囲にコイル導体パターンが形成された複数層の層を含むため、コイルと分波回路用コンデンサを別々の誘電体層に形成した場合ものに比較し、誘電体層上のスペースが有効に利用され、小型化に寄与することができる。
請求項4の発明においては、前記多層基板の上部領域の分波回路用コンデンサ電極パターンを平面方向の中心として周囲にコンデンサを有し、該コンデンサは、前記中心に設けられた分波回路用コンデンサ電極パターンのうちの最下層のものより上層に設けられているため、前記周囲に設けられたコンデンサ電極パターンと前記下部領域の接地電極パターンとは十分な間隔が確保され、容量結合が少なくなり、干渉が防止される。
請求項5の発明においては、前記上部領域の中心のコンデンサの周囲に設けるコンデンサは、前記下部領域の接地電極パターンに対向する接地電極パターンと、該接地電極パターンの上面に対向するコンデンサ電極パターンとからなるコンデンサを含むため、下側を接地電極パターンとしたコンデンサは、接地電極パターンどうしが対向するので、干渉の問題はほとんど生じない。
以下に本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図1はフロントエンドモジュールを示す断面図である。フロントエンドモジュール1は、多層基板20上に表面実装部品11、12等を搭載して一体化したモジュールとして構成している。さらに多層基板20と、表面実装部品11、12とを覆うように、多層基板20にシールドケース15が固着されている。
多層基板20は、誘電体層21〜36でなり、図1においては、各誘電体層21〜36は実際の厚みに対応する厚みで描いてある。
図2は該フロントエンドモジュールの層構造を示す。該フロントエンドモジュールは、フロントエンドモジュールの多数個分の電極、接続パターン、ビアホールまたはマークを縦横に配置して形成した誘電体グリーンシートを積層し、個々のフロントエンドモジュール分に切断し、加熱圧着し、焼成して図1に示した個々の多層基板20が製造される。
図2において、21〜36は図1に示した誘電体層である。これらの誘電体層21〜36は、製造工程においては誘電体グリーンシートである。矢印a〜oは積層されることを意味する。積層工程においては、誘電体層となるグリーンシート36が最下層であり、その上に誘電体層となるグリーンシート35が重ねられ、さらにその上にグリーンシート34が重ねられるというふうにグリーンシート21〜36が重ねられる。これらのグリーンシートの加熱圧着、切断後の焼成工程において、焼結体として一体化されるとともに、焼成に伴う縮率に従って寸法が変化し、かつ焼成により所定の電気特性を有する誘電体層となる。
図3はフロントエンドモジュール1の回路構成の1例を示す回路図である。図3において、T1〜T12は外部接続電極である。これらの外部接続電極のうち、T9はアンテナ用外部接続電極であり、コイルL1、L2、L11とコンデンサC1、C11、C12は分波回路を構成する。コイルL1とコンデンサC1から外部接続電極T11に至る側の回路(図面上、右側の回路)がDCS方式(1.8GHz帯)に対応する回路である。コイルL11とコンデンサC11から送信回路用外部接続電極T1に至る回路(図面上、左側の回路)がGSM方式(900MHz帯)に対応する回路である。
右側のDCS方式に対応する回路において、T11はDCS方式の送信回路に接続される送信回路用外部接続電極である。T7はDCS方式の受信回路に接続される受信回路用外部接続電極である。T8は外部回路で接地される接地用外部接続電極である。T10はDCS方式の送受切換えを行うための制御信号を加える制御信号用外部接続電極である。コイルL6とコンデンサC6〜C8はローパスフィルタを構成する。ダイオードD1、D2と、コイルL3〜L5と、コンデンサC2〜C5、C9は送受切換えスイッチを構成する。
また、左側のGSM方式に対応する回路において、T1はGSM方式の送信回路に接続される送信回路用外部接続電極である。T5はGSM方式の受信回路に接続される受信回路用外部接続電極である。T2はGSM方式の送受切換えを行うための制御信号を加える制御信号用外部接続電極である。T4は外部回路で接地される接地用外部接続電極である。コイルL14とコンデンサC17〜C19はローパスフィルタを構成する。また、ダイオードD11、D12とコイルL12、L13とコンデンサC13〜C16は送受切換えスイッチを構成する。また、T3、T6、T12はフロントエンドモジュールの内部のグランド電極に接続され、外部回路の接地部にも接続される接地用外部接続電極である。
図4ないし図6はフロントエンドモジュール1の外観を示す。図4は図1と同じ方向より見た正面図、図5は平面図、図6は図4と直交する方向から見た側面図である。図4、図6に示すように、シールドケース15の左右端(図面上)が平面部に直交するように下方に折り曲げられ、折り曲げられた端部15A、15Bは、それぞれ、グランド電極である接地用外部接続電極T6、T12に固着して接続される。なお、図4においては、前記表面実装部品11、12の図示は省略している。
図5において、15Cはシールドケース15に設けた孔であり、フロントエンドモジュール1の方向を示す目印である。図5に示すように、前記フロントエンドモジュールの回路を外部に接続するための外部接続電極T1〜T12は、フロントエンドモジュールの外周に配置される。これらの外部接続電極T1〜T12は、フロントエンドモジュールを携帯電話の回路基板に搭載して接続するものである。
この例のフロントエンドモジュールは、シールドケース15を含む高さが1.8mm、図5における左右方向の幅が6.5mm、上下方向の幅が4.8mmである。
次に該フロントエンドモジュールの構造をさらに詳細に説明する。図1、図2に示すように、下層の誘電体層35には接地電極パターン201がほぼ全面に形成され、その上側に隣接する誘電体層34上には接地コンデンサの対向電極パターン202が形成される。該誘電体層34には、前記対向電極パターン202以外にも複数の対向電極パターンが形成されるが、符号の記入を省略する。誘電体層34上に隣接する誘電体層33には、接地電極パターン203と、符号の記入を省略して示す他の電極パターンとが形成される。
前記接地コンデンサの上側にはほとんどパターンが形成されていない誘電体層28〜32を積層する。これらの誘電体層28〜32は、上下に隣接する誘電体層間のパターンを接続するビアホール204と、ビアホール間を接続する接続パターン205と、電極パターン206と、符号の記入を省略したその他の電極パターンおよび分波回路用のコンデンサ電極パターンのいくつかが形成される。
さらに、上側に誘電体層22〜27を積層する。これらの誘電体層22〜27にはコイル導体パターンと、コンデンサ電極パターンとを混在させてパターニングしてコイルおよびコンデンサが形成される。
電極パターン211〜218は分波回路用コンデンサ電極パターンである。分波回路用コンデンサ電極パターン211〜218は、図2の各誘電体層22〜29において、図面上、上下方向の中間(すなわち平面上の中間)に位置するように形成される。このように、コンデンサ電極パターン211〜218の位置を平面上の同位置に形成して積層方向に重ねることにより、接地電極パターン201,203とコンデンサ電極パターン202により構成されるコンデンサの、コンデンサ電極パターン211〜218により構成される分波回路用コンデンサへの干渉を低減して、目的とする容量値が正確に得られるようにし、かつ薄型化を可能にしている。
そして、各誘電体層22〜26上には、図2の各誘電体層において、図面上、上側にはDCS方式に対応する回路を形成し、下側にGSM方式に対応する回路を形成する。
すなわち、誘電体層27上には、図面上、上側にDCS方式のための接続パターン221を形成し、誘電体層22〜26には、各層の図面上、上側にDCS方式のためのコイル用導体パターン222〜226を形成する。
一方、誘電体層27上には、図面上、下側にGSM方式のための接続パターン231を形成し、誘電体層22〜26には、各層の図面上、下側にGSM方式のためのコイル用導体パターン232〜236を形成する。
該モジュールは、GSM方式とDCS方式という高い周波数帯で使用されるため、前記各素子を形成するパターンは相互の干渉を十分に配慮した形で配置されなければならない。特にDCS方式の帯域は、GSM方式のおよそ2倍の周波数になるため、GSM方式の送信系の2次高調波に与える影響を考慮する必要がある。しかし図2に示した構成では、双方の回路が共用する分波回路用コンデンサ電極パターン211〜218を境にして、DCS方式に対応する回路と、GSM方式に対応する回路が、ほぼ対称に、すなわちエリアを分けて配置されることになり、双方の回路を分波回路用コンデンサ電極パターン211〜218で最も隔てながら全体を小型化する効果が生じる。
誘電体層21上には接続パターン219が形成される。該接続パターン219には表面実装部品11、12が接続され、搭載される。表面実装部品11、12はダイオード、チップ抵抗、チップコンデンサまたはチップインダクタであり、回路構成に従って適宜に配置される。
前記接続パターン219は回路構成に従って対応するビアホールに接続される。外部接続電極T1〜T12のうち、例えば制御信号用外部接続電極T8、T4は、内部電極の引き出しパターンである接続パターン221、231と接続される。
本実施の形態において、図1、図2に示した誘電体層21〜36の配置は、電気特性と、グリーンシートの焼成に伴う縮率を考慮して決定されている。すなわち、最上層の誘電体層21は比誘電率が11程度となり、縮率が小さいグリーンシートが選択される。また、その下の誘電体層22〜32は、比誘電率が7.3程度となり、縮率がやや大きいグリーンシートが選択される。また、その下の誘電体層33、34は、最上層の誘電体層21と同じく比誘電率が11程度となり、縮率が小さいグリーンシートが選択される。さらにその下の誘電体層35、36は、誘電体層22〜32と同様に比誘電率が7.3程度となり、縮率がやや大きいものが選択される。
すなわち、誘電体層22〜26は主にコイル用導体パターンを形成し、誘電体層27〜32は主に接続パターンを形成するが、いずれの誘電体層22〜32も比誘電率が7.3程度となる素材を選択する。これらの誘電体層22〜32は比誘電率が低いことにより、隣接するパターンとの浮遊容量による干渉を防止できる。誘電体層33、34はコンデンサを構成する電極間の誘電体層であり、いずれも比誘電率が11程度となる素材を選択する。このように比誘電率を他の誘電体層より高くすることにより、コンデンサとしての容量を得やすい。しかし、誘電体層33、34は焼成に伴う縮率が小さく、一方、上層の誘電体層22〜32は縮率が大きいので、焼成時に変形してしまう。そのため、最上層の誘電体層21に誘電体層33、34と同じ縮率の小さい素材を選択することで焼成時の変形を防止する。
また、送受切換えスイッチを、ダイオードとLC回路で構成し、LC回路部を多層基板内に形成したので、高周波回路で一般的に用いられるダイオード、コンデンサおよびλ/4ストリップラインによる従来構成に比較し、ストリップラインのインピーダンス整合を考慮しなくてもよいため、ストリップラインの整合をとるための誘電体層を設ける必要がないので、多層基板をより薄型化することができる。
この実施の形態のフロントエンドモジュールは、波回路内の複数のコンデンサの電極パターン211〜218は積層方向にすべて重ねた構造としている。この構造の場合、分波回路のコンデンサ電極パターン211〜218は、接地電極パターン203以外他の電極パターンとは重ならないので、容量結合を発生させず、素子間の干渉が低減され、小型化が容易となる。また、挿入損失を悪化させない。
すなわち、分波回路のコンデンサと他の回路のコンデンサとの間に容量結合があると、本来信号が流れていくべき経路以外の場所に新たな信号経路が追加されたことと同じことになる。しかしながらコンデンサ電極パターン211〜218を同位置に重ねた構造おいては、コンデンサ電極パターン211〜218に他の回路が積層方向に対向しないため、このような容量結合が実質的におこらず、前記挿入損失が少ない回路が得られる。
また、多層基板は、コンデンサ電極パターン211〜218とコイル導体パターン221〜226、231〜236とが混在して形成された上部領域と、多層基板のほぼ全面に形成された接地電極パターン201、203と対をなしたコンデンサ電極パターン202とで形成されたコンデンサからなる下部領域を含み、前記上部領域は基板のほぼ中央部の領域に前記分波回路を構成するコンデンサが複数形成されているため、分波回路のコンデンサ電極パターンが重なるのは接地電極パターンのみであり、信号間の干渉の問題は発生しない。
また、多層基板の上部領域のコンデンサ電極パターン211〜218を平面方向の中心として周囲にコイル導体パターン221〜226、231〜236が形成された複数層の層を含むため、コイルとコンデンサを別々の誘電体層に形成した場合ものに比較し、誘電体層上のスペースが有効に利用され、小型化に寄与することができる。
また、多層基板の上部領域のコンデンサ電極パターン211〜218を平面方向の中心として周囲に、接地電極パターン241とコンデンサ電極パターン242、243からなるコンデンサ、およびコンデンサ電極パターン244、245からなるコンデンサを有し、該コンデンサは、前記中心に設けられたコンデンサ電極パターンのうちの最下層のものより上層に設けられているため、前記周囲に設けられた接地電極パターン241およびコンデンサ電極パターン244と前記下部領域の接地電極パターン203とは十分な間隔が確保され、容量結合が少なくなり、干渉が防止される。また、下側を接地電極パターン241としたコンデンサは、接地電極パターン241、203どうしが対向するので、干渉の問題はほとんど生じない。
また、多層基板の上部領域にコンデンサ電極パターン211〜218が積層方向に配置され、コンデンサ電極の積層方向領域は前記コンデンサ電極パターンのみで形成されているため、他の素子との干渉がより良好に防止される。
次に図4、図5により外部接続電極T1〜T12の配置について説明する。図5において、接地用外部接続電極T6、T12を結んだ線を中心線50としたとき、中心線に対して平行をなす一方の外周部(図面上、下側)にGSM方式用の外部接続電極T1〜T5が設けられる。また、他方の外周部(図面上、上側)にDCS方式用の外部接続電極T7〜T11(但しアンテナ用外部接続電極T9は両方式に共通である。)が設けられる。
このように、異なる通信方式によって外部接続電極をモジュール(多層基板)の互いに反対側になるように、しかもこれら異なる通信方式の外部接続電極列の間に接地用外部接続電極T6、T12を設けたので、異なる方式の外部接続電極T1〜T5と、T7、T8、T10、T11との間の干渉が低減されると共に、前に説明したように、多層基板内に設ける各通信方式ごとの回路もエリアごとに区分けして容易に形成でき、小型化した場合にも回路間の干渉が低減されたフロントエンドモジュールが実現できる。
また、本実施の形態においては、前記送信回路用外部接続電極T1、T11、受信回路用外部接続電極T5、T7およびアンテナ用外部接続電極T9にそれぞれ隣接する外部接続電極を、制御信号用外部接続電極T2、T4、T8、T10または接地用外部接続電極T6、T12とすることにより、前記送信回路用外部接続電極T1、T11、受信回路用外部接続電極T5、T7およびアンテナ用外部接続電極T9がそれぞれ互いに隣接しない外部接続電極の配置としている。
このような外部接続電極の配置とすることにより、送信回路用外部接続電極T1、T11、受信回路用外部接続電極T5、T7およびアンテナ用外部接続電極T9間の干渉が低減され、フロントエンドモジュールを小型化しても干渉防止の上でさらに良好な効果が得られる。
本発明のフロントエンドモジュールの一実施の形態を示す断面図。 該実施の形態の多層基板の各誘電体層に形成するパターンを示す図。 該実施の形態のフロントエンドモジュールの回路構成の一例を示す回路図。 該実施の形態のフロントエンドモジュールの外観を図1と同一方向で示す正面図。 該実施の形態のフロントエンドモジュールの平面図である。 該実施の形態のフロントエンドモジュールの側面図。
符号の説明
1:フロントエンドモジュール、11、12:表面実装部品、15:シールドケース、20:多層基板、21〜36:誘電体層、50:中心線、201、203:接地電極パターン、202:対向電極、204:ビアホール、205、219、221、231:接続パターン、206:電極、211〜218:分波回路用コンデンサ電極パターン、222〜226、232〜236:コイル用導体パターン、T1〜T12:外部接続電極

Claims (5)

  1. アンテナに接続される分波回路と、該分波回路を介してアンテナに接続され、送信回路、受信回路に対して切換え接続する送受切換えスイッチと、高周波を除去するフィルタとを少なくとも有した移動体通信機器用フロントエンドモジュールであって、
    前記フロントエンドモジュールは多層基板に部品を搭載して一体化したモジュールを構成し、
    前記多層基板は基板のほぼ中央部の領域に前記分波回路を構成するコンデンサが複数形成されるように、分波回路用コンデンサ電極パターンが積層方向に配置され、前記分波回路用コンデンサ電極パターン以外の電極パターンが、前記分波回路用コンデンサ電極パターンと積層方向に対向しない中央部以外の領域および積層方向に離れた位置に配置されている
    ことを特徴とする移動体通信機器用フロントエンドモジュール。
  2. 請求項1に記載の移動体通信機器用フロントエンドモジュールにおいて、
    前記多層基板は、前記分波回路用コンデンサ電極パターンを含むコンデンサ電極パターンとコイル導体パターンとが混在して形成された上部領域と、
    多層基板のほぼ全面に形成された接地電極パターンと対をなしたコンデンサ電極パターンとで形成されたコンデンサからなり、前記分波回路用コンデンサ電極パターン形成領域から積層方向に離れた下部領域とを有する
    ことを特徴とする移動体通信機器用フロントエンドモジュール。
  3. 請求項1または2に記載の移動体通信機器用フロントエンドモジュールにおいて、
    前記多層基板の上部領域は前記分波回路用コンデンサ電極パターンを平面方向の中心として周囲にコイル導体パターンが形成された複数の層を含む
    ことを特徴とする移動体通信機器用フロントエンドモジュール。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の移動体通信機器用フロントエンドモジュールにおいて、
    前記多層基板の上部領域の中心の前記分波回路用コンデンサ電極パターンの周囲に形成されたコンデンサ電極パターンからなるコンデンサを有し、該周囲のコンデンサは、前記中心に設けられた前記分波回路用コンデンサ電極パターンのうちの最下層のものより上層に設けられている
    ことを特徴とする移動体通信機器用フロントエンドモジュール。
  5. 請求項4に記載の移動体通信機器用フロントエンドモジュールにおいて、
    前記上部領域の前記中心のコンデンサの周囲に設けるコンデンサは、前記下部領域の接地電極パターンに対向する接地電極パターンと、接地電極パターンの上面に対向するコンデンサ電極パターンとからなるコンデンサを含む
    ことを特徴とする移動体通信機器用フロントエンドモジュール。
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