JP4514831B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置に関し、特に、マルチバンド対応無線通信装置に好適な、増幅器を実現するためのフィルタ構成技術に関する。

携帯電話などの携帯端末装置の利用が進むにつれて、国境を越えて使用可能な携帯端末装置つまり国際ローミングを可能とするためマルチバンド無線通信端末装置の開発も盛んになってきている。周波数の割り当てを世界的に統一しようという動きはあるものの、その実現は段階的であり各国が採用する帯域をみると、ある地域では送信に割り当てられている帯域を、別な地域では受信帯域としている周波数帯も存在している状況にある。また、統一の動きの中で、移行期として複数の帯域に対応する必要がある場合も出てくる。一方で配置されている帯域は比較的広いものの、１国内には一般的に複数の通信事業者が存在し、その帯域を分け合っているため、実際には配置された帯域の何割かの帯域幅が１つの通信事業者に割当てられ使用可能な周波数帯域幅となっている。よって、端末は個別の通信事業者に割当てられた周波数帯域にのみ対応できればよい状況にある。一方、海外でローミングする際には、より多くの地域で使用できることが望まれることから、ローミング端末は可能な限り広い帯域に対応することが要求されるようになってくる。

また、もうひとつの背景として、電力増幅器（パワーアンプ：以下、「PA」と称する。）は、負荷の変動に対して、その電流、歪特性、利得等が大きく変動する。携帯端末装置のアンテナは、ユーザが把持して利用するため、人体等の影響を受け、そのインピーダンスが変化しやすい状況にある。

そこで、PA出力段にアイソレータを用いることで、インピーダンス変動をアイソレートし、PAの負荷を安定させるのが一般的である。しかし、最近ではコストの削減や装置サイズの小型化を目的に、アイソレータを設けない携帯端末装置も多くなってきており前述のような特性劣化に対する提案がされている（特許文献１参照）。

下記特許文献１に記載の技術は、携帯電話機において、パワーアンプの出力端とアンテナ素子との間の信号線路に可変負荷を接続する。そして、負荷変動があると、その変動後の動作負荷点のスミスチャート上の位置を、パワーアンプの動作電流や利得の変化を検出することにより推定し、制御回路が、負荷変動を緩和する方向に可変負荷を切換制御するものである。
特開２０００−２９５０５５号公報

しかしながら、このような場合には、アンテナ負荷が変動したとき、PA出力の負荷インピーダンスがどれくらいの範囲にばらつくかが設計上重要な問題になる。その観点から、送信出力段のフィルタ（送信と受信のフィルタとが一体化されたデュプレクサも同様）のインピーダンスは、可能な限り５０Ωに近いことが望ましくなってくる。しかし、前記フィルタの通過帯域が広くなればなるほどフィルタの実現が難しくなり、挿入損失の低減が優先されインピーダンスを最適化する余裕がなくなるという問題があった。また、広帯域のフィルタは周波数特性を持ってインピーダンスが分布するため全体を最適に調整することは困難であるという課題もあった。

本発明は、マルチバンド対応携帯通信端末装置におけるPAの負荷変動の影響を抑制することを目的とする。

本発明の一観点によれば、第１の周波数帯域と、第２の周波数帯域とを利用可能なマルチバンド対応無線通信装置であって、第１のフィルタと第２のフィルタを有し、前記第１のフィルタの通過帯域である第１の通過帯域及び前記第２のフィルタの通過帯域である第２の通過帯域は、それぞれ前記第１の周波数帯域又は前記第２の周波数帯域の少なくとも一部を含み、かつ、前記第１の通過帯域の帯域幅と前記第２の通過帯域の帯域幅との差分が、前記第１の周波数帯域の帯域幅と前記第２の周波数帯域の帯域幅との差分より小さいことを特徴とするマルチバンド対応無線通信装置が提供される。

また、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域とを含む複数の周波数帯域を利用可能なマルチバンド対応無線通信装置であって、第１の通過帯域を通過させる第１のフィルタ及び第２の通過帯域を通過させる第２のフィルタを少なくとも有し、前記第１の通過帯域及び前記第２の通過帯域は、それぞれ前記第１の周波数帯域又は前記第２の周波数帯域の少なくとも一部を含み、前記フィルタの数が、前記周波数帯域の数よりも多いことを特徴とするマルチバンド対応無線通信装置が提供される。

これにより、例えば、広帯域の第１の周波数帯を第１のフィルタと第２のフィルタとでカバーすることができる。第１の周波数帯域の一部の通過周波数帯域のみを使えれば、すなわち、広帯域フィルタでなく狭帯域のフィルタを用いることで、挿入損失を小さく保ちつつ通過帯域のインピーダンスをより５０Ω寄りに設計することが容易になる。

また、前記第１のフィルタによってその出力信号が濾波される高周波信号を増幅する第１の電力増幅器と、前記第２のフィルタによってその出力信号が濾波される高周波信号を増幅する第２の電力増幅器と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの他端に設けられ前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの切り替えを行うスイッチと、該スイッチからの信号を扱うアンテナと、を有することが好ましい。

例えば、使用する地域が異なっている場合でも、通信する周波数チャネルに応じて端末がスイッチを自動的に或いは手動で切り替えることにより、広帯域での端末の使用と、PAの負荷変動の抑制を実現できる。

前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタの一端側に設けられ高周波信号を増幅する１つの電力増幅器と、前記一端と前記電力増幅器との間に設けられるアイソレータと、該アイソレータと、前記一端との間に設けられ、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを切り替える第１のスイッチと、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタの他端側に設けられ該第１のフィルタと該第２のフィルタとを切り替える第２のスイッチと、該第２のスイッチからの信号を扱うアンテナと、を有することが好ましい。

また、前記アイソレータのアイソレーションが最大となる周波数を、前記第１の通過帯域と前記第２の通過帯域との境界又は重なり周波数に近似させることが好ましい。前記第1のフィルタの出力側のインピーダンスが、前記第２のフィルタの通過帯域から遠い周波数側が近い周波数側よりも相対的に５０Ωに近くなっており、かつ、前記第２のフィルタの通過帯域の出力インピーダンスも前記第1のフィルタの通過帯域に遠い側が近い側より相対的に５０Ωに近くなっていることが好ましい。フィルタの入力とは目的とする信号が入る側の端子のことであり、反対に出力とは出て行く端子のことである。前記第１のフィルタの通過帯域の入力側のインピーダンスが、前記第２のフィルタの通過帯域から遠い周波数側が近い周波数側よりも相対的に５０Ωに近くなっており、かつ、前記第２のフィルタの通過帯域の入力インピーダンスも前記第1のフィルタの通過帯域に遠い側が近い側より相対的に５０Ωに近くなっていることが好ましい。さらに、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタのうちの少なくとも一方に、フィルタのインピーダンスを調整する整合回路を設けても良い。

このように、第1の周波数帯域と第２の周波数帯域とからなる全帯域の両端側にあたる帯域を５０Ωに近づける調整を行うことで、アイソレータのアイソレーション確保が困難な帯域でも、PAの負荷変動の影響を抑制することができる。

低周波側のフィルタにおいては低周波数側を、高周波側のフィルタにおいては高周波数側を、インピーダンスが５０Ωに近づけるようにすることで、比較的簡単に負荷変動を抑制することができる。

尚、送信側の装置と受信側の装置とを備えているのが一般的である。

尚、上記マルチバンド対応無線通信装置は、携帯端末装置に利用できる。また、本発明は、上記に記載のマルチバンド対応無線通信装置に用いられるフィルタであっても良い。

本発明によれば、マルチバンド対応無線通信装置における負荷変動の影響を抑制することが可能である。また、アイソレータを設けない構成も可能であり、この場合には、コストの削減と装置の小型化が可能となる。

アンテナのインピーダンス変動がＰＡ負荷へ伝搬する様子を示す図である。 フィルタのインピーダンスのイメージプロット図である。 隣接チャネル漏洩電力が規格値内に入るPA負荷のインピーダンス領域と周波数帯域幅との関係をスミスチャート上に示す図である。 本発明の第１の実施の形態による携帯型通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図４に示す回路構成における、フィルタの第１設定例を示す図である。 図４に示す回路構成における、フィルタの第２設定例（第１変形例）を示す図である。 図４に示す回路構成における、フィルタの第３設定例（第２変形例）を示す図である。 本実施の形態の第３変形例による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図９の第１変形例による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図９・１０に示す回路構成における、フィルタの設定例を示す図であり、合わせて、アイソレータの特性を示した図である。 図１０に示す構成において、フィルタの低周波数側のインピーダンス特性を調整した様子を示すスミスチャート図である。 図９の第２の変形例による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図１４に示す回路構成における、フィルタの設定例を示す図である。 本実施の形態による通信技術を利用可能な携帯電話機の外観構成例を示す図である。 図１６に示す携帯電話機の内部構成例を示す機能ブロック図である。 図１６・１７に示す携帯電話機を利用した国際ローミング通信システムの概略構成例を示す図である。

符号の説明

１、３、５、７、１１、１５、１７、２１、２３、２５、１３１…スミスチャート、
１a、３a、５a、７a、１１a、１５a、１７a、２１a、２３a、２５a、１３５、１４１…インピーダンス、
３１、１０１…通信回路、
３３、１０３…アンテナ、
３５、１０５…第１のフィルタ、
３７、１０７…第２のフィルタ、
４１、７７、１１３…第１のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）、
４３、８１、１２７…第２のハイパワーアンプ、
４５、１１５…高周波回路部、
４６…ベースバンド処理部、
４７…制御部（ＣＰＵ）、
４９…メモリ（記憶部）、
５７、１１７、１１９…切り替えスイッチ（ＳＰＤＴＳＷ）、
６１…割当て周波数帯域、
６３、６５、６７、６７a、６９…フィルタ通過帯域、
７１…第１のフィルタ（デュプレクサ）、
７２…第２のフィルタ（デュプレクサ）、
１１１…アイソレータ、
１２１、１２３、１２５…整合回路、
７５、８３…ＬＮＡ（低雑音増幅器）、
１３３…調整前フィルタのインピーダンス１、
１３７…調整後フィルタのインピーダンス２、
２０１…第１の筐体、２０２…第２の筐体、
２０４…操作部、
２０５…表示部、
２５１…第１のシステム、
２５２…第２のシステム、
Ａ…マルチバンド対応携帯端末、
Ｂ１〜３…第１のシステムでのみ使用可能な端末、
Ｃ１〜３…第２のシステムでのみ使用可能な端末

本明細書における通過帯域幅の定義としては、実際に通信に使用する周波数の帯域幅のことであり、この帯域よりも物理的に帯域幅を広く取ったフィルタも含んでいる。つまり通信に使用する周波数でのインピーダンスを議論しているため、使わない周波数でのインピーダンスは問題にならないからである。

以下に、本発明の各実施の形態によるマルチバンド対応無線通信装置について携帯通信装置を例にして図面を参照しながら説明を行う。

本発明に係るマルチバンド対応無線通信装置は、第１のフィルタの帯域幅を狭くし、異なる第２のフィルタにより狭くなった帯域をカバーすることを特徴とする。

さらに、PAを広帯域で使用する場合は、歪特性が良好な負荷インピーダンスの領域は周波数ごとに変化するため、歪が規格を満足するインピーダンス範囲は全周波数帯域の共通領域ということで狭くなってしまう。この範囲に、PAの負荷インピーダンス変動を収めなければならないため、設計の難易度が高まる。そこで、上記と同様に、第１のフィルタの周波数帯域を狭くしたことで、狭くなった帯域幅の周波数範囲でのみのインピーダンスを調整すれば良くなり、回路設計がより簡単になる。

さらに広帯域で使用する場合において、アイソレータを用いたとしても、十分なアイソレーションを確保できる範囲は狭く、アイソレーションを確保できない範囲では上記と同様の現象が発生する。そこで、後述するように、広帯域の中心付近にアイソレータの周囲新周波数をあわせ、今回提案のようにフィルタを例えば等分割することにより、帯域の両端よりのインピーダンスを独立にフィルタごとに調整可能となる（実施例２）。

広帯域と狭帯域のフィルタに、アイソレータ無しで各々PAを接続した場合、広帯域側のPAの歪に余裕を持たせた設計が必要となりPAが高価となってしまう。そこで、等分割することで、微調整のみで２つのPAに同等の設計・プロセスのデバイスを使用することが可能となり、仕様の異なるPAを2種類使用する場合より、コスト削減にもつながることになる。

図２は、スミスチャート上に、フィルタの周波数毎のインピーダンスを繋いだプロットイメージを示す図である。図２において、実線が通過帯域であり、点線が阻止域になる。図２（ａ）は、広帯域フィルタのインピーダンスのイメージを示すスミスチャート図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のフィルタの一部帯域しか使わないと考えたとき、つまり実線部分のみで使用する場合である。阻止域は５０Ω（スミスチャートの中心）位置から大きく離れており、通過帯域は５０Ω付近にあるが、周波数によってばらついていることがわかる。尚、スミスチャートは複素平面であり、反射係数を示している。また、これから伝送線路の複素インピーダンスを求めることができるようになっている。水平軸は複素反射係数の実数部、垂直軸は虚数部を表す。また、各円上はインピーダンスの実数（抵抗）成分が一定、上下に曲がった曲線上（実は円弧）はインピーダンスの虚数（リアクタンス）成分が一定である。図の中心は、負荷と伝送線路とが整合された場合に対応しており、反射波がなく損失（ロス）がなく伝送できていることを表している。図の周囲は、１００％の反射に対応しており、全ての信号が入力に戻っていることを示している。無線通信においては、中心を５０Ωに規格化して取り扱う場合が多い。そこで、以下においては、全て中心を５０Ωとして説明することにする。

図２（ａ）により理解できるように、図２（ａ）に用いた周波数フィルタの一部の通過周波数帯域のみを使えれば図２（ｂ）に示すように、５０Ωにかなり近い範囲のみを利用することができることがわかる。この例では、説明の簡単化のため同一のフィルタの一部通過帯域しか使用しないことでフィルタのインピーダンスを５０Ω近辺に集めやすいことを説明したが、通過帯域自体も狭く設計することでインピーダンス設計の自由度は上がりインピーダンスを集約しやすくなる。

つまりフィルタの通過帯域自体を狭くすることは、通過損失を小さく保ちつつインピーダンスをより５０Ω寄りに設計することができ最適化を行いやすくなることを図２（ｂ）で示している。一方で、広い通過帯域が要求されると、挿入損失を抑えることが優先されるため、インピーダンスは当初のプロットイメージのように５０Ωから広がってしまうこととなる（図２（ａ））。一般的には、現在主流のＳＡＷタイプのバンドパスフィルタでは、最大通過帯域幅は比帯域で約４％までが限界といわれている。

次に、これらのインピーダンスがどのように影響するかについて図面を参照しながら説明する。図１の上段の２つのスミスチャートは、自由空間内に存在するときの、アンテナのインピーダンスと、人体や周辺に金属等が存在し、装置との間で近接したり離れたりする場合のように、インピーダンスの変動が大きいときのインピーダンスをイメージとして示した図である。図１の符号１で示すスミスチャートの特性１ａは通常時のアンテナインピーダンスを示す図である。理想的には端末周辺に全く障害物がない自由空間である。これが、送信フィルタ（またはデュプレクサ）のインピーダンスと接続されると（符号５のスミスチャート内の特性５ａ参照）、自由空間のインピーダンス１ａ、送信フィルタのインピーダンス５ａ共に、５０Ω付近にあることから、通常時のPAの負荷もほとんど変化せず安定していることがわかる（符号１１のスミスチャート内の特性１１ａ参照）。

一方、アンテナインピーダンスが５０Ωから大きく離れた場合は（スミスチャート３の特性３ａ参照）、負荷変動時のPA負荷も同様に変化することになる（スミスチャート７の特性７ａ参照）。このときに、送信フィルタのインピーダンスが５０Ωに集中していない場合には、楕円状に広がることになり、周波数によってはインピーダンスが５０Ωに集中しているときより50Ωからのずれが小さくなることもあるが、反対に大きくなることもある。設計上は最悪のケースを考慮する必要があるため大きくずれたときを考慮することが必要になってくる。尚、送信フィルタは、簡単のためインピーダンス特性を１つのみ示しているが、入出力それぞれでインピーダンスが異なるため、両方のインピーダンスの集中度が重要になる。

次に、PAの負荷特性について考察する。負荷のインピーダンスによって、歪、消費電流、利得等が大きく変化する。歪については、特に隣接チャネル漏洩電力は規格で定められた値を守れないと、他の通信を妨害しシステム上の障害を引き起こす可能性もある。消費電流の増加はPAの熱上昇にもつながり、オーバーロードによる端末の遮断を起こしたり、最悪の場合にはPAが破壊される場合もある。利得については、低下が著しいと、規定の出力を出せなくなる可能性もあり、通信が途切れ易くなることが懸念される。このため、PAのメーカーは、スミスチャート上に、歪、電流、利得などを等高線的に示した負荷マップとして提供している。次に、簡単のために歪についてのみ示した図である。図３（ａ）は、あるシステムが使用する周波数帯を例示する図である。図３（ａ）に示すように、使用周波数帯（バンド）がｆ０、ｆ１Ｌからｆ１Ｈまで、ｆ２Ｌからｆ２Ｈまでというように３つの場合について考える。図３（ｂ）に示すスミスチャート２１には、使用周波数帯がｆ０の場合の、隣接チャネル漏洩電力の規格値内に入るインピーダンスの領域２１ａが示されている。尚、本来は、さらに複雑な領域の形状になるが、簡単化のために円状に示している。このように、比較的広い領域が得られる。通信には複数のチャネルが割り当てられ、つまり帯域幅を有しており、この帯域幅内の周波数毎に、この領域は異なってくる。図３（ｃ）に示すようにｆ１Ｌからｆ１Ｈまでのように1周波数から帯域を広げられると、スミスチャート２３に示すように、２１ａよりも領域２３ａが狭くなっている。さらに、図３（ｄ）に示すようにｆ２Ｌからｆ２Ｈまでのように帯域を広げられると、スミスチャート２５に示すように、２３ａよりもさらに狭くなり、領域２５ａにおいてのみ規格を満足できる。このように、規格を満足できる共通のエリアは、周波数帯域が広くなるに従って狭まっていく。また、本説明では規格を満足できるインピーダンスの範囲を全て同一サイズの円で示したが、周波数帯域を広げていくとＰＡ自体の広帯域化にも限界があり帯域の端では特性も劣化するため、本来はこの円は端側に行くほど小さくなるべきである。このことまでを考慮すると、全周波数帯域で規格を満足できる共通のインピーダンスの範囲はより一層狭い範囲になってしまう。

以下、本発明の第１の実施の形態による携帯通信装置について、図面を参照しながら説明を行う。

本実施の形態による通信技術は、２つの異なる周波数帯域が近接しており、この２つの周波数帯域を１つの通信端末装置により通信を行うときに有効である。特に、２つの周波数帯域幅が大きく異なっているケースを例にして説明する。

図４は、本実施の形態による通信端末装置に用いられる通信回路の主要部の一構成例を示す機能ブロック図である。図４に示す通信回路３１は、アンテナ３３と、第１のフィルタ３５及び第２のフィルタ３７と、第１のフィルタ３５側に設けられた第１のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４１及び第２のフィルタ３７側に設けられた第２のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４３と、アンテナ３３と、第１のフィルタ３５及び第２のフィルタ３７と、の接続を切り替える切り替えスイッチ（ＳＰＤＴＳＷ）５７であって第１のフィルタ３５側Ｆ１に接続する接続線５７ａと第２のフィルタ３７側Ｆ２に接続する接続線５７ｂとを有している。第１のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４１及び第２のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４３のそれぞれは、高周波回路部４５に接続されている。高周波回路部４５は、ベースバンド処理部４６からの信号を適切な周波数・レベルに変換し第１のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４１にと、第２のハイパワーアンプ（ＨＰＡ）４３に供給する可変増幅器や周波数変換器、周波数変換のための信号を生成する発信機などにより構成されている。端末としては、図示しないがこれらの回路を制御する制御部（ＣＰＵ）、プログラムを記憶するメモリ、ユーザーインタフェースにあたる表示部やキー入力部を有するがここでは図示しない。

図５は、本実施の形態による通信回路における使用周波数帯と、フィルタの通過周波数帯との関係を例示する図である。

ここでのバンドとは同一の規格を割当てられた帯域のまとまりで、国際的なローミングで考えるとバンド１が運用される地域とバンド２が運用される地域とは異なっているようなものである。その端末を販売する地域では狭い帯域のバンド２を使用し、その他の地域では広帯域のバンド１を使用する。また、同一国内の場合でも周波数割り当てを世界的に統一すべく、その移行時期には旧帯域と新帯域が共存している状況として考えることもできる。

複数の帯域に対応する場合は一般的には、それぞれのシステムの帯域幅に合わせた通過帯域を有するフィルタを設ける。本実施の形態では、例えば、ｆ１からｆ４までの周波数帯域を例えばほぼ２等分割した周波数帯域に通過周波数帯を有する第１のフィルタ６３ａと第２のフィルタ６３ｂとを設ける。この場合には、第１のフィルタ６３ａと第２のフィルタ６３ｂとが、分割周波数ｆ５を挟んでお互いの領域まで入り込んでいてもよい。実際には、２分割ではなくても、広い帯域幅を有する方（第１の周波数帯６１ａ）の第２の周波数帯６１ｂ側の周波数領域を、第２のフィルタ６３ｂでカバーするように構成することが好ましい。このように帯域幅ｆ２−ｆ１とｆ４−ｆ３とが大きく異なることは国際ローミングを考えると、十分に考えられる状況である。日本国内においては、複数の通信事業者間で帯域を分け合ってサービスを行うため、競合通信事業者の帯域を使うことはなく、従来は、割当て帯域の何割１かしか利用できないが、世界のできるだけ広いエリアでローミングすることを考えると、そのローミング帯域はできる限り広くカバーすることが望まれる。

従って、上記のように、本実施の形態による通信技術のように、運用帯域毎にそれぞれの周波数帯域に対応させたフィルタを形成するのではなく、広い帯域側は狭くするように第１のフィルタの通過帯域を設定し、第１のフィルタでカバーしなくなった帯域と狭い帯域側とを第２のフィルタでカバーするように通過帯域を設定することを提案するものである。２つの帯域幅がほぼ同等の帯域幅であるのが好ましい。

上記のようにすることにより、前述のように広帯域側においてPA負荷を５０Ωに近い良好な状態に維持することが困難な状況を回避できる。また、帯域幅がアンバランスな場合に、広帯域側のPAは、広帯域に特性を安定させるためより高い出力電力まで線形性を維持できるような余裕を持った設計とする必要が出てくる。こうなるとPAのコストやサイズが大きくなるばかりか、実際使用する出力電力においての電流も大きくなり通話時間に対して広帯域側のPAの消費電流が支配的になるという問題があったが、２つの帯域幅を同等とすることで、周波数帯域も近くなることから2つのPAとして同等のもの又は若干の調整を行ったものを使用できる。従って、調達コストの上でも安価になり入手もしやすくなるという利点がある。

次に、本実施の形態の第１・第２変形例による通信技術について図面を参照しながら説明を行う。図６及び図７は、図４に示す回路構成を前提とし、図５に示すフィルタ設定を変更した例である。図６では、第１のフィルタ６５ａと第２のフィルタ６５ｂとの通過周波数帯のエッジが、中間周波数ｆ５の近傍で重なっている。図７では、第１のフィルタ６５ａと第２のフィルタ６５ｂとの通過周波数帯のエッジが、中間周波数ｆ５の近傍で離間している（第１のフィルタの高周波側エッジｆ６と第２のフィルタの低周波側のエッジｆ７とが、離れている）。いずれの場合でも、図５に示すフィルタ構成をとった場合とほぼ同等の効果を得ることができる。

次に、本実施の形態の第３変形例による携帯通信装置について図面を参照しながら説明を行う。図８に示すように、本実施の形態による携帯通信装置３１は、アンテナ３３と、第１のフィルタである第１のデュプレレクサ７１と、第２のフィルタである第２のデュプレレクサ７３と、を有するとともに、第１のデュプレレクサ７１側に設けられた送信用のハイパワーアンプ７７と受信用のローノイズアンプ７５と、第２のデュプレレクサ７３側に設けられた送信用のハイパワーアンプ８１と受信用のローノイズアンプ８３と、これらのアンプに接続される高周波回路部４５ａと、ベースバンド処理部４６ａが設けられている。高周波回路部４５ａには、可変増幅器、周波数変換器、発信器などが設けられ、ＣＰＵ、表示部、メモリ、キー入力部についても図４と同様である。送信周波数帯域が近接していても、送受信間隔はシステムにより異なるため必ずしも受信帯域が近接するとは、限らない。その場合は送信フィルタ１つ受信フィルタ２つといったトリプレクサ構成もありえる。

次に、本発明の第２の実施の形態による携帯通信装置について図面を参照しながら説明を行う。図９は、本実施の形態による携帯通信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図９に示す携帯通信装置１０１は、アンテナ１０３と、第１のフィルタ１０５及び第２のフィルタ１０７と、アイソレータ１１１と、１つのハイパワーアンプ１１３と、高周波回路部１１５と、を有している。アンテナ１０３とフィルタ１０５・１０７との間には第１のスイッチ１１７が設けられ、フィルタ１０５・１０７とアイソレータ１１１との間には第２のスイッチ１１９が設けられている。

図１０は、図９に示す携帯通信装置の変形例である。図１０に示す装置では、図９に示す装置に加えて、第１のフィルタ１０５と第１のスイッチ１１７との間に整合回路１２１を、第２のフィルタ１０７と第１のスイッチ１１７との間に整合回路１２５を、第１のフィルタ１０５と第２のスイッチ１１９との間に整合回路１２３を、第２のフィルタ１０７と第２のスイッチ１１９との間に整合回路１２７を、それぞれ設けている。

図１１は、本実施の形態による携帯通信装置における、アイソレータの特性と、使用周波数帯と、フィルタの通過周波数帯と、の関係を例示する図である。使用周波数帯と、フィルタの通過周波数帯と、の関係は、図５に示す第１の実施の形態と同様である。すなわち、第１のフィルタ１０５の周波数帯域ｆ１１からｆ１２までのうち、低周波数側、すなわち、ｆ１１〜ｆ１５までを第１のフィルタ１０５によりカバーし、ｆ１５からｆ１２までは、第２の周波数帯ｆ１３からｆ１４までに対応する第２のフィルタ１０７によりカバーする構成としている。

このように、２つの周波数帯域に対してアイソレータ１１１を使用することにより、1つのHPA１１３のみで構成できるようにしている。

尚、アンテナインピーダンスの変動に対してアイソレータ１１１を用いることで、HPAの負荷変動が見えにくくすることができ、1つのHPA１１３で広帯域化を実現することができる。ただし、携帯型通信装置用に小型化されたアイソレータ１１１を用いると、順方向ロスと逆方向ロスとの差として得られるアイソレーションの効果は、比較的狭帯域でのものに限定され、使用周波数帯域の両端側では小さくなってしまうことがわかる。従って、中心周波数帯域付近での負荷は安定するが、端の周波数帯域になるほどアイソレータによる負荷変動の低減効果がなくなってくる。さらに、１つのHPA１１３のみで全帯域をカバーしていることため、HPA１１３自体の歪特性的にも設計が厳しくなる。そこで、本実施の形態においても、第１のフィルタ１０５の広帯域側を狭くし、第２のフィルタ１０７の狭帯域側を広くすることで、フィルタの片端のみのインピーダンスの管理を行えば良いようにして、負荷変動の範囲が極力小さくなるようにすることができる。例えば、第１のフィルタ１０５では、ｆ１１の近傍の領域におけるインピーダンスを５０Ωに近づけるようにし、第２のフィルタ１０７では、ｆ１４の近傍の領域におけるインピーダンスを５０Ωに近づけるようにする、すなわちアイソレーションが少ない帯域だけ５０Ωに近づけるようにするだけで効果がある。すなわち、本実施の形態による通信回路においては第１のフィルタ１０５の通過帯域の出力（アンテナ１０３側）インピーダンスが、通過帯域内において、第２のフィルタ１０７の通過帯域から遠い側が近い側より５０Ωに近くなっており、かつ、第２のフィルタ１０７の通過帯域内の出力インピーダンスも同様に第１のフィルタ１０５の通過帯域から遠い側が近い側より５０Ωに近くなっていることを特徴とする。さらに、第１のフィルタ１０５の通過帯域の出力（アンテナ側）インピーダンスが、通過帯域内において、第２のフィルタ１０７の通過帯域から遠い側が近い側より５０Ωに近くなっており、かつ、第２のフィルタ１０７の通過帯域内の入力インピーダンスも、同様に第1のフィルタ１０５の通過帯域から遠い側が近い側より５０Ωに近くなっていることを特徴とする。尚、入力側（ＰＡ側）のインピーダンスに関しては、フィルタのロス分が１〜３ｄBほどあるためにアンテナインピーダンス変動の影響もこのロスのため小さくなる傾向になる。

すなわち、第１の実施の形態では、フィルタの通過帯域全体を５０Ωに近づけるようにするものであるのに対して、第２の実施の形態では、アイソレーションの少ない通過帯域である片端側のインピーダンスを５０Ωに近づけるようにすることが好ましい。また、フィルタのインピーダンスは、主としてフィルタ自身の設計において調整されるのが一般的である。但し、携帯通信端末を製造する際に、フィルタを搭載した回路基板上で後から微調整することも可能である。この場合には、フィルタの前後にインダクタやコンデンサなどを用いた整合回路を配置することができる（図１０参照）。図１０の構成において、整合回路によりインピーダンス調整を行った例についてスミスチャートを利用して説明する。図１２（Ａ）に示すスミスチャート１３１には、第１のフィルタ１０５のインピーダンス１３５が示されている。また、低周波数側の領域は、符号１３３で示される円内である。この図を見るとわかるように、低周波数側の領域１３３は、スミスチャートの中心にある５０Ωのポイントから少し高周波数側にずれていたと仮定する。そこで、図１０に示す整合回路により、低周波側（低周波側のアイソレーションが高周波側よりも少ないものと仮定したとき）のインピーダンスを５０Ωに寄せることができる。

例えば、フィルタの入力側、出力側はそれぞれインピーダンスが異なっており、入力側インピーダンスを動かしたいときは入力端の整合回路を調整することによってインピーダンスを動かすことができる。入力片側だけでよいことも有るが、片側を動かすと、少なからず反対側のインピーダンスにも影響が出るため、反対側の出力整合調整も必要になることもある。

図１２（Ｂ）に示すように、第１のフィルタ１０５のインピーダンスを調整し、低周波数側の領域を符号１３７で示すように５０Ω側に移動させている。このように、周波数側の領域を５０Ωに近づける調整を行うことで、図１１に示す第１のフィルタの低周波数側の領域を５０Ωに近づけることができ、アイソレータのアイソレーション確保が困難な低周波数側の領域でも、負荷変動の影響を抑制することができる。尚、図９に示すように、整合回路をもたない構成でも、部品を製造する設計段階で同様の思想により調整することが可能である。

以上のように、部品を製造した後に基板に搭載された状態で、例えば携帯通信端末の製造メーカ側で上記の設計思想に基づいてインピーダンスの調整を行うことが可能であり、アイソレータのアイソレーション確保が困難な周波数帯域を５０Ωに近づけることで負荷変動の影響を抑制することができる。

図１３は、本実施の形態による携帯通信端末装置の変形例を示す機能ブロック図であり、図８に示す図と同様に、フィルタとしてデュプレクサ２２１・２２３を用い、送信側には、アイソレータ１１１と、ハイパワーアンプ１１３を用い、アンテナ１０３側のスイッチ１１７とアイソレータ１１１側のスイッチ１１９により、第１のフィルタ２２１と第２のフィルタ２２３との切り替えを行うものである。デュプレクサ２２１・２２３は、受信側にも利用される。受信側においては、ローノイズアンプ２２７を用い、アンテナ１０３側のスイッチ１１７とアイソレータ１１１側のスイッチ１１９により、第１のフィルタ２２１と第２のフィルタ２２３との切り替えを行うものである。送信側、受信側とも、高周波回路部１１５ａに接続され、図示しないＣＰＵにより制御されている点は前述の実施の形態と同様である。このように、図１３に示す回路においても、送信側にアイソレータ１１１を入れることで、送信側のハイパワーアンプ１１３を１つのみ用いれば良く、回路の簡素化とコストの低減が可能である。

次に、本発明の第３の実施の形態による携帯通信端末装置について説明する。図１４は、本実施の形態による携帯通信端末装置の一構成例を示す機能ブロック図であり、図１５は、本実施の形態による通信回路における使用周波数帯と、フィルタの通過周波数帯との関係を例示する図である。図１４に示すように、本実施の形態による携帯通信端末装置１３１は、アンテナ１３３と、第１のフィルタ１５１（デュプレクサ）と、第２のフィルタ（デュプレクサ）１５３と、第３のフィルタ（デュプレクサ）１５５と、を有している。この例でも、送信側では、アイソレータ１４１と、ハイパワーアンプ１６１と、を有しており、受信側では、ローノイズアンプ１６３が設けられ、送信側・受信側とも、高周波回路部１６５と図示しないＣＰＵにより制御されている。

送信側において第１から第３のフィルタ１５１・１５３・１５５のいずれを選択するかは、スイッチ１４７・１４９により選択し、受信側において第１から第３のフィルタ１５１・１５３・１５５のいずれを選択するかは、スイッチ１４７・１５７により選択する。

図１５に示すように、送信側が第１の周波数帯（バンド１）と第２の周波数帯（バンド２）との２つの周波数帯で送信されるようになっている。第１の実施の形態のフィルタ設計では、図５に示すように、バンド１の帯域ｆ１からｆ２までのうち第１のフィルタでｆ１からｆ２までのうちｆ１からｆ５（ｆ２＞ｆ５）をカバーするようにした。一方、本実施の形態によるフィルタ設計では、バンド１の帯域ｆ２１からｆ２２までのうち第１のフィルタをｆ２１からｆ２５（ｆ２５＜ｆ２６）でまでの通過領域とし、ｆ２２からｆ２５までの領域は、第２のフィルタ（通過領域：ｆ２５からｆ２６）でカバーし、第２の周波数領域（バンド２）は、第２のフィルタと第３のフィルタとでカバーしている。

尚、図１５では、バンド１とバンド２との周波数帯域幅を同じ程度として説明したが、図５に示すように、バンド１の方の帯域幅が広い場合において、バンド１の帯域幅を、フィルタ１とフィルタ２でカバーし、バンド２の帯域幅をフィルタ３でカバーするようにしても良い。その他、様々な変形が可能である。

また、上記、図１４においては、デュプレクサを用いることで送信側と受信側とを兼用させた例を示しているが、もちろん、一般的なフィルタを用い、送信側又は受信側に上記と同様のフィルタ構成を適用することもできる。また、図１５では、第１から第３までの３つのフィルタを用いる例を示したが、４以上のフィルタを用いても良いのは言うまでもない。

上記各実施の形態における回路は、携帯電話機やＰＤＡなどの携帯用無線通信端末装置に利用できる。以下に、そのような応用例に関する一例として、携帯電話機についての応用例について図面を参照しながら説明を行う。

図１６は、本実施の形態による無線通信技術を適用するマルチバンド対応携帯電話機の外観構成例を示す図である。図１７は、図１６に示すマルチバンド対応携帯電話機の主要構成例を示す機能ブロック図である。また、図１８は、マルチバンド対応携帯電話機Ａを複数の通信システムで運用する概要を示す図である。システム１の中でのみ動作する端末Ｂ１〜３と、システム２の中での動作する端末Ｃ１〜３と、システム１と２の両方で動作する本提案による端末Ａである。例えば、国際ローミングを考えるとシステム１は国内のシステム、システム２は海外のシステムとなる。また、国際ローミングではなくてもシステム１は旧帯域、システム２は新帯域と考えることもできる。この場合は、システム１からシステム２への置き換え移行時期のつなぎとしてＡが必要になる。

図１６に例示的に示す携帯電話機Ａは、上記に説明した通信技術を利用している。図１６に示すように、第１の筐体２０１と第２の筐体２０２とを備えている。第１の筐体２０１には、操作部２０４が設けられ、第２の筐体２０２にはＬＣＤ表示部２０５が設けられている。例示的に示されるように、アンテナ３３は第１の筐体内の第２の筐体との開閉ヒンジ付近または利用者の口元にあたる部分に内蔵されていることが多い。よって、利用者の保持方法によっては手や顔の影響でアンテナのインピーダンスは変動しやすい状況にある。図１７に示す機能ブロック図のように、携帯電話機Ａは、アンテナ３３と、通信回路３１（図４等参照）と、ＣＰＵ４７、メモリ４９、操作部（キー入力部）２０４、表示部２０５を有している。図４、図８、図９・図１０、図１３・図１４等に示される通信回路３１や１０１を備えることで、携帯電話機Ａは、第１の周波数帯域（１）で第１のシステム２５１により通信が可能である。さらに、同じ携帯電話機Ａを利用して、第２の周波数帯域（２）で第２のシステム２５３と通信することが可能である。このようなマルチバンド対応無線通信装置において、本実施の形態による通信技術を用いることで、負荷変動の影響を抑制することができるという利点がある。

以上に説明したように、本発明の各実施の形態によるマルチバンド対応携帯用通信端末装置では、マルチバンドに対応させつつ、パワーアンプＰＡの負荷変動の影響を抑制することが可能である。また、アイソレータを設けない構成も可能であり、この場合には、コストの削減と装置の小型化が可能となる。アイソレータを設けた場合にも、パワーアンプを１つで構成することも可能であり、同様にコストの削減が可能である。

また、送受の周波数が異なるシステムにおいては、送信周波数と受信周波数はペアで設定されており、デュプレクサの送信側通過帯域幅を決めれば、受信側通過帯域幅は必然的に決まってくる。本明細における通過帯域幅の定義としては、実際に通信に使用する送信または受信の帯域幅のことであり、この帯域よりも物理的に帯域幅を広く取ったものも含んでいる。つまり通信に使用する周波数でのインピーダンスを議論しているため、使わない周波数でのインピーダンスは問題にならないこともあるからである。このことは、受信側の回路についても同様で、帯域が広い場合はゲインやノイズフィギュアなど周波数偏差が大きくなったり変化が単一でなくなったりするため、端末内での調整項目が増加し制御が複雑になるが、本提案のフィルタ構成を用いることで受信フィルタの狭帯域化を行うことでより設計や調整を容易にすることができるという利点もある。さらに、フィルタの帯域を狭くすることで、受信回路の送信波の回り込みについても抑圧しやすくなるという利点もある。

本発明は、異なる周波数帯域を用いることができるマルチバンド対応携帯電話機に利用可能である。

Claims (14)

1. 第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域とを利用可能なマルチバンド対応無線通信装置であって、
   高周波回路部と、前記高周波回路部に接続された第１の電力増幅器及び第２の電力増幅器と、前記第１の電力増幅器に接続された第１のフィルタと、前記第２の電力増幅器に接続された第２のフィルタと、アンテナと、前記第１のフィルタ又は前記第２のフィルタと前記アンテナとを選択的に接続するスイッチと、を有し、
   前記第２のフィルタの通過帯域である第２の通過帯域は、前記第１の周波数帯域のうちの一部と前記第２の周波数帯域の全部とを含み、
   前記第１のフィルタの通過帯域である第１の通過帯域は、前記第１の周波数帯域の一部以外の帯域を含むことを特徴とするマルチバンド対応無線通信装置。
2. 前記第２のフィルタは、前記第２の周波数帯域及び前記第１の周波数帯域のうちの一部を処理することを特徴とする請求項１に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
3. 前記第１の周波数帯域は、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタによって処理されることを特徴とする請求項１に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
4. 前記第１の電力増幅器と前記第２の電力増幅器は同一の電力増幅器であることを特徴とする請求項１に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
5. 第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域とを含む複数の周波数帯域を利用可能なマルチバンド対応無線通信装置であって、
   高周波回路部と、前記高周波回路部に接続された第１の電力増幅器、第２の電力増幅器、及び第３の電力増幅器と、前記第１の電力増幅器に接続された第１のフィルタと、前記第２の電力増幅器に接続された第２のフィルタと、前記第３の電力増幅器に接続された第３のフィルタと、アンテナと、前記第１のフィルタから前記第３のフィルタのいずれか１つと前記アンテナとを選択的に接続するスイッチと、有し、
   前記第１のフィルタの通過帯域である第１の通過帯域は前記第１の周波数帯域の一部を含み、
   前記第２のフィルタの通過帯域である第２の通過帯域は前記第１の周波数帯域の一部及び前記第２の周波数帯域の一部を含み、
   前記第３のフィルタの通過帯域である第３の通過帯域は前記第２の周波数帯域の一部を含み、
   前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、及び前記第３の通過帯域により、前記第１の周波数帯域及び前記第２の周波数帯域の全体をカバーすることを特徴とするマルチバンド対応無線通信装置。
6. 前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、及び前記第３の通過帯域の帯域幅は、前記第１の周波数帯域及び前記第２の周波数帯域のいずれの帯域の帯域幅よりも狭いことを特徴とする請求項５に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
7. 前記第１の電力増幅器、前記第２の電力増幅器、前記第３の電力増幅器のうち２つ以上が同一の電力増幅器であることを特徴とする請求項５に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
8. 前記第１の通過帯域及び前記第２の通過帯域はすべて送信用又はすべて受信用の帯域であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
9. 前記第１の通過帯域及び前記第２の通過帯域はすべて異なるシステムで利用されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
10. 前記第２の電力増幅器は前記第１の電力増幅器と同一であり、
    さらに、前記第１の電力増幅器と、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタとの間に、前記第１の電力増幅器の出力のインピーダンス変動をアイソレートするアイソレータと、
    前記アイソレータの出力を前記第１のフィルタと前記第２のフィルタに選択的に出力する第１のスイッチと
    を設けたことを特徴とする請求項４又は７に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
11. 前記アイソレータのアイソレーションが最大となる周波数を、前記第１の通過帯域と前記第２の通過帯域との境界又は重なり周波数に近似させることを特徴とする請求項１０に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
12. 前記第１のフィルタの出力側のインピーダンスが、前記第２のフィルタの通過帯域から遠い周波数側が近い周波数側よりも相対的に５０Ωに近くなっており、かつ、前記第２のフィルタの通過帯域の出力インピーダンスも前記第１のフィルタの通過帯域に遠い側が近い側より相対的に５０Ωに近くなっていることを特徴とする請求項１０に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
13. 前記第１のフィルタの通過帯域の入力側のインピーダンスが、前記第２のフィルタの通過帯域から遠い周波数側が近い周波数側よりも相対的に５０Ωに近くなっており、かつ、前記第２のフィルタの通過帯域の入力インピーダンスも前記第1のフィルタの通過帯域に遠い側が近い側より相対的に５０Ωに近くなっていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のマルチバンド対応無線通信装置。
14. さらに、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタのうちの少なくとも一方に、フィルタのインピーダンスを調整する整合回路を設けることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のマルチバンド対応無線通信装置。

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