JP4257855B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ダイオードを用いたスイッチ回路を含む高周波モジュールに関する。

近年、複数の周波数帯域（マルチバンド）に対応可能な携帯電話機が実用化されている。時分割多重接続方式で複数の周波数帯域に対応可能な携帯電話機におけるフロントエンドモジュールとしては、送信信号と受信信号の切り替えをスイッチ回路によって行うものが知られている。このようなフロントエンドモジュールは、例えばアンテナスイッチモジュールまたは高周波スイッチモジュールと呼ばれる。このようなフロントエンドモジュールを含め、高周波信号の処理を行なう回路とこの回路を一体化するための基板との複合体を、本出願において高周波モジュールと呼ぶ。

高周波モジュールは、例えば、積層基板を用いて構成される。この場合、高周波モジュールにおける回路の少なくとも一部は、積層基板の内部の導体層および表面の導体層を用いて構成される。

スイッチ回路を含む高周波モジュールにおいて、スイッチ回路としては、例えばダイオードを利用したものが用いられる。

複数の周波数帯域に対応可能な携帯電話機における高周波モジュールでは、例えば特許文献１に示されるように、単極三投型（以下、ＳＰ３Ｔ型と言う。）のスイッチ回路を含む高周波モジュールも知られている。特許文献１に示されたＳＰ３Ｔ型のスイッチ回路は、第１ないし第４のポートを有している。第２ないし第４のポートは、第１のポートに対して選択的に接続される。第１のポートは、アンテナに接続される。第２のポートには、第１の通信方式の送信信号および第２の通信方式の送信信号が入力される。第３のポートは、第１の通信方式の受信信号を出力する。第４のポートは、第２の通信方式の受信信号を出力する。

ここで、ＳＰ３Ｔ型のスイッチ回路の構成の一例について説明する。なお、この例は、特許文献１の図３に示されたスイッチ回路と同様の構成である。このスイッチ回路は、第１ないし第３のダイオードを備えている。第１のダイオードは、第１のポートと第２のポートとの間の信号経路に直列に挿入されている。第２のダイオードは、第１のポートと第３のポートとの間の信号経路とグランドとの間に挿入されている。第３のダイオードは、第１のポートと第４のポートとの間の信号経路に直列に挿入されている。第１のダイオードには、第１のダイオードの導通状態と非導通状態を選択するための第１の制御信号が印加されるようになっている。第３のダイオードには、第３のダイオードの導通状態と非導通状態を選択するための第２の制御信号が印加されるようになっている。このような構成のＳＰ３Ｔ型のスイッチ回路によれば、２つの制御信号の状態の組み合わせに応じて、第１のポートに対して第２ないし第４のポートを選択的に接続することができる。

特開２０００−１６５２７４号公報

次に、上記の構成のＳＰ３Ｔ型のスイッチ回路を含む高周波モジュールにおける問題点について説明する。この高周波モジュールにおいて、第２のポートに入力される送信信号を第１のポートに送る際には、第１のダイオードと第２のダイオードが導通状態にされ、第３のダイオードが非導通状態にされる。この状態で、大電力の送信信号が第２のポートに入力されると、非導通状態の第３のダイオードに大きな高周波電圧が印加される。その結果、第３のダイオードが非線形領域において動作し、第３のダイオードより、送信信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波が第１のポートに達すると、アンテナより高調波が出力されてしまう。アンテナより出力される高調波の電力の許容範囲は、携帯電話機の規格によって定められている。そのため、高調波の電力が大きすぎると、規格を満たすことができなくなる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイオードを用いたスイッチ回路を含む高周波モジュールであって、高調波の発生を抑制できるようにした高周波モジュールを提供することにある。

本発明の高周波モジュールは、スイッチ回路と、このスイッチ回路の構成要素を一体化するための基板とを備えている。スイッチ回路は、高周波信号の入力または出力のための第１ないし第４のポートと、第１のポートと第４のポートとを接続するための第１の信号経路と、第２のポートと第４のポートとを接続するための第２の信号経路と、第３のポートと第４のポートとを接続するための第３の信号経路と、第１の信号経路に直列に挿入され、印加される第１の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第１のダイオードと、第２の信号経路に直列に挿入され、印加される第２の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第２のダイオードと、第３の信号経路とグランドとの間に挿入され、印加される第１または第２の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第３のダイオードと、第１の信号経路に接続され、第１の制御信号が入力される第１の制御端子と、第２の信号経路に接続され、第２の制御信号が入力される第２の制御端子と、第１のポートと第１のダイオードとの間に挿入されたインピーダンス調整用線路とを備え、第１ないし第３のポートを選択的に第４のポートに接続するものである。

本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路は、第２および第３のダイオードが導通状態に設定されると共に第１のダイオードが非導通状態に設定されて第２のポートが第４のポートに接続された状態で、第２のポートに高周波信号が入力されたときに、この高周波信号に基づいて第１のダイオードにおいて発生されて第４のポートより出力される少なくとも１つの周波数の高調波の電力が、インピーダンス調整用線路がない場合に比べて小さくなるように、第１のダイオードから見て第４のポートとは反対側の、高調波に対するインピーダンスを調整する。

本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路は、第４のポートより出力される高調波の電力が、インピーダンス調整用線路がない場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整してもよい。

また、本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路は、このインピーダンス調整用線路の代わりに、高調波の電力が最大となるような線路が設けられた場合に比べて、第４のポートより出力される高調波の電力が６ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整してもよい。

また、本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路の特性インピーダンスは５０Ωであってもよい。

また、本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路は、分布定数線路を含んでいてもよい。

また、本発明の高周波モジュールにおいて、インピーダンス調整用線路は、集中定数回路を含んでいてもよい。この場合、基板は、交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層基板であってもよく、集中定数回路は、複数の導体層を用いて構成されたインダクタを含んでいてもよい。

本発明の高周波モジュールでは、インピーダンス調整用線路は、第４のポートより出力される高調波の電力が、インピーダンス調整用線路がない場合に比べて小さくなるように、第１のダイオードから見て第４のポートとは反対側の、高調波に対するインピーダンスを調整する。これにより、本発明によれば、高調波の発生を抑制することができるという効果を奏する。

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。
[第１の実施の形態]
始めに、本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールについて説明する。本実施の形態に係る高周波モジュールは、４つの周波数帯域に対応可能な携帯電話機におけるフロントエンドモジュールとして用いられるものである。具体的には、本実施の形態に係る高周波モジュールは、ＡＧＳＭ（American Global System for Mobile Communications）方式の送信信号および受信信号と、ＥＧＳＭ（Extended Global System for Mobile Communications）方式の送信信号および受信信号と、ＤＣＳ（Digital Cellular System）方式の送信信号および受信信号と、ＰＣＳ（Personal Communications Service）方式の送信信号および受信信号とを処理する。

ＡＧＳＭ方式の送信信号の周波数帯域は８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚである。ＡＧＳＭ方式の受信信号の周波数帯域は８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚである。ＥＧＳＭ方式の送信信号の周波数帯域は８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである。ＥＧＳＭ方式の受信信号の周波数帯域は９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである。ＤＣＳ方式の送信信号の周波数帯域は１７１０ＭＨｚ〜１７８５ＭＨｚである。ＤＣＳ方式の受信信号の周波数帯域は１８０５ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。ＰＣＳ方式の送信信号の周波数帯域は１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚである。ＰＣＳ方式の受信信号の周波数帯域は１９３０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚである。

図１は、本実施の形態に係る高周波モジュールを示す回路図である。本実施の形態に係る高周波モジュール１は、信号端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２，Ｔ１３と、制御端子Ｔ３，Ｔ５，Ｔ９，Ｔ１１と、グランド端子Ｔ４，Ｔ７，Ｔ１４とを備えている。端子Ｔ１は、ＤＣＳ方式の受信信号（図では、ＤＣＳ／ＲＸと記す。）を出力する。端子Ｔ２は、ＰＣＳ方式の受信信号（図では、ＰＣＳ／ＲＸと記す。）を出力する。端子Ｔ３には、制御信号Ｖｃ４が入力される。端子Ｔ５には、制御信号Ｖｃ３が入力される。端子Ｔ６には、ＤＣＳ方式の送信信号およびＰＣＳ方式の送信信号（図では、これらを合わせてＤＰＣＳ／ＴＸと記す。）が入力される。端子Ｔ８には、ＡＧＳＭ方式の送信信号およびＥＧＳＭ方式の送信信号（図では、これらを合わせてＡＥＧＳＭ／ＴＸと記す。）が入力される。端子Ｔ９には、制御信号Ｖｃ２が入力される。端子Ｔ１０は、アンテナ（図では、ＡＮＴと記す。）に接続される。端子Ｔ１１には、制御信号Ｖｃ１が入力される。端子Ｔ１２は、ＡＧＳＭ方式の受信信号（図では、ＡＧＳＭ／ＲＸと記す。）を出力する。端子Ｔ１３は、ＥＧＳＭ方式の受信信号（図では、ＥＧＳＭ／ＲＸと記す。）を出力する。端子Ｔ４，Ｔ７，Ｔ１４は、グランド（図では、ＧＮＤと記す。）に接続される。

端子Ｔ１２には、外部負荷６１の一端が接続されるようになっている。外部負荷６１の他端は接地される。また、端子Ｔ８には、抵抗器６２を介して、ＡＧＳＭ方式の送信信号およびＥＧＳＭ方式の送信信号を発生する信号源６３の一端が接続されるようになっている。信号源６３の他端は接地される。外部負荷６１および抵抗器６２の各インピーダンス（抵抗値）は、例えば５０Ωである。

高周波モジュール１は、更に、ダイプレクサ２と、２つのスイッチ回路３，５と、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと記す。）４とを備えている。ダイプレクサ２は、端子Ｔ１０およびスイッチ回路３，５に接続されている。スイッチ回路３は、ダイプレクサ２、端子Ｔ９，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３およびＬＰＦ４に接続されている。ＬＰＦ４の一端はスイッチ回路３に接続され、ＬＰＦ４の他端は端子Ｔ８に接続されている。スイッチ回路５は、ダイプレクサ２、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６に接続されている。

ダイプレクサ２は、ＬＰＦ６とバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと記す。）７とを有している。ＬＰＦ６の一端は端子Ｔ１０に接続され、ＬＰＦ６の他端はスイッチ回路３に接続されている。ＢＰＦ７の一端は端子Ｔ１０に接続され、ＢＰＦ７の他端はスイッチ回路５に接続されている。ＬＰＦ６は、ＡＧＳＭ方式の信号およびＥＧＳＭ方式の信号を通過させ、ＤＣＳ方式の信号およびＰＣＳ方式の信号を遮断する。ＢＰＦ７は、ＤＣＳ方式の信号およびＰＣＳ方式の信号を通過させ、ＡＧＳＭ方式の信号およびＥＧＳＭ方式の信号を遮断する。

ＬＰＦ４は、ＡＧＳＭ方式の送信信号およびＥＧＳＭ方式の送信信号に含まれる高調波成分を除去する。

スイッチ回路３は、高周波信号の入力または出力のための第１ないし第４のポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、第１のポートＰ１と第４のポートＰ４とを接続するための第１の信号経路ＳＰ１と、第２のポートＰ２と第４のポートＰ４とを接続するための第２の信号経路ＳＰ２と、第３のポートＰ３と第４のポートＰ４とを接続するための第３の信号経路ＳＰ３と、第１の信号経路ＳＰ１に接続された第１の制御端子ＣＴ１と、第２の信号経路ＳＰ２に接続された第２の制御端子ＣＴ２とを有している。このスイッチ回路３は、制御端子ＣＴ１に印加される制御信号Ｖｃ１の状態と、制御端子ＣＴ２に印加される制御信号Ｖｃ２の状態の組み合わせに応じて、第１ないし第３のポートＰ１〜Ｐ３を選択的に第４のポートＰ４に接続する。制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２は、それぞれ本発明における第１の制御信号、第２の制御信号に対応する。

第１のポートＰ１は信号端子Ｔ１２に接続され、第２のポートＰ２はＬＰＦ４に接続され、第３のポートＰ３は信号端子Ｔ１３に接続され、第４のポートＰ４はＬＰＦ６に接続され、第１の制御端子ＣＴ１は制御端子Ｔ１１に接続され、第２の制御端子ＣＴ２は制御端子Ｔ９に接続されている。

スイッチ回路３は、更に、カソードがポートＰ４に接続されたダイオード１１と、一端がダイオード１１のアノードに接続されたインピーダンス調整用線路１０と、一端がインピーダンス調整用線路１０の他端に接続され、他端がポートＰ１に接続されたキャパシタ１２と、一端がダイオード１１のアノードに接続されたインダクタ１３と、一端がインダクタ１３の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ１４と、一端がインダクタ１３の他端に接続され、他端が制御端子ＣＴ１に接続された抵抗器１５とを有している。

スイッチ回路３は、更に、一端がポートＰ４に接続され、他端が接地されたキャパシタ１６と、カソードがポートＰ４に接続され、アノードがポートＰ２に接続されたダイオード１７と、一端がダイオード１７のアノードに接続され、他端が制御端子ＣＴ２に接続されたインダクタ１８と、一端が制御端子ＣＴ２に接続され、他端が接地されたキャパシタ１９とを有している。

スイッチ回路３は、更に、一端がポートＰ４に接続されたインダクタ２１と、アノードがインダクタ２１の他端に接続されたダイオード２２と、一端がダイオード２２のカソードに接続され、他端が接地されたキャパシタ２３と、一端がダイオード２２のカソードに接続され、他端が接地された抵抗器２４と、一端がダイオード２２のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ２５とを有している。ダイオード２２のアノードはポートＰ３に接続されている。

ダイオード１１は、第１の信号経路ＳＰ１に直列に挿入され、制御端子ＣＴ１に印加される制御信号Ｖｃ１の状態に応じて導通状態と非導通状態が選択される。ダイオード１７は、第２の信号経路ＳＰ２に直列に挿入され、制御端子ＣＴ２に印加される制御信号Ｖｃ２の状態に応じて導通状態と非導通状態が選択される。ダイオード２２は、第３の信号経路ＳＰ３とグランドとの間に挿入され、印加される制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の状態に応じて導通状態と非導通状態が選択される。ダイオード１１，１７，２２は、それぞれ、本発明における第１のダイオード、第２のダイオード、第３のダイオードに対応する。

インピーダンス調整用線路１０は、ポートＰ１とダイオード１１との間、具体的にはキャパシタ１２とダイオード１１のアノードとの間に挿入されている。本実施の形態におけるインピーダンス調整用線路１０は、分布定数線路を含んでいる。インピーダンス調整用線路１０の特性インピーダンスは、例えば５０Ωである。これにより、外部負荷６１のインピーダンスが５０Ωのときに、スイッチ回路３と外部負荷６１との間の整合をとることができる。インピーダンス調整用線路１０の作用については、後で詳しく説明する。

スイッチ回路５は、カソードがＢＰＦ７に接続されたダイオード３１と、一端がダイオード３１のカソードに接続されたキャパシタ３２と、一端がキャパシタ３２の他端に接続され、他端がダイオード３１のアノードに接続されたインダクタ３３と、一端がダイオード３１のカソードに接続され、他端がダイオード３１のアノードに接続されたキャパシタ３４と、一端がダイオード３１のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ３５と、一端がダイオード３１のアノードに接続され、他端が端子Ｔ６に接続されたキャパシタ３６と、一端がダイオード３１のアノードに接続され、他端が端子Ｔ５に接続されたインダクタ３７とを有している。

スイッチ回路５は、更に、一端がＢＰＦ７に接続され、他端が接地されたキャパシタ４０と、カソードがＢＰＦ７に接続されたダイオード４１と、一端がダイオード４１のカソードに接続されたキャパシタ４２と、一端がキャパシタ４２の他端に接続され、他端がダイオード４１のアノードに接続されたインダクタ４３と、一端がダイオード４１のカソードに接続され、他端がダイオード４１のアノードに接続されたキャパシタ４４と、一端がダイオード４１のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ４５と、一端がダイオード４１のアノードに接続され、他端が端子Ｔ２に接続されたキャパシタ４６と、一端がダイオード４１のアノードに接続されたインダクタ４７と、一端がインダクタ４７の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ４８と、一端がインダクタ４７の他端に接続され、他端が端子Ｔ３に接続された抵抗器４９とを有している。

スイッチ回路５は、更に、一端がＢＰＦ７に接続されたインダクタ５１と、アノードがインダクタ５１の他端に接続されたダイオード５２と、一端がダイオード５２のカソードに接続され、他端が接地されたキャパシタ５３と、一端がダイオード５２のカソードに接続され、他端が接地された抵抗器５４と、一端がダイオード５２のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ５５とを有している。ダイオード５２のアノードは端子Ｔ１に接続されている。

ダイオード１１，１７，２２，３１，４１，５２は、いずれも、印加される制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される半導体スイッチ素子として用いられている。ダイオード１１，１７，２２，３１，４１，５２としては、例えばＰＩＮダイオードが用いられる。

スイッチ回路３では、制御端子Ｔ１１を介して制御端子ＣＴ１に印加される制御信号Ｖｃ１がハイレベルで、制御端子Ｔ９を介して制御端子ＣＴ２に印加される制御信号Ｖｃ２がローレベルのときには、ダイオード１１，２２が導通状態、ダイオード１７が非導通状態となり、ポートＰ１がポートＰ４に接続される。これにより、端子Ｔ１２がスイッチ回路３およびＬＰＦ６を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ１０に入力されたＡＧＳＭ方式の受信信号は、ＬＰＦ６およびスイッチ回路３を経て、端子Ｔ１２より出力される。インダクタ１３のインピーダンスは、ＡＧＳＭ方式の受信信号に対しては十分に大きく、制御信号Ｖｃ１に対しては十分に小さい。キャパシタ１４のインピーダンスは、ＡＧＳＭ方式の受信信号に対しては十分に小さく、制御信号Ｖｃ１に対しては十分に大きい。抵抗器１５は、制御信号Ｖｃ１による電流を制限する。

また、スイッチ回路３では、制御端子Ｔ１１を介して制御端子ＣＴ１に印加される制御信号Ｖｃ１がローレベルで、制御端子Ｔ９を介して制御端子ＣＴ２に印加される制御信号Ｖｃ２がハイレベルのときには、ダイオード１７，２２が導通状態、ダイオード１１が非導通状態となり、ポートＰ２がポートＰ４に接続される。これにより、端子Ｔ８がＬＰＦ４，スイッチ回路３およびＬＰＦ６を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ８に入力されたＡＧＳＭ方式の送信信号またはＥＧＳＭ方式の送信信号は、ＬＰＦ４、スイッチ回路３およびＬＰＦ６を経て、端子Ｔ１０より出力される。インダクタ１８のインピーダンスは、ＡＧＳＭ方式の送信信号およびＥＧＳＭ方式の送信信号に対しては十分に大きく、制御信号Ｖｃ２に対しては十分に小さい。キャパシタ１９のインピーダンスは、ＡＧＳＭ方式の送信信号およびＥＧＳＭ方式の送信信号に対しては十分に小さく、制御信号Ｖｃ２に対しては十分に大きい。

また、スイッチ回路３では、制御端子Ｔ１１を介して制御端子ＣＴ１に印加される制御信号Ｖｃ１と制御端子Ｔ９を介して制御端子ＣＴ２に印加される制御信号Ｖｃ２とが共にローレベルのときには、ダイオード１１，１７，２２が非導通状態となり、ポートＰ３がポートＰ４に接続される。これにより、端子Ｔ１３がスイッチ回路３およびＬＰＦ６を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ１０に入力されたＥＧＳＭ方式の受信信号は、ＬＰＦ６およびスイッチ回路３を経て、端子Ｔ１３より出力される。

スイッチ回路５では、制御端子Ｔ５に印加される制御信号Ｖｃ３がハイレベルで、制御端子Ｔ３に印加される制御信号Ｖｃ４がローレベルのときには、ダイオード３１，５２が導通状態、ダイオード４１が非導通状態となり、端子Ｔ６がスイッチ回路５およびＢＰＦ７を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ６に入力されたＤＣＳ方式の送信信号またはＰＣＳ方式の送信信号は、スイッチ回路５およびＢＰＦ７を経て、端子Ｔ１０より出力される。インダクタ３７のインピーダンスは、ＤＣＳ方式の送信信号およびＰＣＳ方式の送信信号に対しては十分に大きく、制御信号Ｖｃ３に対しては十分に小さい。

また、スイッチ回路５では、制御端子Ｔ５に印加される制御信号Ｖｃ３がローレベルで、制御端子Ｔ３に印加される制御信号Ｖｃ４がハイレベルのときには、ダイオード４１，５２が導通状態、ダイオード３１が非導通状態となり、端子Ｔ２がスイッチ回路５を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ１０に入力されたＰＣＳ方式の受信信号は、ＢＰＦ７およびスイッチ回路５を経て、端子Ｔ２より出力される。インダクタ４７のインピーダンスは、ＰＣＳ方式の受信信号に対しては十分に大きく、制御信号Ｖｃ４に対しては十分に小さい。キャパシタ４８のインピーダンスは、ＰＣＳ方式の受信信号に対しては十分に小さく、制御信号Ｖｃ４に対しては十分に大きい。抵抗器４９は、制御信号Ｖｃ４による電流を制限する。

また、スイッチ回路５では、制御端子Ｔ５に印加される制御信号Ｖｃ３と制御端子Ｔ３に印加される制御信号Ｖｃ４が共にローレベルのときには、ダイオード３１，４１，５２が非導通状態となり、端子Ｔ１がスイッチ回路５を介して端子Ｔ１０に接続される。この状態で、端子Ｔ１０に入力されたＤＣＳ方式の受信信号は、ＢＰＦ７およびスイッチ回路５を経て、端子Ｔ１より出力される。

本実施の形態では、スイッチ回路３において、ダイオード１７，２２が導通状態、ダイオード１１が非導通状態に設定されてポートＰ２がポートＰ４に接続された状態で、端子Ｔ８を介してポートＰ２に、高周波信号として、ＡＧＳＭ方式の送信信号またはＥＧＳＭ方式の送信信号が入力されると、この高周波信号に基づいてダイオード１１において、少なくとも１つの周波数の高調波が発生し、この高調波がポートＰ４より出力される。ポートＰ４より出力された高調波は、ＬＰＦ６および端子Ｔ１０を経て、アンテナより出力される。アンテナより出力される高調波の電力の許容範囲は、携帯電話機の規格によって定められている。そのため、高調波の電力が大きすぎると、規格を満たすことができなくなる。

インピーダンス調整用線路１０は、ポートＰ４より出力される高調波の電力が、インピーダンス調整用線路１０がない場合に比べて小さくなるように、ダイオード１１から見てポートＰ４とは反対側の、高調波に対するインピーダンスを調整する。インピーダンス調整用線路１０は、ポートＰ４より出力される高調波の電力が、インピーダンス調整用線路１０がない場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整することが好ましい。また、インピーダンス調整用線路１０は、このインピーダンス調整用線路１０の代わりに、高調波の電力が最大となるような線路が設けられた場合に比べて、ポートＰ４より出力される高調波の電力が６ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整することが好ましい。

なお、ダイオード１１から見てポートＰ４とは反対側の、高調波に対するインピーダンスとは、ダイオード１１と端子Ｔ１２との間の回路、およびダイオード１１と端子Ｔ１１との間の回路のみならず、端子Ｔ１２に接続される回路や端子Ｔ１１に接続される回路を含め、ダイオード１１のアノードに直接あるいは間接的につながる全ての回路の、高調波に対するインピーダンスである。

図２は、本実施の形態に係る高周波モジュール１を一部切り欠いて示す側面図である。図２に示したように、高周波モジュール１は、高周波モジュール１の上記各要素を一体化する積層基板１００を備えている。積層基板１００は、交互に積層された誘電体層と導体層とを有している。高周波モジュール１における回路は、積層基板１００の内部または表面上の導体層と、積層基板１００の上面に搭載された素子１０１とを用いて構成されている。ここでは、一例として、図１における抵抗器１５，２４，４９，５４、ダイオード１１，１７，２２，３１，４１，５２およびインダクタ１３，１８，３７，４７が、積層基板１００に搭載された素子１０１であるものとする。端子Ｔ１〜Ｔ１４は、積層基板１００の底面に配置されている。

また、高周波モジュール１は、更に、積層基板１００の上面に搭載された素子１０１を覆い、この素子１０１を電磁気的にシールドするシールドキャップ１０２を備えている。積層基板１００は、例えば低温焼成セラミック多層基板になっている。

図３は、端子Ｔ１〜Ｔ１４の配置を示す説明図である。図３は、端子Ｔ１〜Ｔ１４を上から見た状態を表わしている。

図４は、インピーダンス調整用線路１０の構成の一例を示す説明図である。このインピーダンス調整用線路１０は、積層基板１００の内部の導体層を用いて構成されたストリップ線路になっている。このインピーダンス調整用線路１０は、間隔を開けて対向する２つの接地導体７１，７３と、この接地導体７１，７３の間に配置された中心導体７２とを備えている。接地導体７１，７３および中心導体７２は、積層基板１００の内部の導体層を用いて形成されている。図４において、符号７０は誘電体層を表している。接地導体７１と中心導体７２との間、および接地導体７３と中心導体７２との間は、それぞれ誘電体層７０によって隔てられている。

ここで、一例として、接地導体７１，７３間の距離は０．４８ｍｍ、中心導体７２の幅は０．１ｍｍ、中心導体７２の厚みは０．０１ｍｍ、インピーダンス調整用線路１０の長さは２ｍｍである。

次に、本実施の形態に係る高周波モジュール１の特徴について詳しく説明する。まず、スイッチ回路３において、ダイオード１７，２２が導通状態、ダイオード１１が非導通状態に設定されてポートＰ２がポートＰ４に接続された状態を考える。この状態で、端子Ｔ８を介してポートＰ２に、高周波信号として、大電力の送信信号が入力されると、ダイオード１１が非線形領域において動作し、その結果、このダイオード１１より、送信信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。送信信号の電力は、０．１Ｗ以上、例えば２〜３Ｗである。ダイオード１１で発生した高調波は、ポートＰ４より出力され、ＬＰＦ６および端子Ｔ１０を経て、アンテナより出力される。

ここで、インピーダンス調整用線路１０の代わりに、長さ以外はインピーダンス調整用線路１０と同じ条件の分布定数線路を設け、この分布定数線路の長さを変えた場合を考ええる。この場合、分布定数線路の長さに応じて、ダイオード１１から見てポートＰ４とは反対側の、高調波に対するインピーダンスが変化し、これにより、ポートＰ４より出力される高調波の電力が変化する。図５は、分布定数線路の長さとポートＰ４より出力される高調波の電力との関係の一例を示す特性図である。図５において、横軸は分布定数線路の長さを表し、縦軸はポートＰ４より出力される高調波の電力をｄＢ（デシベル）で表している。なお、この例における高調波は、第２高調波である。

図５に示したように分布定数線路の長さに応じて高調波の電力が変化する理由は、以下のように考えられる。まず、ダイオード１１で発生した高調波には、ポートＰ４に向かう高調波と、ポートＰ４とは反対側に向かう高調波とが含まれる。ここで、ポートＰ４に向かう高調波を進行波とする。ポートＰ４とは反対側に向かった高調波は、端子Ｔ１２等で反射されてポートＰ４に向かう。これを反射波とする。ポートＰ４より出力される高調波は、進行波と反射波との合成波である。この合成波の電力は、進行波と反射波の位相差に応じて変化し、この位相差が１８０°に近いときに合成波の電力が小さくなる。一方、分布定数線路の長さに応じて、進行波と反射波の位相差が変化する。従って、分布定数線路の長さに応じて、合成波の電力、すなわちポートＰ４より出力される高調波の電力が変化する。

また、分布定数線路の長さに応じて、ダイオード１１から見てポートＰ４とは反対側のインピーダンスが変化することにより、ダイオード１１の動作点が変化し、その結果、ダイオード１１より発生される高調波のレベルが変化することも考えられる。

図５に示した例では、分布定数線路の長さが２ｍｍのときに高調波の電力は最小となり、２ｍｍよりも長いｘｍｍのときに高調波の電力は最大になっている。従って、この例では、インピーダンス調整用線路１０の長さを２ｍｍとすることにより、高調波を最も効果的に抑制することができる。なお、図５において、分布定数線路の長さが０ｍｍのときは、インピーダンス調整用線路１０がない場合に相当する。また、図５において、分布定数線路の長さがｘｍｍのときは、インピーダンス調整用線路１０の代わりに、高調波の電力が最大となるような線路が設けられた場合に相当する。

本実施の形態では、インピーダンス調整用線路１０は、インピーダンス調整用線路１０がない場合（図５において分布定数線路の長さが０ｍｍのとき）に比べて、高調波の電力が小さくなるように、ダイオード１１から見てポートＰ４とは反対側の、高調波に対するインピーダンスを調整する。従って、図５に示した例によれば、インピーダンス調整用線路１０の長さは、インピーダンス調整用線路１０を設けたときの高調波の電力が、図５において分布定数線路の長さが０ｍｍのときの高調波の電力よりも小さくなる範囲内の長さであればよい。

また、インピーダンス調整用線路１０は、インピーダンス調整用線路１０がない場合（図５において分布定数線路の長さが０ｍｍのとき）に比べて、高調波の電力が３ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整することが好ましい。また、インピーダンス調整用線路１０は、このインピーダンス調整用線路１０の代わりに、高調波の電力が最大となるような線路が設けられた場合（図５において分布定数線路の長さがｘｍｍのとき）に比べて、高調波の電力が６ｄＢ以上小さくなるように、高調波に対するインピーダンスを調整することが好ましい。これらの好ましい条件を満たす範囲内であれば、インピーダンス調整用線路１０の長さは、必ずしも、高調波の電力が最小となるときの長さ（図５の例では２ｍｍ）である必要はない。

また、上記の好ましい条件は、第２高調波だけではなく、第３高調波等の他の高調波についても成り立つようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ポートＰ２に入力される送信信号に基づいてダイオード１１より発生されてポートＰ４より出力される高調波を抑制することができる。その結果、本実施の形態によれば、アンテナより出力される高調波の電力を、携帯電話機の規格内に収めることが容易になると共に、高周波モジュールの歩留まりを向上させることができる。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態に係る高周波モジュールについて説明する。図６は、本実施の形態に係る高周波モジュールを示す回路図である。本実施の形態に係る高周波モジュールは、第１の実施の形態におけるインピーダンス調整用線路１０の代わりに、集中定数回路を含むインピーダンス調整用線路８０を備えている。このインピーダンス調整用線路８０は、一端がダイオード１１のアノードに接続され、他端がキャパシタ１２の一端に接続されたるインダクタ８１と、一端がダイオード１１のアノードに接続され、他端が接地されたキャパシタ８２と、一端がインダクタ８１の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ８３とを有している。このインピーダンス調整用線路８０の作用は、第１の実施の形態におけるインピーダンス調整用線路１０と同様である。

図７は、インピーダンス調整用線路８０の構成の一例を示す説明図である。以下、積層基板１００において、上からｎ（ｎは１以上の整数）番目の誘電体層を、第ｎ層と呼ぶ。図７において（ａ）は、第１層の上面の一部、すなわち積層基板１００の上面の一部を示している。第１層の上面には、所定の間隔を開けて配置された一対の導体部２０１，２０２が設けられている。また、第１層の上面には、ダイオード１１が搭載されている。ダイオード１１は、アノードが導体部２０１に接続され、カソードが導体部２０２に接続されるように配置されている。また、第１層には、導体部２０１に接続されたスルーホール２０３が形成されている。

図７において（ｂ）は、第２層の上に配置された導体層の一部を示している。この第２層の上には、インダクタ用導体層２０４が設けられている。この導体層２０４の一端部は、スルーホール２０３を介して導体部２０１に接続されている。また、第２層には、導体層２０４の一端部に接続されたスルーホール２０５と、導体層２０４の他端部に接続されたスルーホール２０６が形成されている。

図７において（ｃ）は、第３層の上に配置された導体層の一部を示している。この第３層の上には、インダクタ用導体層２０７が設けられている。この導体層２０７の一端部は、スルーホール２０６を介して導体層２０４に接続されている。また、第３層には、導体層２０７の他端部に接続されたスルーホール２０８と、スルーホール２０５に接続されたスルーホール２０９が形成されている。

図７において（ｄ）は、第４層の上に配置された導体層の一部を示している。この第４層の上には、インダクタ用導体層２１０が設けられている。この導体層２１０の一端部は、スルーホール２０８を介して導体層２０７に接続されている。また、第４層には、導体層２１０の他端部に接続されたスルーホール２１１と、スルーホール２０９に接続されたスルーホール２１２が形成されている。

図７において（ｅ）は、第５層の上に配置された導体層の一部を示している。この第５層の上には、キャパシタ用導体層２１３，２１４が設けられている。導体層２１３は、スルーホール２０５，２０９，２１２を介して、導体部２０１に接続されている。導体層２１４は、スルーホール２１１を介して、導体層２１０に接続されている。また、第５層には、導体層２１４に接続されたスルーホール２１５が形成されている。

図７において（ｆ）は、第６層の上に配置された導体層の一部を示している。この第６層の上には、グランド用導体層２１６が設けられている。また、第６層には、スルーホール２１５に接続されたスルーホール２１７が形成されている。

図７において（ｇ）は、第７層の上に配置された導体層の一部を示している。この第７層の上には、導体層２１８が設けられている。この導体層２１８は、スルーホール２１５，２１７を介して、導体層２１４に接続されている。

図７において、インダクタ用導体層２０４，２０７，２１０は、図６におけるインダクタ８１を構成する。また、キャパシタ用導体層２１３とグランド用導体層２１６は、図６におけるキャパシタ８２を構成する。また、キャパシタ用導体層２１４とグランド用導体層２１６は、図６におけるキャパシタ８３を構成する。

このように、本実施の形態では、インピーダンス調整用線路８０は、積層基板１００の内部の複数の導体層を用いて構成されたインダクタ８１およびキャパシタ８２，８３を含んでいる。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、携帯電話機におけるフロントエンドモジュールとして用いられる高周波モジュールに限らず、ＳＰ３Ｔ型のスイッチ回路を含む高周波モジュール全般に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールを示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールを一部切り欠いて示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールにおける端子の配置を示す説明図である。 図１におけるインピーダンス調整用線路の構成の一例を示す説明図である。 図１おいてインピーダンス調整用線路の代わりに分布定数線路を設けた場合における分布定数線路の長さと高調波の電力との関係の一例を示す特性図である。 本発明の第２実施の形態に係る高周波モジュールを示す回路図である。 図６におけるインピーダンス調整用線路の構成の一例を示す説明図である。

符号の説明

１…高周波モジュール、２…ダイプレクサ、３，５…スイッチ回路、４…ＬＰＦ、１０…インピーダンス調整用線路、１１，１７，２２，３１，４１，５２…ダイオード、Ｔ１〜Ｔ１４…端子、Ｐ１〜Ｐ４…ポート、ＣＴ１，ＣＴ２…制御端子、ＳＰ１〜ＳＰ３…信号経路、１００…積層基板。

Claims (7)

1. スイッチ回路と、このスイッチ回路の構成要素を一体化するための基板とを備えた高周波モジュールであって、
   前記スイッチ回路は、
   高周波信号の入力または出力のための第１ないし第４のポートと、
   前記第１のポートと第４のポートとを接続するための第１の信号経路と、
   前記第２のポートと第４のポートとを接続するための第２の信号経路と、
   前記第３のポートと第４のポートとを接続するための第３の信号経路と、
   前記第１の信号経路に直列に挿入され、印加される第１の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第１のダイオードと、
   前記第２の信号経路に直列に挿入され、印加される第２の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第２のダイオードと、
   前記第３の信号経路とグランドとの間に挿入され、印加される第１または第２の制御信号に応じて導通状態と非導通状態が選択される第３のダイオードと、
   前記第１の信号経路に接続され、前記第１の制御信号が入力される第１の制御端子と、
   前記第２の信号経路に接続され、前記第２の制御信号が入力される第２の制御端子と、
   前記第１のポートと第１のダイオードとの間に挿入されたインピーダンス調整用線路とを備え、前記第１ないし第３のポートを選択的に前記第４のポートに接続するものであり、
   前記インピーダンス調整用線路は、前記第２および第３のダイオードが導通状態に設定されると共に前記第１のダイオードが非導通状態に設定されて前記第２のポートが第４のポートに接続された状態で、前記第２のポートに高周波信号が入力されたときに、この高周波信号に基づいて前記第１のダイオードにおいて発生されて前記第４のポートより出力される少なくとも１つの周波数の高調波の電力が、前記インピーダンス調整用線路がない場合に比べて小さくなるように、前記第１のダイオードから見て前記第４のポートとは反対側の、前記高調波に対するインピーダンスを調整することを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記インピーダンス調整用線路は、前記第４のポートより出力される前記高調波の電力が、前記インピーダンス調整用線路がない場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、前記高調波に対するインピーダンスを調整することを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
3. 前記インピーダンス調整用線路は、このインピーダンス調整用線路の代わりに、前記高調波の電力が最大となるような線路が設けられた場合に比べて、前記第４のポートより出力される前記高調波の電力が６ｄＢ以上小さくなるように、前記高調波に対するインピーダンスを調整することを特徴とする請求項１または２記載の高周波モジュール。
4. 前記インピーダンス調整用線路の特性インピーダンスは５０Ωであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波モジュール。
5. 前記インピーダンス調整用線路は、分布定数線路を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波モジュール。
6. 前記インピーダンス調整用線路は、集中定数回路を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波モジュール。
7. 前記基板は、交互に積層された誘電体層と導体層とを含む積層基板であり、前記集中定数回路は、複数の前記導体層を用いて構成されたインダクタを含むことを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
   

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