JP4702620B2

JP4702620B2 - 高周波スイッチモジュール

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Publication number: JP4702620B2
Application number: JP2006070964A
Authority: JP
Inventors: 良行村上; 裕之但井
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: JP2007251508A

Description

本発明は、複数の通信システムに対応した高周波回路に用いられ、前記通信システムの送受信信号の伝送経路を切り替えるスイッチ回路と、複数のフィルタ回路を備えた高周波スイッチモジュールに関する。

世界の携帯電話には種々のアクセス方式があり、またそれぞれの地域において複数のアクセス方式が混在している。たとえば、現在主流となっているアクセス方式の一つとして、ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ、時分割多元接続）方式がある。このＴＤＭＡ方式を採用している主な通信方式として、日本のＰＤＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＣｅｌｌｕｌａｒ）、欧州を中心としたＧＳＭ９００（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）やＤＣＳ１８００（ＤｉｇｉｔａｌＣｅｌｌｕｌａｒＳｙｓｔｅｍ１８００）、米国を中心としたＧＳＭ８５０、ＤＣＳ１９００（ＰＣＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｅｒｖｉｃｅ））等の方式（システム）がある。
その他に最近米国、韓国や日本で普及しつつあるアクセス方式にＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ、符号分割多元接続）方式がある。代表的な規格として米国を中心としたＩＳ−９５（ＩｎｔｅｒｉｍＳｔａｎｄａｒｄ−９５）があり、高速データ伝送を実現し得る第三世代通信方式のＷ−ＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣＤＭＡ）も実用化されている。また欧州ではＩＭＴ―２０００準拠の通信方式の欧州標準で、ＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる通信システムで、Ｗ―ＣＤＭＡとＴＤ−ＣＤＭＡの両方式から選択する方式もある。このように世界各国で様々な通信方式が利用されている。

従来の携帯電話は一つの通信方式、例えばＧＳＭ用に設計されていた。しかし、近年の利用者数の増大及び使用者の利便性から、複数の通信方式やアクセス方式が利用可能なマルチバンド携帯電話が実用に供され、さらにクアトロバンド以上の携帯電話の要求もある。このようなマルチバンド携帯電話の高周波回路においては、単純に通信方式毎に高周波部品を設けると高周波回路が大型化してしまうので、小型化のために異なる通信方式の高周波部品の共通化が進められている。
その一例として特許文献１には、複数の異なる通信システムの送信回路と受信回路を切り換える高周波スイッチモジュールが開示されている。この高周波スイッチモジュールは、互いに通過帯域（Ｐａｓｓｂａｎｄ）が異なる第一及び第二のフィルタ回路と、第一のフィルタ回路に接続されて通信システムＡの送信回路と受信回路を切り換えるスイッチ回路と、第二のフィルタ回路に接続されて通信システムＢ及びＣの送信回路と通信システムＢの受信回路と通信システムＣの受信回路とを切り換えるスイッチ回路とを備えており、前記第一及び第二のフィルタ回路は分波回路として機能することで、複数の通信システムに対応している。

この高周波スイッチモジュールは、１台で複数の通信システムが利用可能な携帯電話（マルチバンド携帯電話）に用いられる。
前記スイッチ回路はダイオードと伝送線路を主要素子とするダイオードスイッチであり、ダイオードにコントロール回路から電圧を印加して、オン状態／オフ状態に制御することにより、複数の通信システムＡ，Ｂ，Ｃのいずれか一つを選択して、アンテナと通信システムＡ，Ｂ，Ｃの送信回路及び受信回路を切り換える。

このようなダイオードスイッチでは、専らＰＩＮダイオードが用いられる。低挿入損失とするために、ＰＩＮダイオードには十分な電流を流す必要があるが、その分消費電力は増加する。電池で駆動される携帯電話では、低消費電力であることが望まれることから、特許文献２では、ＰＩＮダイオードと比較して省電力の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた高周波スイッチモジュールが提案されている。
ＷＯ００／５５９８３（図２）特開２００２−１８５３５６（図１）

しかしながらＦＥＴを用いたスイッチでは歪の問題がある。特許文献２においてはスイッチの構成について全く言及ないので、周知なスイッチ回路を例にとってこれを説明する。図１２はＳＰＤＴ（単投双極）型のスイッチの一例を示す回路図である。
高周波信号の入出力端子１０１は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１１を介して信号入出力端子１０２と接続され、信号入出力端子１０２はＦＥＴ１１３を介して接地される。また、信号入出力端子１０１はＦＥＴ１１２を介して信号入出力端子１０３と接続され、信号入出力端子１０３はＦＥＴ１１４を介して接地される。制御信号端子ＣＮＴ１は数ｋΩの抵抗Ｒを介してＦＥＴ１１２、ＦＥＴ１１３と、制御信号端子ＣＮＴ２は数ｋΩの抵抗Ｒを介してＦＥＴ１１１、ＦＥＴ１１４のゲートに接続される。
ＦＥＴ１１１〜１１４はデプレッション型ＦＥＴであって、制御信号端子ＣＮＴ１−１、ＣＮＴ２−２に−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖを与え、制御信号端子ＣＮＴ２−１、ＣＮＴ１−２に−２．７Ｖ〜−３Ｖを与えると、ＦＥＴ１１１とＦＥＴ１１４がともにＯＮし、ＦＥＴ１１２とＦＥＴ１１３がともにＯＦＦする。信号入出力端子１０２から高周波信号が入力されると、ＦＥＴ１１１を介して信号入出力端子１０１へ出力される。
制御信号端子ＣＮＴ１−１、ＣＮＴ２−２に−２．７Ｖ〜−３Ｖを与え、制御信号端子ＣＮＴ２−１、ＣＮＴ１−２に−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖを与えると、ＦＥＴ１１１とＦＥＴ１１４がともにＯＦＦし、ＦＥＴ１１２とＦＥＴ１１３がともにＯＮする。信号入出力端子１０１から高周波信号が入力されると、ＦＥＴ１１２を介して信号入出力端子１０３へ出力される。

しかしながら、信号入出力端子１０２から大信号の高周波信号が入力されると、オフ状態にあるＦＥＴ１１２のゲート電極、ソース電極、ドレイン電極がＦＥＴのカップリング容量等の寄生分を介して入力振幅に依存したＡＣ的な振幅を持つようになり、その結果ＦＥＴ１１２におけるしきい値電圧を上回り、オフ状態にあったＦＥＴ１１２がＡＣ的にオンし、これにより信号の波形が歪み、基本波以外の第２、第３高調波が発生する。

例えばＧＳＭ９００の場合、ＧＳＭ送信では最大＋３６ｄＢｍの電力がスイッチに投入される場合がある。このような大電力が入力する場合であっても、法規制等の要求からアンテナから放射される２倍、３倍高調波発生量（ハーモニクス）は−７２ｄＢｃ以下とする必要がある。
しかしながら、大信号入力時の線形出力を確保してハーモニクスの少ないスイッチを入手することは現状困難である。この問題は、引用文献２の高周波スイッチモジュールでは認識されておらず、何の解決手段も教示されていない。従って本発明は、省電力であり高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することを目的とする。

本発明の高周波スイッチモジュールは、少なくとも、周波数帯域ｆ１の第１通信システムと、周波数帯域ｆ２の第２通信システムに対応した高周波回路に用いられ、平面形状が矩形の多層基板の内部に設けられたフィルタ回路及び分波回路と、前記多層基板の上面に実装され電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路とを備えた高周波スイッチモジュールであって、前記スイッチ回路は、少なくとも３つのポートを備えるＳＰｎＴ（ｎは２以上の自然数）の高周波スイッチであり、周波数帯域ｆ１及び周波数帯域ｆ２の信号を通過させる第１のフィルタ回路が接続される第１のポートと、前記第１通信システム及び前記第２通信システムの送信信号を通過させる第２のフィルタ回路が接続される第２のポートと、前記第１通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ回路と前記第２通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ回路を並列に接続してなり、前記第１通信システムの受信信号と前記第２通信システムの受信信号とを分波する第１の分波回路が接続された第３ポートを備え、前記多層基板の下面の周縁に端子電極が形成され、第１側面の側に前記第１のフィルタ回路と接続するアンテナポートが形成され、前記第１側面と対向する第２側面の側に前記ローパスフィルタ回路が接続する受信ポートと、前記ハイパスフィルタ回路が接続する受信ポートと、第３側面の側に前記第２のフィルタ回路と接続する送信ポートを備え、前記第１及び第２のフィルタ回路と第１の分波回路は、少なくとも一部が多層基板内に積層配置された電極パターンで形成されたインダクタとコンデンサで構成され、各回路の電極パターンは積層方向にグランド電極により分離されるか、異なる回路間の電極パターンが重なり合わないように配置され、前記第１のフィルタ回路は前記第１側面の側の領域に、前記第２のフィルタ回路は前記第３側面の側の領域に、前記分波回路は前記第１側面と前記第２側面と間の領域に形成され、前記第１側面から前記第２側面に向って、前記第１の分波回路のローパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターン、ハイパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターンの順で並んで配置され、ハイパスフィルタ回路の信号経路に直列に配置されたコンデンサ用の電極パターンが、前記ハイパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターンと積層方向に重なり合って配置されたことを特徴とする高周波スイッチモジュールである。

本発明においては、更に前記多層基板の下面において、第４側面の側にコントロールポートを備え、前記コントロールポートは、多層基板の下面から上面まで連続するビアホールを介して、前記スイッチ回路の第４のポートと接続するのが好ましい。

更に、第１通信システム及び第２通信システムとともに、それらよりも高い周波数帯域ｆ３の第３通信システムにも対応した高周波回路に用いられ、前記スイッチ回路が、少なくとも４つのポートを備えるＳＰｎＴ（ｎは３以上の自然数）の高周波スイッチであり、少なくとも前記第３通信システムの受信信号が出力するポートを備えるように構成するのも好ましい。

前記第３通信システム用のポートには、ＳＡＷ（弾性表面波）フィルタなどのバンドパスフィルタや、複数のＳＡＷフィルタを並列接続した分波器が接続されるが、整合のミスマッチを調整するように、前記第３通信システム用のポートにインダクタとコンデンサで構成された整合回路を接続し、そのインダクタとコンデンサの少なくとも一部を多層基板内に電極パターンで形成するのも好ましい。この場合には第１、第２のフィルタ回路の電極パターン及び第１の分波回路の電極パターンと積層方向に重なり合わないように構成する。

また前記スイッチ回路は、複数の電界効果トランジスタと、外部からのスイッチ切換信号を前記電界効果トランジスタのオン／オフを制御する制御信号にデコードするデコーダーを有するのが好ましい。

本発明によれば、従来のＰＩＮダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。

図１は本発明の一実施例に係る高周波スイッチモジュールを用いて構成された無線通信器の高周波回路ブロック図である。以下複数の通信システムを例示しながら説明する。各通信システムの周波数帯域は表１に示す通りであって、送信・受信は無線通信器端末を基準にしている。あわせて各通信システムの２倍波、３倍波の周波数帯域を合わせて示す。
なお、前記通信システムは周知であるので、その詳しい説明を省く。また、本発明が利用される通信システムは、例示した通信システムにのみに限定されるものではない。

図１に示した高周波スイッチモジュールは、電界効果トランジスタを用いたＳＰＤＴのスイッチ回路ＳＷと、複数のフィルタ回路１０，３０を備え、ＧＳＭ９００の送信系、受信系を切り替えるものである。ＧＳＭ９００送信系には、スイッチ回路ＳＷの第２のポートｂと接続する第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０を備え、アンテナＡＮＴとスイッチ回路ＳＷとの間には、前記スイッチ回路ＳＷの第１のポートａと接続する第１のフィルタ回路（ローパスフィルタ）３０を備えている。

スイッチ回路ＳＷは、例えばＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ（ＧａＡｓＭｅｔａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたＧａＡｓスイッチであり、１端子対多端子の高周波スイッチである。このＧａＡｓスイッチは図１４に開示したものと同様の回路構成であって、４つの電界効果型トランジスタ１１１〜１１４と、これらのゲート電極にそれぞれ設けられた抵抗Ｒと、ソース電極に接続される接地コンデンサＣ及び信号の経路に配置された結合コンデンサＣを有する。
各抵抗Ｒにおいて、電界効果型トランジスタ１１１〜１１４のゲート電極に接続された端と、反対側の端は、それぞれコントロール端子ＣＮＴ１−１，１−２，２−１，２−２に接続される。ＧａＡｓスイッチは、外部からの切替信号をデコードするデコーダ７０が組み込まれてり、そのデコーダ７０には３つの制御端子Ｖ１，Ｖ２及びＶｄｄが設けられており、これら制御端子に切替信号が入力される。説明の簡略化のためデコーダ７０の構成を省略するが、デコーダ７０は制御端子に入力された切替信号における電圧レベル（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）に基づいて、コントロール端子ＣＮＴ１−１，１−２，２−１，２−２にデコードされた切替電圧を与え、電界効果型トランジスタ１１１〜１１４を導通させることでポートａの接続先を切り替える。
送受信切替ロジックは図１４に例示してあるのでその説明を省くが、図１４におけるポート１０１は図１のスイッチのポートａと対応し、ポート１０２はポートｂと対応し、ポート１０３はポートｃと対応する。即ち送信回路からの送信信号をアンテナＡＮＴから放射する場合には、ポート１０１とポート１０２を接続し、アンテナＡＮＴから入射した受信信号を、低雑音増幅器を含む受信回路へ送る場合には、ポート１０１とポート１０３を接続するように制御し、ＧａＡｓスイッチＳＷは、外部から入力された切替信号に基づいて、ポートａと、ポートｂ，ポートｃの何れかとを接続するように動作する。

本発明においては、まず、ＧａＡｓスイッチＳＷの前後に第１、第２のフィルタ回路１０，３０を配置する回路構成によって、アンテナＡＮＴから放射される２倍、３倍高調波発生量を抑制するようにしている。
即ちミキサーＭＩＸにより変調された送信信号が増幅器ＰＡを通って増幅され、ＧａＡｓスイッチモジュールのポート１００ｂに入力するが、この送信信号にはｍ次（ｍは２以上の自然数）の高調波成分を含んでいる。この送信信号を、まず第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０を通すことで周波数帯域外の信号を減衰させる。
第２のフィルタ回路１０を通過した送信信号は、ＧａＡｓスイッチＳＷのポートｂに入力する。ポートｂに大信号の高周波信号が入力されると、オフ状態にあったＦＥＴ１１２がＡＣ的にオンし、これにより信号の波形が歪み、基本波以外の第２、第３高調波が発生する場合があるが、ＧａＡｓスイッチＳＷのポートａに接続された第１のフィルタ回路（ローパスフィルタ若しくはノッチフィルタ）３０によって減衰させることが出来るので、アンテナから放射される２倍、３倍高調波の発生を抑制することが出来る。

本発明の高周波スイッチモジュールはフィルタ回路及びスイッチ回路を、多層基板に一体的に構成してなるものである。この多層基板は、例えば１０００℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体からなり、厚さ１０〜２００μｍの複数のセラミックグリーンシートの表面に、ＡｇやＣｕなどの導電ペーストを印刷して所定の電極パターンを形成し、それらを積層し、一体焼結することにより製造することができる。
前記第１のフィルタ回路３０、第２のフィルタ回路１０は、複数の電極パターンにより多層基板内に三次元的に構成される。２倍、３倍高調波発生を抑制する第２の手段として、回路のインダクタを構成する電極パターンは相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、積層方向に重ならないように配置している。電磁気的干渉を生じる場合には、第１、第２のフィルタ回路の機能が減じられ、第２、第３高調波の抑制効果が十分に発揮されずに、アンテナから放射される２倍、３倍高調波を規定発生量以下に出来ないばかりか、挿入損失特性等の電気的特性が劣化する場合もある。最も近接して配置される第１、第２のフィルタ回路のインダクタを構成する電極パターンは、少なくとも５０μｍ以上の間隔を空けるのが好ましい。さらに好ましくはグランド電極により分離するのが好ましい。
このような回路構成、積層構造によって、小型でありながら従来のＰＩＮダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。

本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールについて、その回路ブロック図を図２〜４に示す。いずれの場合も、第１のフィルタ回路３０、第２のフィルタ回路１０は、複数の電極パターンにより三次元的に構成されるが、インダクタを構成する電極パターンは、相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、積層方向に重ならないように配置する。

図２の高周波スイッチモジュールは、第１通信システム（例えばＧＳＭ８５０）と第２通信システム（例えばＧＳＭ９００）とに対応した高周波回路に用いられるものであって、アンテナＡＮＴとＧＳＭ８５０及びＧＳＭ９００の共通の送信回路ｆ１ｆ２ＴＸと、ＧＳＭ８５０の受信回路ｆ１ＲＸと、ＧＳＭ９００の受信回路ｆ２ＲＸの接続を切り替えるものである。
ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００の送信系には、ＧａＡｓスイッチＳＷの第２のポートｂと接続する第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０を備え、アンテナＡＮＴとＧａＡｓスイッチＳＷとの間には、前記スイッチＳＷの第１のポートａと接続する第１のフィルタ回路（ローパスフィルタ）３０を備えている。ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００の周波数帯域は近接しているため、送信系の回路、たとえば増幅器を共通化することが可能であるため、第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０は、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００の送信信号を通過させるように構成される。

前記ＧａＡｓスイッチＳＷは４つのポートを有するＳＰ３Ｔスイッチであって、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信回路ｆ１ｆ２ＴＸからの送信信号をアンテナＡＮＴから放射する場合には、ポートａとポートｂを接続し、アンテナＡＮＴから入射したＧＳＭ８５０受信信号を、低雑音増幅器ＬＮＡを含む受信回路ｆ１ＲＸへ送る場合には、ポートａとポートｂを接続するように制御し、アンテナＡＮＴから入射したＧＳＭ９００受信信号を、低雑音増幅器ＬＮＡを含む受信回路ｆ２ＲＸへ送る場合には、ポートａとポートｃを接続するように、外部から入力された切替信号に基づいてポートａとポートｂ、ｃの何れかとを接続するように動作する。
このような回路構成によっても、小型でありながら、従来のＰＩＮダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。

図３の高周波スイッチモジュールも、２つの通信システムに対応し、第３通信システム（例えばＤＣＳ１８００）、第４通信システム（例えばＤＣＳ１９００）とに対応した高周波回路に用いられるものである。アンテナＡＮＴとＤＣＳ１８００及びＤＣＳ１９００の共通の送信回路ｆ１ｆ２ＴＸと、ＤＣＳ１８００の受信回路ｆ３ＲＸと、ＤＣＳ１９００の受信回路ｆ４ＲＸの接続を切り替えるものである。
ＤＣＳ１８００、ＤＣＳ１９００の送信系には、ＧａＡｓスイッチＳＷの第２のポートｂと接続する第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０を備え、アンテナとＧａＡｓスイッチとの間には、前記スイッチの第１のポートａと接続する第１のフィルタ回路（ローパスフィルタ）３０を備えている。ＤＣＳ１８００、１９００の周波数帯域は近接しており、送信系の回路、送信系の回路、たとえば増幅器を共通化することが可能であるため、第２のフィルタ回路（ローパスフィルタ）１０は、ＤＣＳ１８００、ＤＣＳ１９００の送信信号を通過さえるように構成される。

前記ＧａＡｓスイッチＳＷは３つのポートを有するＳＰＤＴスイッチであって、ＤＣＳ１８００／ＤＣＳ１９００の送信回路ｆ３ｆ４ＴＸからの送信信号をアンテナＡＮＴから放射する場合には、ポートａとポートｂを接続し、アンテナＡＮＴから入射したＤＣＳ１８００／ＤＣＳ１９００受信信号を、低雑音増幅器ＬＮＡを含む受信回路ｆ３ＲＸ，ｆ４ＲＸへ送る場合には、ポートａとポートｃを接続するように外部から入力された切替信号に基づいてポートａとポートｂ、ｃの何れかとを接続するように動作する。

ＧａＡｓスイッチのポートｃには分波回路４０が接続される。この分波回路４０は、前記第１通信システム（ＤＣＳ１８００）の受信信号を通過させるバンドパスフィルタ４０ａと、前記第２通信システム（ＤＣＳ１９００）の受信信号を通過させるバンドパスフィルタ４０ｂを備えたデュプレクサであって、各バンドパスフィルタ４０は弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタである。各ＳＡＷフィルタのインピーダンス特性によっては、その入力側に、分波性能を向上するようにフェイズシフター（位相回路）を接続し、他方の通信システムの周波数帯域で高インピーダンスが得られるように構成するのが好ましい。前記フェイズシフターは伝送線路（インダクタ）や、インダクタとコンデンサで構成されるフィルタであって、そのインダクタとコンデンサの少なくとも一部は多層基板内に電極パターンで形成される。これらの電極パターンは、第１のフィルタ回路のインダクタ用電極パターン、第２のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンと、積層方向に重なり合わないように構成される。
このような回路構成によっても、小型でありながら従来のＰＩＮダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。

図４の高周波スイッチモジュールは、第１通信システム（例えばＧＳＭ８５０）、第２通信システム（例えばＧＳＭ９００）、第５のシステム（例えばＵＭＴＳ）とに対応した高周波回路に用いられるものであって、アンテナＡＮＴとＧＳＭ８５０及びＧＳＭ９００の共通の送信回路ｆ１ｆ２ＴＸと、ＧＳＭ８５０の受信回路ｆ１ＲＸと、ＧＳＭ９００の受信回路ｆ２ＲＸと、ＵＭＴＳの送受信回路ｆ５ＴＲＸの接続を切り替えるものである。
図３の高周波スイッチモジュールとは、ＧａＡｓスイッチＳＷが４つのポートを有するＳＰ３Ｔスイッチである点で相違し、ＧａＡｓスイッチＳＷのポートａとポートｄを接続するように制御して、ＵＭＴＳの送受信信号をアンテナＡＮＴへ送ったり、送受信回路ｆ５ＴＲＸへ送ったりする。第５のシステムをＵＭＴＳに変えてＧＰＳとすることも当然可能であり、この場合、第４ポート１００ｅにはＧＰＳの受信回路が接続される。
さらに図５の高周波スイッチモジュールに示すように、ポートｄに整合回路５０を接続して、後段に配置されるＳＡＷデュプレクサなどの分波回路との整合を取るのも好ましい。この整合回路はインダクタやコンデンサからなるものであって、他の回路と同様に多層基板内に電極パターンで形成しても良い。その場合には、第１のフィルタ回路、第２のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンと、積層方向に重なり合わないように構成される。
このような回路構成によっても、小型でありながら従来のＰＩＮダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。

図６は本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの回路ブロック図であり、図７はその等価回路図である。
この高周波スイッチモジュールは、５つの通信システムに用いられるものであって、周波数帯域ｆ１の第１通信システム（例えばＧＳＭ８５０）、周波数帯域ｆ２の第２通信システム（例えばＧＳＭ８５０）、周波数帯域ｆ３の第３通信システム（例えばＤＣＳ１８００）、周波数帯域ｆ４の第４通信システム（例えばＤＣＳ１９００）、周波数帯域ｆ５の第５通信システム（例えばＵＭＴＳ）とに対応した高周波回路に用いられ、前記通信システムの送受信信号の伝送経路を切り替える電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路と、複数のフィルタ回路を備える。

前記スイッチ回路は、６つのポートを備えるＳＰ５Ｔの高周波スイッチＳＷであり、その第１のポート（共通ポート）ａに接続される第１のフィルタ回路３０と、第２のポートｂに接続される第２のフィルタ回路１０と、第３のポートｃに接続される第３のフィルタ回路１５と、第４のポートｄに接続される第１の分波回路４０と、第５のポートｅに接続される第２の分波回路４５とを有し、前記第２のフィルタ回路１０が、前記第１通信システム及び前記第２通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第３のフィルタ回路１５が、前記第３通信システム及び前記第４通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第１の分波回路４０が、前記第１通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ４０ａと、前記第３通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ４０ｂであり、前記第２の分波回路４５が、前記第２通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ４５ａと、前記第４通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ４５ｂであり、前記第１のフィルタ回路３０が、前記第３〜５通信システムの周波数帯域の帯域外であって、前記第１通信システムの送信信号の第３次高調波成分を減衰させるノッチフィルタである。

前記第１〜第３のフィルタ回路及び第１、第２の分波回路はインダクタとコンデンサで構成されている。図９は高周波スイッチモジュールの外観斜視図であり、図１０は高周波スイッチモジュールに用いる多層基板２００の分解斜視図であって、各層の構成を示している。
最下層のグリーンシート１７の表面には、ほぼ全面を覆うグランド電極ＧＮＤが形成されており、裏面には回路基板に実装するための端子電極が形成されている。前記端子電極は、各通信システム共通のアンテナポートＡＮＴと、第１、第２の通信システムの送信信号が入力する第１送信ポートＴＸ１と，第３、第４の通信システムの送信信号が入力する第２送信ポートＴＸ２と、第１の通信システムが出力する受信ポートＲＸ１と，第３の通信システムが出力する受信ポートＲＸ２と，第２の通信システムが出力する受信ポートＲＸ３と，第４の通信システムが出力する受信ポートＲＸ４と、第５の通信システムの送受信信号が入出力する入出力ポートＴＲＸ、グランドポートＧＮＤと、スイッチ回路制御用のコントロールポート（制御端子）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｄｄを有し、それぞれがグリーンシートに形成されたビアホール（図中、黒丸で表示）を介して上層のグリーンシート上の電極パターンと接続される。
前記スイッチ回路制御用のコントロールポートＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｄｄは、多層基板の一側面に側に集められており、ビアホールを介して前記第１の主面の一側面側に形成された複数のデコーダ用実装電極と接続される。このような構成によって、フィルタ回路、分波回路を構成する電極パターンとの干渉を防いでいる。

本実施例では端子電極をＬＧＡ（ＬａｎｄＧｒｉｄＡｒｒａｙ）としているが，ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）なども採用することができる。
また本実施例では、制御端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｄｄ、受信系端子ＲＸ１〜ＲＸ４、送信系端子ＴＸ１，ＴＸ２、アンテナ端子ＡＮＴ及び、送受信系端子ＵＭＴＳを、それぞれ異なると側面側に集めて配置している。このような配置によれば高周波スイッチモジュールが回路基板に実装されたときの他の高周波回路との接続を短く出来る。

グリーンシート１７の上にはグリーンシート１〜１６が順次積層される。これらのグリーンシート上に、第１のフィルタ回路３０、第２、第３のフィルタ回路１０，１５、第１及び第２の分波回路４０，４５を構成するインダクタは伝送線路（ライン電極）により、またコンデンサはコンデンサ電極により形成され、ビアホールを介して適宜接続されている。図中、各電極パターンに付した記号は、図７に示した等価回路の回路素子に付した記号と対応し、適宜電極パターンを接続することで各回路素子を形成していることを示している。
本実施例においては、全てのインダクタ、コンデンサを多層基板内に電極パターンを形成しているが、それらの一部をチップインダクタ及びチップコンデンサとして積層基板上に実装することも当然可能である。

各フィルタ回路、分波回路は、積層基板内において三次元的に構成されるが、回路を構成する電極パターンは相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、グランド電極ＧＮＤにより分離されるか、積層方向に重ならないように配置されている。特にインダクタを構成するライン電極パターン同士は、電磁気的な干渉を防ぐために同一層上に形成されたパターンを、少なくとも５０μｍ以上離間して配置した。

積層基板を構成する誘電体セラミクスとしては、例えばＡｌ，Ｓｉ及びＳｒを主成分として、Ｔｉ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｎａ，Ｋなどを副成分とするセラミックス、Ａｌ，Ｓｉ及びＳｒを主成分として、Ｃａ，Ｐｂ，Ｎａ，Ｋなどを複成分とするセラミクス、Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｉ及びＧｄを含むセラミクス、Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒ及びＭｇ含むセラミクスが挙げられる。誘電体の誘電率は５〜１５程度が好ましい。また誘電体セラミクスの他に、樹脂や、樹脂／セラミック複合材を用いて多層基板を構成することも可能である。さらにＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）技術により、Ａｌ_２Ｏ_３を主体とする多層基板内に、タングステンやモリブデン等の高温焼結可能な金属導体により電極パターンを形成しても良い。

図８は、多層基板２００に実装される高周波スイッチの等価回路である。このスイッチは、ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ（ＧａＡｓＭｅｔａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたＧａＡｓスイッチであり、１端子対５端子の高周波スイッチである。このＧａＡｓスイッチは１０個の電界効果型トランジスタ１１１〜１２０と、これらのゲート電極にそれぞれ設けられた抵抗Ｒと、ソース電極に接続される接地コンデンサＣ及び信号の経路に配置された結合コンデンサＣを有して構成される。
各抵抗Ｒにおいて、電界効果型トランジスタ１１１〜１２０のゲート電極に接続された端と反対側の端は、それぞれコントロール端子ＣＮＴ１−１〜ＣＮＴ５−２に接続される。ＧａＡｓスイッチは、外部からの切替信号をデコードするデコーダ７０が組み込まれてり、そのデコーダ７０には４つの制御端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及びＶｄｄが設けられており、これら制御端子に切替信号が入力される。説明の簡略化のためデコーダ７０の構成を省略する。送受信切替ロジックは図８に例示してあるのでその説明を省く。

本実施例で用いたＧａＡｓスイッチでは、単体特性として第１のポートａと第２のポートｂとの間のハーモニクス（Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）特性が、第１のポートａと他のポート間に比べて悪く、特に第１通信システムの３倍波におけるハーモニクス特性が劣っていた。そこで、第１のフィルタ回路を第１通信システムの３倍波を減衰させるノッチフィルタとした。また、比較例として別途第１のフィルタを設けていない多層基板を用いて構成した高周波スイッチモジュールを作成した。

シグナルジェネレータから出力された信号を、パワーアンプを通して＋３４ｄＢｍ（ＣＷ；ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）、８２４ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚ（ＧＳＭ８５０及びＧＳＭ９００の送信信号周波数帯）の高周波電力とし、これを高周波スイッチモジュールの第２のポート１００ｂから入力し、第１のポート１００ａからの出力をスペクトルアナライザに入力して、ハーモニクス特性を評価した。このときＧａＡｓスイッチは第１のポート１００ａと第２のポート１００ｂを接続するように制御されており、また他のポートは１００ｃ〜１００ｈは、５０Ωで終端されている。
比較例の高周波スイッチモジュールの第３次ハーモニクス特性は−６５ｄＢｃしか得られないが、本発明の高周波スイッチモジュールの第３次ハーモニクス特性は−７３ｄＢｃ以下であり、優れたハーモニクス特性が得られた。この結果から、本発明によれば、アンテナから放射される高調波抑制に有効であることが判る。

なお、アンテナＡＮＴとＧａＡｓスイッチの第１ポートａとの間に、ＥＳＤ保護回路を接続しても良い。このＥＳＤ保護回路は、図１１に示したインダクタ、コンデンサで構成されるＴ型、π型等のハイパスフィルタ回路で構成するこが出来るが、これに限定されるものではない。前記インダクタ、コンデンサを多層基板内に電極パターンで形成することも出来、その場合には他の回路のインダクタを構成する電極パターンとの積層方向に重なり合わないようにするか、グランド電極を設けて干渉を防ぐのが好ましい。

本発明の一実施例に係る高周波スイッチモジュールを含む無線通信器の高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールを含む無線通信器の高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの高周波回路ブロック図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの等価回路図である。本発明の高周波スイッチモジュールに用いる高周波スイッチの一例を示す等価回路図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールの斜視図である。本発明の他の実施例に係る高周波スイッチモジュールに用いる多層基板の分解斜視図である。本発明の高周波スイッチモジュールに用いるＥＳＤ対策回路の一例を示す等価回路図である。本発明の高周波スイッチモジュールに用いる高周波スイッチの一例を示す等価回路図である。

符号の説明

１０第２のフィルタ回路
１５第３のフィルタ回路
３０第３のフィルタ回路
４０第１の分波回路
４５第２の分波回路
７０デコーダ
ＳＷ高周波スイッチ
ＡＮＴアンテナ
ＰＡ増幅器
ＬＮＡ低雑音増幅器
ＢＰＦバンドパスフィルタ
ＭＩＸミキサー

Claims

少なくとも、周波数帯域ｆ１の第１通信システムと、周波数帯域ｆ２の第２通信システムに対応した高周波回路に用いられ、平面形状が矩形の多層基板の内部に設けられたフィルタ回路及び分波回路と、前記多層基板の上面に実装され電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路とを備えた高周波スイッチモジュールであって、
前記スイッチ回路は、少なくとも３つのポートを備えるＳＰｎＴ（ｎは２以上の自然数）の高周波スイッチであり、周波数帯域ｆ１及び周波数帯域ｆ２の信号を通過させる第１のフィルタ回路が接続される第１のポートと、前記第１通信システム及び前記第２通信システムの送信信号を通過させる第２のフィルタ回路が接続される第２のポートと、前記第１通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ回路と前記第２通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ回路を並列に接続してなり、前記第１通信システムの受信信号と前記第２通信システムの受信信号とを分波する第１の分波回路が接続された第３ポートを備え、
前記多層基板の下面の周縁に端子電極が形成され、第１側面の側に前記第１のフィルタ回路と接続するアンテナポートが形成され、前記第１側面と対向する第２側面の側に前記ローパスフィルタ回路が接続する受信ポートと、前記ハイパスフィルタ回路が接続する受信ポートと、第３側面の側に前記第２のフィルタ回路と接続する送信ポートを備え、
前記第１及び第２のフィルタ回路と第１の分波回路は、少なくとも一部が多層基板内に積層配置された電極パターンで形成されたインダクタとコンデンサで構成され、各回路の電極パターンは積層方向にグランド電極により分離されるか、異なる回路間の電極パターンが重なり合わないように配置され、
前記第１のフィルタ回路は前記第１側面の側の領域に、前記第２のフィルタ回路は前記第３側面の側の領域に、前記分波回路は前記第１側面と前記第２側面と間の領域に形成され、前記第１側面から前記第２側面に向って、前記第１の分波回路のローパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターン、ハイパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターンの順で並んで配置され、ハイパスフィルタ回路の信号経路に直列に配置されたコンデンサ用の電極パターンが、前記ハイパスフィルタ回路のインダクタ用の電極パターンと積層方向に重なり合って配置されたことを特徴とする高周波スイッチモジュール。
前記多層基板の下面において、第４側面の側にコントロールポートを備え、前記コントロールポートは、多層基板の下面から上面まで連続するビアホールを介して、前記スイッチ回路の第４のポートと接続することを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。