JP4558553B2 - High frequency communication equipment - Google Patents
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Description
この発明は、ダイポールアンテナを用いて、高周波信号を送受信する高周波通信機に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency communication device that transmits and receives a high-frequency signal using a dipole antenna.
従来の高周波通信機は、半導体基板上にマイクロストリップパッチアンテナ、単相増幅器、通信回路（単相混合器、単相局部信号発生器）及び信号入出力端子が形成されている。
例えば、信号を送信する場合、信号入出力端子から入力された低い周波数帯のＩＦ信号が単相混合器に入力され、その単相混合器が局部信号発生器から供給される局部発振信号とＩＦ信号を混合して、そのＩＦ信号を搬送波周波数帯の信号に変換する。
単相混合器から出力された搬送波周波数帯の信号は、単相増幅器により増幅されたのち、マイクロストリップパッチアンテナに給電され、マイクロストリップパッチアンテナから放射される。
In a conventional high frequency communication device, a microstrip patch antenna, a single phase amplifier, a communication circuit (single phase mixer, single phase local signal generator) and a signal input / output terminal are formed on a semiconductor substrate.
For example, when transmitting a signal, an IF signal in a low frequency band input from a signal input / output terminal is input to a single-phase mixer, and the single-phase mixer is supplied from a local signal generator and an IF The signals are mixed and the IF signal is converted into a signal in the carrier frequency band.
The carrier frequency band signal output from the single phase mixer is amplified by a single phase amplifier, then fed to the microstrip patch antenna and radiated from the microstrip patch antenna.
一方、信号を受信する場合、マイクロストリップパッチアンテナにより受信された搬送波周波数帯の信号が単相増幅器により増幅され、増幅後の搬送波周波数帯の信号が単相混合器に供給される。
これにより、単相混合器が局部信号発生器から供給される局部発振信号と搬送波周波数帯の信号を混合して、その搬送波周波数帯の信号を低い周波数帯のＩＦ信号に変換する。
単相混合器から出力された低い周波数帯のＩＦ信号は、信号入出力端子から出力される。
On the other hand, when receiving a signal, the signal in the carrier frequency band received by the microstrip patch antenna is amplified by the single phase amplifier, and the amplified signal in the carrier frequency band is supplied to the single phase mixer.
As a result, the single-phase mixer mixes the local oscillation signal supplied from the local signal generator and the signal in the carrier frequency band, and converts the signal in the carrier frequency band into an IF signal in the low frequency band.
The IF signal of the low frequency band output from the single phase mixer is output from the signal input / output terminal.
ここで、単相増幅器の構成を簡単に説明する。
単相増幅器を構成しているトランジスタのゲート端子には、入力端子とバイアス抵抗が接続され、そのバイアス抵抗のもう一方の端に接続されているバイアス回路によってゲートが直流バイアスされている。
そのトランジスタのエミッタ端子は、ビアホールを介して接地されており、そのトランジスタのコレクタ端子には、マイクロストリップパッチアンテナと負荷抵抗が接続され、その負荷抵抗のもう一方の端には、ワイヤを介して電源が接続されている。その電源によってコレクタが直流バイアスされている。
また、その負荷抵抗とワイヤの間には、高周波を接地するためのバイパスコンデンサが接続され、バイパスコンデンサのもう一方の端には、ビアホールが接続されて接地されている。
Here, the configuration of the single-phase amplifier will be briefly described.
An input terminal and a bias resistor are connected to the gate terminal of the transistor constituting the single phase amplifier, and the gate is DC biased by a bias circuit connected to the other end of the bias resistor.
The emitter terminal of the transistor is grounded via a via hole, the collector terminal of the transistor is connected to a microstrip patch antenna and a load resistor, and the other end of the load resistor is connected via a wire. The power supply is connected. The collector is DC biased by the power source.
A bypass capacitor for grounding the high frequency is connected between the load resistor and the wire, and a via hole is connected to the other end of the bypass capacitor and grounded.
そのトランジスタは、ソース接地増幅器を構成しており、入力端子から入力された高周波信号がトランジスタのゲートに入力され、トランジスタのドレインと負荷抵抗の間に接続された出力端子から増幅された高周波信号が得られる。
このように、高周波でソース接地増幅器を実現するためには、トランジスタのエミッタとビアホール間の接続点と、負荷抵抗とワイヤ間の接続点とが高周波において接地されていなければならない（例えば、非特許文献１参照）。
The transistor constitutes a grounded source amplifier, a high frequency signal input from the input terminal is input to the gate of the transistor, and an amplified high frequency signal is output from the output terminal connected between the drain of the transistor and the load resistor. can get.
As described above, in order to realize a source grounded amplifier at a high frequency, the connection point between the emitter and the via hole of the transistor and the connection point between the load resistor and the wire must be grounded at a high frequency (for example, non-patent) Reference 1).
従来の高周波通信機は以上のように構成されているので、単相信号をマイクロストリップパッチアンテナに給電する単相増幅器を半導体基板の中央部に形成する場合、例えば、ビアホールのように、高い周波数でインピーダンスが十分小さい接地手段が半導体基板に設けられている必要がある。したがって、ビアホールのような接地手段を実装することが困難な半導体基板には、単相信号をマイクロストリップパッチアンテナに給電する単相増幅器を形成することができないなどの課題があった。 Since conventional high-frequency communication devices are configured as described above, when a single-phase amplifier that feeds a single-phase signal to a microstrip patch antenna is formed in the center of a semiconductor substrate, for example, a high frequency such as a via hole. The grounding means having a sufficiently low impedance must be provided on the semiconductor substrate. Therefore, there is a problem that a single-phase amplifier that feeds a single-phase signal to a microstrip patch antenna cannot be formed on a semiconductor substrate in which it is difficult to mount a grounding means such as a via hole.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ビアホールのような接地手段を半導体基板に実装することなく、高周波の信号をダイポールアンテナに給電することができる高周波通信機を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a high-frequency communication device capable of feeding a high-frequency signal to a dipole antenna without mounting a grounding means such as a via hole on a semiconductor substrate. For the purpose.
この発明に係る高周波通信機は、送信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して、増幅後の差動信号をダイポールアンテナに給電する差動増幅器をダイポールアンテナと同一の半導体基板上に形成するようにし、差動増幅器を構成している第１及び第２のトランジスタのベース端子が、送信信号である差動信号が入力される正相側及び逆相側の入力端子にそれぞれ接続され、第１及び第２のトランジスタのエミッタ端子が共通の定電流源を介して接地され、第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子が共通の電源に接続され、かつ、ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターンにそれぞれ接続されているようにしたものである。 When a differential signal that is a transmission signal is input, the high-frequency communication device according to the present invention amplifies the differential signal, and a differential amplifier that feeds the amplified differential signal to the dipole antenna is a dipole antenna. The base terminals of the first and second transistors constituting the differential amplifier are formed on the same semiconductor substrate, and are connected to the positive phase side and the negative phase side to which a differential signal as a transmission signal is input. Connected to the input terminal, the emitter terminals of the first and second transistors are grounded via a common constant current source, the collector terminals of the first and second transistors are connected to a common power source, and a dipole The antenna elements are connected to the antenna element patterns on the positive phase side and the negative phase side constituting the antenna.
この発明によれば、送信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して、増幅後の差動信号をダイポールアンテナに給電する差動増幅器をダイポールアンテナと同一の半導体基板上に形成するように構成したので、ビアホールのような接地手段を実装することなく、高周波の信号をダイポールアンテナに給電することができる効果がある。
また、差動増幅器を構成している第１及び第２のトランジスタのベース端子が、送信信号である差動信号が入力される正相側及び逆相側の入力端子にそれぞれ接続され、第１及び第２のトランジスタのエミッタ端子が共通の定電流源を介して接地され、第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子が共通の電源に接続され、かつ、ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターンにそれぞれ接続されているように構成したので、差動信号を送信するに際して、ビアホールのような接地手段を用いることなく、差動信号の正相信号と逆相信号を同相合成する点を高周波的に接地することができる効果がある。
According to the present invention, when a differential signal that is a transmission signal is input, the differential signal is amplified, and the differential amplifier that feeds the amplified differential signal to the dipole antenna is the same semiconductor as the dipole antenna. Since it is formed on the substrate, there is an effect that a high-frequency signal can be supplied to the dipole antenna without mounting a grounding means such as a via hole.
The base terminals of the first and second transistors constituting the differential amplifier are connected to the input terminals on the positive phase side and the reverse phase side to which the differential signal as the transmission signal is input, respectively. And the emitter terminals of the second transistors are grounded via a common constant current source, the collector terminals of the first and second transistors are connected to a common power source, and constitute a dipole antenna. Since it is configured to be connected to the antenna element pattern on the opposite phase side and to the opposite phase side, when transmitting the differential signal, the positive phase signal and the negative phase signal of the differential signal are used without using a grounding means such as a via hole. There is an effect that the point in-phase synthesis can be grounded at high frequency.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波通信機を示す構成図であり、図において、ダイポールアンテナは正相側のアンテナ素子パターン２ａと逆相側のアンテナ素子パターン２ｂから構成されており、半導体基板１上に形成されている。
差動増幅器３は半導体基板１上に形成され、入出力端子５ａ，５ｂから送信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して、増幅後の差動信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電する機能を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a high-frequency communication device according to
The
電源８はワイヤ７ａを介して電源端子４に接続され、駆動用電力を差動増幅器３に供給する。
なお、差動増幅器３は接地端子６と接続され、接地端子６はワイヤ７ｂを介してグランド９と接続されている。
The
The
図２はこの発明の実施の形態１による高周波通信機における差動増幅器の内部回路を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第１のトランジスタであるトランジスタ１１ａはベース端子が正相側の入出力端子５ａと接続され、第２のトランジスタであるトランジスタ１１ｂはベース端子が逆相側の入出力端子５ｂと接続されている。
定電流源１２は一端がトランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ端子と接続され、他端が接地端子６と接続されている。
2 is a block diagram showing the internal circuit of the differential amplifier in the high-frequency communication device according to
The base terminal of the
The constant
バイアス抵抗１３ａは一端がトランジスタ１１ａのベース端子と接続され、他端がバイアス回路１５と接続されている。
バイアス抵抗１３ｂは一端がトランジスタ１１ｂのベース端子と接続され、他端がバイアス回路１５と接続されている。
負荷抵抗１４ａは一端がトランジスタ１１ａのコレクタ端子及び正相側のアンテナ素子パターン２ａと接続され、他端が電源端子４と接続されている。
負荷抵抗１４ｂは一端がトランジスタ１１ｂのコレクタ端子及び逆相側のアンテナ素子パターン２ｂと接続され、他端が電源端子４と接続されている。
The
The
One end of the
One end of the
次に動作について説明する。
高周波通信機が信号を送信する場合、入出力端子５ａから搬送波周波数帯の高周波差動信号の正相信号が入力され、入出力端子５ｂから搬送波周波数帯の高周波差動信号の逆相信号が入力される。
差動増幅器３は、入出力端子５ａ，５ｂから高周波差動信号の正相信号及び逆相信号が入力されると、その高周波差動信号を増幅して、増幅後の高周波差動信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電する。
Next, the operation will be described.
When the high frequency communication device transmits a signal, a positive phase signal of a high frequency differential signal in the carrier frequency band is input from the input /
The
即ち、差動増幅器３のトランジスタ１１ａのベースには、図２に示すように、入出力端子５ａから入力された高周波差動信号の正相信号が入力され、差動増幅器３のトランジスタ１１ｂのベースには、入出力端子５ｂから入力された高周波差動信号の逆相信号が入力される。
高周波差動信号の正相信号がＨレベルである場合、高周波差動信号の逆相信号がＬレベルであり、その正相信号と逆相信号の位相が１８０度ずれている。
一方、高周波差動信号の正相信号がＬレベルである場合、高周波差動信号の逆相信号がＨレベルであり、その正相信号と逆相信号の位相が１８０度ずれている。
That is, as shown in FIG. 2, the positive phase signal of the high frequency differential signal input from the input /
When the positive phase signal of the high frequency differential signal is at the H level, the negative phase signal of the high frequency differential signal is at the L level, and the phase of the positive phase signal and the negative phase signal is 180 degrees out of phase.
On the other hand, when the positive phase signal of the high frequency differential signal is L level, the negative phase signal of the high frequency differential signal is H level, and the phase of the positive phase signal and that of the negative phase signal are shifted by 180 degrees.
このため、高周波差動信号の正相信号と逆相信号が同相合成される点、即ち、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ同士の接続点であるノードＡと、負荷抵抗１４ａ，１４ｂの接続点であるノードＢとが常に高周波的に接地されている状態になる。したがって、例えば、ビアホールのように、高い周波数でインピーダンスが十分小さい接地手段を半導体基板１に設ける必要がない。
Therefore, the positive-phase signal and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal are combined in phase, that is, the node A that is a connection point between the emitters of the
高周波差動信号の正相信号がＨレベル、高周波差動信号の逆相信号がＬレベルである場合、トランジスタ１１ａのベース電圧が高くなり、トランジスタ１１ｂのベース電圧が低くなるため、負荷抵抗１４ａに流れる電流が増加して、負荷抵抗１４ｂに流れる電流が減少する。
この結果、アンテナ素子パターン２ａの接続点であるトランジスタ１１ａのコレクタ端子の電圧が低くなるとともに、アンテナ素子パターン２ｂの接続点であるトランジスタ１１ｂのコレクタ端子の電圧が高くなり、アンテナ素子パターン２ａ（トランジスタ１１ａのコレクタ端子）とアンテナ素子パターン２ｂ（トランジスタ１１ｂのコレクタ端子）とに１８０度位相の異なる信号がダイポールアンテナに給電されることになる。
When the positive-phase signal of the high-frequency differential signal is H level and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal is L level, the base voltage of the
As a result, the voltage at the collector terminal of the
一方、高周波差動信号の正相信号がＬレベル、高周波差動信号の逆相信号がＨレベルである場合、トランジスタ１１ａのベース電圧が低くなり、トランジスタ１１ｂのベース電圧が高くなるため、負荷抵抗１４ａに流れる電流が減少して、負荷抵抗１４ｂに流れる電流が増加する。
この結果、アンテナ素子パターン２ａの接続点であるトランジスタ１１ａのコレクタ端子の電圧が高くなるとともに、アンテナ素子パターン２ｂの接続点であるトランジスタ１１ｂのコレクタ端子の電圧が低くなり、アンテナ素子パターン２ａ（トランジスタ１１ａのコレクタ端子）とアンテナ素子パターン２ｂ（トランジスタ１１ｂのコレクタ端子）とに１８０度位相の異なる信号がダイポールアンテナに給電されることになる。
なお、高周波差動信号の正相信号及び逆相信号は、その信号レベルに関わらず、差動増幅器３のトランジスタ１１ａ，１１ｂにより増幅されている。
On the other hand, when the positive-phase signal of the high-frequency differential signal is L level and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal is H level, the base voltage of the
As a result, the voltage at the collector terminal of the
Note that the positive-phase signal and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal are amplified by the
上記のように、高周波差動信号における１８０度位相の異なる正相信号及び逆相信号が、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにそれぞれ給電され、その信号がアンテナ素子パターン２ａ，２ｂから空中に放射される。
As described above, the positive-phase signal and the negative-phase signal having a phase difference of 180 degrees in the high-frequency differential signal are respectively fed to the
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して、増幅後の差動信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電する差動増幅器３をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂと同一の半導体基板１上に形成するように構成したので、ビアホールのような接地手段を実装することなく、高周波の信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電することができる効果を奏する。また、ビアホールのような接地手段を実装する必要がないため、半導体基板１の裏面金属が不要になり、アンテナの放射効率を高めることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, when a differential signal as a transmission signal is input, the differential signal is amplified and the amplified differential signal is converted into an antenna element of a dipole antenna. Since the
また、この実施の形態１によれば、差動増幅器３を構成しているトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース端子が、送信信号である差動信号が入力される入出力端子５ａ，５ｂにそれぞれ接続され、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ端子が共通の定電流源１２を介して接地され、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子が共通の電源８に接続され、かつ、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにそれぞれ接続されているように構成したので、高周波差動信号を送信するに際して、ビアホールのような接地手段を用いることなく、高周波差動信号の正相信号と逆相信号を同相合成する点を高周波的に接地することができる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the base terminals of the
なお、この実施の形態１では、トランジスタ１１ａ，１１ｂがバイポーラトランジスタであるものについて示しているが、トランジスタ１１ａ，１１ｂが電界効果トランジスタであってもよく、この実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, the
また、この実施の形態１では、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子が負荷抵抗１４ａ，１４ｂと接続されているものについて示したが、負荷抵抗１４ａ，１４ｂに限るものではなく、例えば、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子がスパイラルインダクタや、トランジスタと接続されるようにしてもよく、この実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, the collector terminals of the
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高周波通信機を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
差動増幅器１０は半導体基板１上に形成され、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂから受信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して入出力端子５ａ，５ｂに出力する機能を備えている。
なお、差動増幅器１０は電源端子４と接続され、電源８からワイヤ７ａを介して駆動用電力が供給されている。
また、差動増幅器１０は接地端子６と接続され、ワイヤ７ｂを介してグランド９に接地されている。
Embodiment 2. FIG.
3 is a block diagram showing a high-frequency communication device according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The
The
The
図４はこの発明の実施の形態２による高周波通信機における差動増幅器の内部回路を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図４の例では、高周波通信機が受信機として使用されるため、アンテナ素子パターン２ａ，２ｂがトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース端子と接続され、入出力端子５ａ，５ｂがトランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子と接続されている。
4 is a block diagram showing an internal circuit of a differential amplifier in a high-frequency communication apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
In the example of FIG. 4, since the high frequency communication device is used as a receiver, the
次に動作について説明する。
高周波通信機が信号を受信する場合、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａにより搬送波周波数帯の高周波差動信号の正相信号が受信され、アンテナ素子パターン２ｂにより搬送波周波数帯の高周波差動信号の逆相信号が受信される。
差動増幅器１０は、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂから高周波差動信号の正相信号及び逆相信号が入力されると、その高周波差動信号を増幅して、増幅後の高周波差動信号を入出力端子５ａ，５ｂに出力する。
Next, the operation will be described.
When the high-frequency communication device receives a signal, a normal-phase signal of a high-frequency differential signal in the carrier frequency band is received by the
The
即ち、差動増幅器１０のトランジスタ１１ａのベースには、図４に示すように、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａにより受信された高周波差動信号の正相信号が入力され、差動増幅器１０のトランジスタ１１ｂのベースには、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ｂにより受信された高周波差動信号の逆相信号が入力される。
高周波差動信号の正相信号がＨレベルである場合、高周波差動信号の逆相信号がＬレベルであり、その正相信号と逆相信号の位相が１８０度ずれている。
一方、高周波差動信号の正相信号がＬレベルである場合、高周波差動信号の逆相信号がＨレベルであり、その正相信号と逆相信号の位相が１８０度ずれている。
That is, the positive phase signal of the high frequency differential signal received by the
When the positive phase signal of the high frequency differential signal is at the H level, the negative phase signal of the high frequency differential signal is at the L level, and the phase of the positive phase signal and the negative phase signal is 180 degrees out of phase.
On the other hand, when the positive phase signal of the high frequency differential signal is L level, the negative phase signal of the high frequency differential signal is H level, and the phase of the positive phase signal and that of the negative phase signal are shifted by 180 degrees.
このため、高周波差動信号の正相信号と逆相信号が同相合成される点、即ち、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ同士の接続点であるノードＡと、負荷抵抗１４ａ，１４ｂの接続点であるノードＢとが常に高周波的に接地されている状態になる。したがって、例えば、ビアホールのように、高い周波数でインピーダンスが十分小さい接地手段を半導体基板１に設ける必要がない。
Therefore, the positive-phase signal and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal are combined in phase, that is, the node A that is a connection point between the emitters of the
高周波差動信号の正相信号がＨレベル、高周波差動信号の逆相信号がＬレベルである場合、トランジスタ１１ａのベース電圧が高くなり、トランジスタ１１ｂのベース電圧が低くなるため、負荷抵抗１４ａに流れる電流が増加して、負荷抵抗１４ｂに流れる電流が減少する。
この結果、入出力端子５ａの接続点であるトランジスタ１１ａのコレクタ端子の電圧が低くなるとともに、入出力端子５ｂの接続点であるトランジスタ１１ｂのコレクタ端子の電圧が高くなり、入出力端子５ａ（トランジスタ１１ａのコレクタ端子）と入出力端子５ｂ（トランジスタ１１ｂのコレクタ端子）とに１８０度位相の異なる信号が出力されることになる。
When the positive-phase signal of the high-frequency differential signal is H level and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal is L level, the base voltage of the
As a result, the voltage at the collector terminal of the
一方、高周波差動信号の正相信号がＬレベル、高周波差動信号の逆相信号がＨレベルである場合、トランジスタ１１ａのベース電圧が低くなり、トランジスタ１１ｂのベース電圧が高くなるため、負荷抵抗１４ａに流れる電流が減少して、負荷抵抗１４ｂに流れる電流が増加する。
この結果、入出力端子５ａの接続点であるトランジスタ１１ａのコレクタ端子の電圧が高くなるとともに、入出力端子５ｂの接続点であるトランジスタ１１ｂのコレクタ端子の電圧が低くなり、入出力端子５ａ（トランジスタ１１ａのコレクタ端子）と入出力端子５ｂ（トランジスタ１１ｂのコレクタ端子）とに１８０度位相の異なる信号出力されることになる。
On the other hand, when the positive-phase signal of the high-frequency differential signal is L level and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal is H level, the base voltage of the
As a result, the voltage at the collector terminal of the
なお、高周波差動信号の正相信号及び逆相信号は、その信号レベルに関わらず、差動増幅器１０のトランジスタ１１ａ，１１ｂにより増幅されている。
上記のように、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに励振された高周波差動信号における１８０度位相の異なる正相信号及び逆相信号が、差動増幅器１０により増幅されて入出力端子５ａ，５ｂに出力される。
Note that the positive-phase signal and the negative-phase signal of the high-frequency differential signal are amplified by the
As described above, the positive-phase signal and the negative-phase signal having different phases by 180 degrees in the high-frequency differential signal excited by the
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂから受信信号である差動信号が入力されると、その差動信号を増幅して入出力端子５ａ，５ｂに出力する差動増幅器１０をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂと同一の半導体基板１上に形成するように構成したので、ビアホールのような接地手段を実装することなく、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにより受信された高周波の信号を増幅して出力することができる効果を奏する。また、ビアホールのような接地手段を実装する必要がないため、半導体基板１の裏面金属が不要になり、アンテナの受信効率を高めることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, when a differential signal that is a received signal is input from the
また、この実施の形態２によれば、差動増幅器１０を構成しているトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース端子がダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにそれぞれ接続され、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ端子が共通の定電流源１２を介して接地され、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子が共通の電源８に接続され、かつ、受信信号である差動信号が出力される入出力端子５ａ，５ｂにそれぞれ接続されているように構成したので、高周波差動信号を受信するに際して、ビアホールのような接地手段を用いることなく、高周波差動信号の正相信号と逆相信号を同相合成する点を高周波的に接地することができる効果を奏する。
Further, according to the second embodiment, the base terminals of the
なお、この実施の形態２では、トランジスタ１１ａ，１１ｂがバイポーラトランジスタであるものについて示しているが、トランジスタ１１ａ，１１ｂが電界効果トランジスタであってもよく、この実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
In the second embodiment, the
また、この実施の形態２では、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子が負荷抵抗１４ａ，１４ｂと接続されているものについて示したが、負荷抵抗１４ａ，１４ｂに限るものではなく、例えば、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタ端子がスパイラルインダクタや、トランジスタと接続されるようにしてもよく、この実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
In the second embodiment, the collector terminals of the
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による高周波通信機を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
通信回路２１は半導体基板１上に形成され、単相差動変換器２２、差動局部信号発生器２３及び差動混合器２４から構成されている。
通信回路２１の単相差動変換器２２は入出力端子２５から単相信号が入力されると、その単相信号を差動信号に変換して差動混合器２４に出力する。
5 is a block diagram showing a high-frequency communication device according to
The
When the single-
通信回路２１の差動局部信号発生器２３は局部発振信号を発振して、その局部発振信号を差動混合器２４に出力する。
通信回路２１の差動混合器２４は単相差動変換器２２から出力された差動信号に差動局部信号発生器２３から出力された局部発振信号を混合して、その差動信号の周波数を変換し、周波数変換後の差動信号を差動増幅器３に出力する。
なお、図５の例では、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂがメアンダ状に形成されている。
The differential local signal generator 23 of the
The
In the example of FIG. 5, the
次に動作について説明する。
高周波通信機が信号を送信する場合、入出力端子２５から単相信号である低い周波数帯のＩＦ信号（またはベースバンド信号）が入力される。
通信回路２１の単相差動変換器２２は、入出力端子２５から単相信号である低い周波数帯のＩＦ信号が入力されると、その単相信号を差動信号に変換して差動混合器２４に出力する。
Next, the operation will be described.
When the high-frequency communication apparatus transmits a signal, an IF signal (or baseband signal) of a low frequency band that is a single-phase signal is input from the input /
When the single-
通信回路２１の差動混合器２４は、単相差動変換器２２により変換された差動信号を受けると、その差動信号に差動局部信号発生器２３から出力された局部発振信号を混合することにより、その差動信号の周波数を変換して、搬送波周波数帯の差動信号を差動増幅器３に出力する。
差動増幅器３は、通信回路２１の差動混合器２４から搬送波周波数帯の差動信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その搬送波周波数帯の差動信号を増幅して、増幅後の差動信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電する。
When receiving the differential signal converted by the single-
When receiving the differential signal in the carrier frequency band from the
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、入出力端子２５から入力された単相信号を差動信号に変換するとともに、その差動信号に局部発振信号を混合して、その差動信号の周波数を変換し、周波数変換後の差動信号を差動増幅器３に出力する通信回路２１を半導体基板１上に形成するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、ビアホールのような接地手段を実装することなく、高周波の信号をダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂに給電することができる他、高周波通信機の外部で差動信号を生成することなく、単相信号を直接高周波通信機に入力することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the third embodiment, the single-phase signal input from the input /
また、この実施の形態３によれば、ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターン２ａ，２ｂがメアンダ状に形成されているので、直線のダイポールアンテナと比べて、同じアンテナ長のダイポールアンテナを面積が小さい半導体基板１上に形成することができる効果を奏する。
また、半導体基板１上の面積が同じであれば、直線のダイポールアンテナよりも、ダイポールアンテナのアンテナ長を長くすることができるため、その分だけ、ダイポールアンテナの適用周波数を低くすることができる効果を奏する。
さらに、ダイポールアンテナのメアンダの位置を変えれば、ダイポールアンテナの入力インピーダンスを変えることができるため、差動増幅器３とダイポールアンテナ間のインピーダンス整合を取ることができる効果を奏する。
Further, according to the third embodiment, since the
Further, if the area on the
Furthermore, since the input impedance of the dipole antenna can be changed by changing the position of the meander of the dipole antenna, the impedance matching between the
なお、この実施の形態３では、単相差動変換器２２を用いているが、ＩＦ信号又はベースバンド信号が差動の場合には、単相差動変換器２２の代わりに差動増幅器を用いるようにしてもよい。
In the third embodiment, the single-
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による高周波通信機を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
通信回路２６は半導体基板１上に形成され、差動局部信号発生器２７、差動混合器２８及び単相差動変換器２９から構成されている。
通信回路２６の差動局部信号発生器２７は局部発振信号を発振して、その局部発振信号を差動混合器２８に出力する。
通信回路２６の差動混合器２８は差動増幅器１０から出力された差動信号に差動局部信号発生器２７から出力された局部発振信号を混合して、その差動信号の周波数を変換し、周波数変換後の差動信号を単相差動変換器２９に出力する。
6 is a block diagram showing a high-frequency communication device according to
The
The differential
The
通信回路２６の単相差動変換器２９は差動混合器２８から差動信号が入力されると、その差動信号を単相信号に変換して入出力端子２５に出力する。
なお、図６の例では、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂがメアンダ状に形成されている。
When a differential signal is input from the
In the example of FIG. 6, the
次に動作について説明する。
高周波通信機が信号を受信する場合、差動増幅器１０は、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにより搬送波周波数帯の差動信号が受信されると、上記実施の形態２と同様に、その差動信号を増幅して、増幅後の差動信号を通信回路２６の差動混合器２８に出力する。
Next, the operation will be described.
When the high-frequency communication device receives a signal, the
通信回路２６の差動混合器２８は、差動増幅器１０により増幅された差動信号を受けると、その差動信号に差動局部信号発生器２７から出力された局部発振信号を混合することにより、その差動信号の周波数を変換して、低い周波数帯の差動信号を単相差動変換器２９に出力する。
通信回路２６の単相差動変換器２９は、差動混合器２８から低い周波数帯の差動信号を受けると、その差動信号を単相信号に変換して、その単相信号を入出力端子２５に出力する。
When receiving the differential signal amplified by the
When the single-
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、差動増幅器１０から出力された差動信号に局部発振信号を混合して、その差動信号の周波数を変換し、周波数変換後の差動信号を単相信号に変換して入出力端子２５に出力する通信回路２６を半導体基板１上に形成するように構成したので、上記実施の形態２と同様に、ビアホールのような接地手段を実装することなく、ダイポールアンテナのアンテナ素子パターン２ａ，２ｂにより受信された高周波の信号を増幅して出力することができる他、高周波通信機の外部で単相信号を差動信号に変換することなく、高周波通信機から直接単相信号を出力することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the fourth embodiment, the local oscillation signal is mixed with the differential signal output from the
また、この実施の形態４によれば、ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターン２ａ，２ｂがメアンダ状に形成されているので、直線のダイポールアンテナと比べて、同じアンテナ長のダイポールアンテナを面積が小さい半導体基板１上に形成することができる効果を奏する。
また、半導体基板１上の面積が同じであれば、直線のダイポールアンテナよりも、ダイポールアンテナのアンテナ長を長くすることができるため、その分だけ、ダイポールアンテナの適用周波数を低くすることができる効果を奏する。
さらに、ダイポールアンテナのメアンダの位置を変えれば、ダイポールアンテナの入力インピーダンスを変えることができるため、差動増幅器１０とダイポールアンテナ間のインピーダンス整合を取ることができる効果を奏する。
Further, according to the fourth embodiment, since the
Further, if the area on the
Furthermore, since the input impedance of the dipole antenna can be changed by changing the position of the meander of the dipole antenna, the impedance matching between the
なお、この実施の形態４では、単相差動変換器２２を用いているが、ＩＦ信号又はベースバンド信号が差動の場合には、単相差動変換器２２の代わりに差動増幅器を用いるようにしてもよい。
In the fourth embodiment, the single-
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による高周波通信機を示す断面図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
パッド３１は電源端子４、接地端子６及び入出力端子２５などを構成している。
金属層３２は半導体基板１の裏面に形成されているが、ダイポールアンテナ２の形成領域に対向する裏面の領域には形成されていない。
図７の例では、半導体基板１の表面に差動増幅器３と通信回路２１が実装されているが、差動増幅器１０と通信回路２６が実装されていてもよい。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a high-frequency communication device according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The
The
In the example of FIG. 7, the
一般的には、半導体基板１の裏面に金属層３２が形成される。
しかし、半導体基板１の基板厚が比較的薄い場合、ダイポールアンテナ２と金属層３２間における半導体基板１の損失が大きくなり、ダイポールアンテナ２の放射効率が劣化する。
そこで、この実施の形態３では、少なくともダイポールアンテナ２の形成領域に対向する裏面の領域には金属層３２を形成しないようにしている。
In general, a
However, when the substrate thickness of the
Therefore, in the third embodiment, the
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、半導体基板１の裏面に形成される金属層３２のうち、半導体基板１の表面におけるダイポールアンテナ２の形成領域に対向する領域の金属層３２が除かれているように構成したので、ダイポールアンテナ２と金属層３２間における半導体基板１の損失を抑えて、ダイポールアンテナ２の放射効率を高めることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the fifth embodiment, of the
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による高周波通信機を示す断面図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ダイポールアンテナ２が形成されている領域の半導体基板１の裏面には空洞３３が設けられている。
図８の例では、半導体基板１の表面に差動増幅器３と通信回路２１が実装されているが、差動増幅器１０と通信回路２６が実装されていてもよい。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a high-frequency communication device according to
A
In the example of FIG. 8, the
上記実施の形態５では、少なくとも半導体基板１の表面におけるダイポールアンテナ２の形成領域に対向する領域の金属層３２が除かれているものについて示したが、ダイポールアンテナ２が形成されている領域の半導体基板１の裏面に空洞３３を施すようにしてもよい。
この場合、上記実施の形態５よりも更に、ダイポールアンテナ２を励振している高周波信号の半導体基板１における損失を抑圧して、ダイポールアンテナ２の放射効率を高めることができる効果を奏する。
In the fifth embodiment, at least the
In this case, the loss of the high frequency signal exciting the dipole antenna 2 in the
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による高周波通信機を示す断面図であり、図において、図８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
誘電体レンズ３４は半導体基板１に形成されているダイポールアンテナ２を被覆している。
図９の例では、半導体基板１の表面に差動増幅器３と通信回路２１が実装されているが、差動増幅器１０と通信回路２６が実装されていてもよい。
Embodiment 7 FIG.
9 is a cross-sectional view showing a high-frequency communication device according to Embodiment 7 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The
In the example of FIG. 9, the
上記実施の形態６では、ダイポールアンテナ２が形成されている領域の半導体基板１の裏面に空洞３３を施しているものについて示したが、誘電体レンズ３４が半導体基板１に形成されているダイポールアンテナ２を被覆するようにしてもよい。
この場合、上記実施の形態６よりも更に、ダイポールアンテナ２の放射効率を高めることができる効果を奏する。
In the sixth embodiment, the case where the
In this case, there is an effect that the radiation efficiency of the dipole antenna 2 can be further increased as compared with the sixth embodiment.
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８による高周波通信機を示す断面図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
誘電体基板３５は半導体基板１より誘電率が低い基板であり、誘電体基板３５の上に半導体基板１が実装されている。
なお、誘電体基板３５の表面金属３６がワイヤ３８を介して半導体基板１のパッド３１と接続され、誘電体基板３５の裏面には裏面金属３７が形成されている。
図１０の例では、半導体基板１の表面に差動増幅器３と通信回路２１が実装されているが、差動増幅器１０と通信回路２６が実装されていてもよい。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a high-frequency communication device according to
The
Note that the
In the example of FIG. 10, the
上記実施の形態１〜７では、特に言及していないが、半導体基板１より誘電率が低い誘電体基板３５（例えば、誘電率が２から５の範囲の誘電体基板）の上に半導体基板１を実装するようにしてもよい。
さらに、誘電体基板３５の基板厚を厚くすると（例えば、０．８ｍｍ以上）、誘電体基板３５の裏面金属３７とアンテナ素子パターン２ａ，２ｂとの結合を抑制することができる。
この場合、上記実施の形態１〜７よりも、ダイポールアンテナ２の放射効率の低減を抑制することができる効果を奏する。
Although not particularly mentioned in the first to seventh embodiments, the
Furthermore, when the substrate thickness of the
In this case, it is possible to suppress the reduction of the radiation efficiency of the dipole antenna 2 as compared with the first to seventh embodiments.
１ 半導体基板、２ ダイポールアンテナ、２ａ ダイポールアンテナの正相側のアンテナ素子パターン、２ｂ ダイポールアンテナの逆相側のアンテナ素子パターン、３ 差動増幅器、４ 電源端子、５ａ，５ｂ 入出力端子、６ 接地端子、７ａ，７ｂ ワイヤ、８ 電源、９ グランド、１０ 差動増幅器、１１ａ トランジスタ（第１のトランジスタ）、１１ｂ トランジスタ（第２のトランジスタ）、１２ 定電流源、１３ａ，１３ｂ バイアス抵抗、１４ａ，１４ｂ 負荷抵抗、１５ バイアス回路、２１ 通信回路、２２ 単相差動変換器、２３ 差動局部信号発生器、２４ 差動混合器、２５ 入出力端子、２６ 通信回路、２７ 差動局部信号発生器、２８ 差動混合器、２９ 単相差動変換器、３１ パッド、３２ 金属層、３３ 空洞、３４ 誘電体レンズ、３５ 誘電体基板、３６ 表面金属、３７ 裏面金属、３８ ワイヤ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記差動増幅器を構成している第１及び第２のトランジスタのベース端子が、送信信号である差動信号が入力される正相側及び逆相側の入力端子にそれぞれ接続され、上記第１及び第２のトランジスタのエミッタ端子が共通の定電流源を介して接地され、上記第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子が共通の電源に接続され、かつ、上記ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターンにそれぞれ接続されていることを特徴とする高周波通信機。 A dipole antenna formed on a semiconductor substrate and a differential signal which is formed on the semiconductor substrate and is a transmission signal is amplified. The differential signal is amplified and the amplified differential signal is converted to the dipole. A differential amplifier that feeds the antenna ,
The base terminals of the first and second transistors constituting the differential amplifier are respectively connected to input terminals on a positive phase side and a negative phase side to which a differential signal as a transmission signal is input, and the first terminal And the emitter terminals of the second transistors are grounded via a common constant current source, the collector terminals of the first and second transistors are connected to a common power source, and the positive poles constituting the dipole antenna are formed. A high-frequency communication device , wherein the high-frequency communication device is connected to the antenna element pattern on the phase side and the opposite phase side .
上記差動増幅器を構成している第１及び第２のトランジスタのベース端子が上記ダイポールアンテナを構成している正相側及び逆相側のアンテナ素子パターンにそれぞれ接続され、上記第１及び第２のトランジスタのエミッタ端子が共通の定電流源を介して接地され、上記第１及び第２のトランジスタのコレクタ端子が共通の電源に接続され、かつ、受信信号である差動信号が出力される正相側及び逆相側の出力端子にそれぞれ接続されていることを特徴とする高周波通信機。 A dipole antenna formed on a semiconductor substrate, and a differential amplifier formed on the semiconductor substrate and amplifying the differential signal when a differential signal as a reception signal is input from the dipole antenna; equipped with a,
The base terminals of the first and second transistors constituting the differential amplifier are respectively connected to the antenna element patterns on the positive phase side and the negative phase side constituting the dipole antenna, and the first and second transistors The emitter terminals of the first and second transistors are grounded via a common constant current source, the collector terminals of the first and second transistors are connected to a common power source, and a differential signal which is a received signal is output. A high-frequency communication device , wherein the high-frequency communication device is connected to an output terminal on a phase side and a reverse phase side .
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