JP4774791B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に用いられる高周波回路装置、及び高周波回路装置の機能を単一部品（モジュール）として実現した高周波モジュールに係り、より詳細には、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムに適用して好適の高周波回路装置および高周波モジュールに関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信システムにおいて、データの送受信を複数の送信部と複数の受信部を用いて行なうことによって伝送速度を高速化するＭＩＭＯの利用が検討されている。現在、標準化が進められている次世代の無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ）には、ＭＩＭＯが用いられる予定である。ＭＩＭＯを用いた無線通信システムの例が特許文献１に開示されている。

特開２００２−４４０５１号公報

既に規格化されている無線ＬＡＮシステムでは、送受信に用いる信号の周波数帯域に対応した１個の送信部及び１個の受信部により送受信が行なわれる（以下、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）と称する）。通信距離を長くするために、或いはＳＮ比（信号対雑音比）を良くするために、規格によって決められた上限を超えない範囲で大きい電力で信号を送信することが望ましく、そのために送信部に電力増幅器（パワーアンプ、以下「ＰＡ」と称す）が設けられる。ＰＡによって増幅された信号がアンテナに伝達され、通信が行なわれる。

例えば２．４ＧＨｚ帯の周波数を用いるシングルバンド用無線ＬＡＮシステムにおける一般的なＲＦ部の構成例を図３４及び図３５に示す。図３４及び図３５において、ＲＦアナログ集積回路（以下「ＲＦ−ＩＣ」と称する）１１８で生成された平衡型の送信信号は、バラン（Ｂａｌｕｎ）１１６ａで不平衡の送信信号になり、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１３を経てＰＡ１１１に入力される。ＰＡ１１１で電力増幅された送信信号は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１４及びスイッチ（ＳＷ）１１５を経てアンテナ１１７に送られる。アンテナ１１７で受信された受信信号は、ＳＷ１１５、帯域通過フィルタ１１９を通り、バラン１１６ｂで平衡型の受信信号に変換されてから、ＲＦ−ＩＣ１１８に送られる。図３４と図３５の差は、図３４では１個のアンテナ１１７で信号が受信されることに対して、図３５では２個のアンテナ１１７ａ，１１７ｂが用いられ、アンテナダイバシティが構成されていることにある。従来の無線ＬＡＮのシングルバンド用であれば、送受信部は一組でよく、送信経路に用いるパワーアンプの個数も１個で良い。また、切り替えることによって、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯の２つの周波数帯域のどちらも使用できるように構成したデュアルバンド用の無線ＬＡＮシステムにおいては、それぞれ２．４ＧＨｚ帯用に１組、５ＧＨｚ帯用に１組の送受信部が設けられている。

上述のように現在、無線ＬＡＮの伝送速度を高速化するために、次世代規格の標準化が進められている。この規格では、複数の送受信部及び複数のアンテナを設けて通信を行なう技術（ＭＩＭＯ技術）を採用することが予定されている。ＭＩＭＯでは従来のＳＩＳＯと異なり、例えば図３４に示した回路を複数個並列に並べて送受信部を構成する。ただし、図３４の中で、ＲＦ−ＩＣ１１８は、複数個並べることも可能であるが、複数個分の機能を１つのＩＣにまとめたＲＦ−ＩＣ１１８を用いることが望ましく、一般には、図３４で回路部分１２０として示した部分を複数個並べることが考えられる。従って、ＭＩＭＯでは少なくとも一部は同じ周波数帯域を含む信号を増幅するＰＡも複数個必要となる。例えば２．４ＧＨｚ帯用の無線ＬＡＮに用いる送信部には、２．４ＧＨｚ帯の信号を増幅する電力増幅器が複数個必要となる。以下本明細書では、送信の多重度がｎであるシステムの場合に送信多重度ｎ、また受信の多重度がｍであるシステムの場合に受信多重度ｍという表現を用いることとする。ＭＩＭＯ方式では、受信多重度ｍ≧送信多重度ｎ≧２である。

ＭＩＭＯ技術を用いてデータの送信を行なう場合、複数のＰＡが必要であり、各ＰＡからの出力の合計が規格の上限を超えないように設定する必要がある。従って、送信時の多重度が増加するに従い、個々のＰＡから出力する電力はより小さくする必要がある。即ち、ＭＩＭＯで用いられるＰＡの出力は、ＳＩＳＯに用いられるＰＡの出力よりも、一般に小さく抑える必要がある。

新しく制定される無線ＬＡＮ規格では、一般に、従来の無線ＬＡＮ規格を満たすことが要求される。従って、無線ＬＡＮの次世代規格としてＭＩＭＯ技術の採用が決定された場合、従来の無線ＬＡＮ規格にも対応させることが要求される。この場合には、複数の送信部のいずれか１つが従来規格の無線ＬＡＮ用に用いられることになる。

ここで、一般のＰＡの出力電力と効率の関係を図３６に示す。同図に示されるように、出力電力を小さくすると、ＰＡの効率が下がる。従って、従来の無線ＬＡＮ規格に対応するように設計されたＰＡを用いてＭＩＭＯに対応する無線ＬＡＮの送信部を構成すると、ＰＡの効率が下がり、ＰＡの効率低下を招くことが避けられない。

本発明の目的は、上記課題を解決し、ＰＡの効率低下が低減可能な、ＭＩＭＯシステム及び従来システムに対応する高周波回路装置、及び高周波回路の機能を単一部品（モジュール）として実現した高周波モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の代表的なものの一例を示せば以下のようになる。すなわち、本発明の高周波回路装置は、送信信号を増幅する複数の電力増幅器を具備して成り、上記複数の電力増幅器は、相互に最大出力電力が異なる少なくとも２個の電力増幅器を含み、通信方式に応じて上記複数の電力増幅器のうちの少なくとも１個の電力増幅器が用いられることを特徴とする。また、本発明による高周波モジュールは、送信信号を増幅する複数の電力増幅器を具備して成り、上記複数の電力増幅器は、相互に最大出力電力が異なる少なくとも２個の電力増幅器であることを特徴とする。上記増幅器は、増幅する信号の周波数帯域の少なくとも一部は互いに等しい信号を増幅する。

上記の最大出力電力が異なる増幅器は、増幅器を構成するトランジスタの段数、または、同一効率のときの出力電力の大きさ、または最大飽和出力電力の大きさ、または最大線形出力電力の大きさ、またはプロセス材料、またはパワーアンプのバイアス電圧、またはパワーアンプを構成するトランジスタのサイズ、または負荷インピーダンスの値などを変化させることによって、得ることが可能である。

例えば、上記高周波回路装置もしくは上記高周波モジュールに含まれる、第一のＰＡは、その線形出力の最大値が、第二のＰＡの線形出力の最大値よりも３ｄＢ大きくなるように設計されているＰＡである。上記第一のＰＡと上記第二のＰＡを含んで構成した高周波回路装置もしくは高周波モジュールにおいて、ＭＩＭＯで送信多重度２の通信を行なうときに第一のＰＡは出力電力を第一のＰＡのＳＩＳＯ通信の時に出力する電力よりも３ｄＢ小さくして出力される。第二のＰＡ２は、ＭＩＭＯ通信用に適した電力を出力する。なお、第一のＰＡの最大出力電力は、規格によって設定される。以上により、第一のＰＡの効率は低下するが、第二のＰＡの効率は低下せず、全体としてＰＡの効率低下が低減される。また、ＳＩＳＯで通信を行なうときには、第一のＰＡのみから送信信号が出力される。

上記目的を達成するための本発明の高周波モジュールは、本発明の上記高周波回路装置の機能を単一部品としてモジュール化することによって実現される。本発明の高周波モジュールではＳＩＳＯの場合は、第一のＰＡにのみ送信信号が入力され、ＭＩＭＯの場合には、第一および第二のＰＡに送信信号が入力される。

尚、本発明の「高周波回路装置」は、少なくとも無線通信用の送信回路、その送信回路が単一の半導体基板上にモノリシックに形成されてなる半導体集積回路、単一のモジュール基板上に複数の半導体チップ部品を配置することによってその送信回路が単一部品（モジュール）として構成された送信回路モジュール、マザーボード上に個別部品を配置することによって（ディスクリートに）その送信回路が構成されたもの、およびこれらのうちの少なくとも１つを筐体内に搭載してなる装置を含む。さらに、本発明の高周波回路装置には、無線通信用の受信回路が含まれても良いことは明らかである。

本発明によれば、ＭＩＭＯで通信を行なうときに用いられる複数のＰＡの少なくとも１個はその出力電力がＭＩＭＯでの仕様に適したＰＡが用いられるため、複数のＰＡの全体としての効率低下が低減される。

以下、本発明に係る無線通信に用いられる高周波回路装置及び高周波回路の機能を単一部品（モジュール）として実現した高周波モジュールを図面に示した幾つかの実施形態を参照して更に詳細に説明する。実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものに同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略することとする。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態を図１から図７Ｂを用いて説明する。図１は、２．４ＧＨｚ帯の周波数帯を用いた送信多重度２のＭＩＭＯに用いる高周波回路装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の高周波回路装置は、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２、送信信号用の２個のバンドパスフィルタ３ａ，３ｂ、送信信号用の２個のローパスフィルタ４ａ，４ｂ、２個のスイッチ５ａ，５ｂ、受信信号用の２個のバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂを含んで構成される。図では、１８ａ，１８ｂは送信信号の入力端子、１９ａ，１９ｂは受信信号の出力端子、及び６ａ，６ｂはアンテナ端子を示す。

送信多重度２のＭＩＭＯシステムで本実施形態に示す高周波回路装置を使用して、信号を送信する場合は、第一のＰＡ１及び第二のＰＡ２の双方に信号が入力される。また、従来の無線ＬＡＮ環境においてＳＩＳＯ通信を行なう場合は、第一のＰＡ１が含まれる送信部（入力端子１８ａ〜アンテナ端子６ａ）及びそれと組になっている受信部（アンテナ端子６ａ〜出力端子１９ａ）のみが用いられ、第二のＰＡ２が含まれる送信部（入力端子１８ｂ〜アンテナ端子６ｂ）及びそれと組になっている受信部（アンテナ端子６ｂ〜出力端子１９ｂ）は用いられない。

第一のＰＡ１及び第二のＰＡ２は、線形アンプである。これら２つのＰＡの入出力特性を図２Ａに示す。第二のＰＡ２は、第一のＰＡ１よりも、線形領域において同一の入力電力に対して出力電力が約３ｄＢ小さくなるように、すなわち利得が３ｄＢ 小さくなるように設計されている。第一のＰＡ１は、例えば送信電力の上限のみならず許容されるエラーベクトルマグニチュードの値などの無線ＬＡＮ規格を満足し、かつＰＡ出力端からアンテナまでの損失などを考慮した電力を出力するように設計されている。第一のＰＡ１をＭＩＭＯ通信に用いる場合は、第一のＰＡ１及び第二のＰＡ２から電力が出力されるため、第一のＰＡ１の出力電力は約半分とする。本実施形態では第一のＰＡ１は利得が可変であるＰＡを用いると良い。また本発明の第１の実施形態は、送信信号を増幅する電力増幅器に入力される信号の大きさが、ＳＩＳＯ通信の場合も、ＭＩＭＯ通信の場合も同じである場合に特に適している。

図２Ｂは、第一のＰＡ１及び第二のＰＡ２の電力付加効率の出力電力依存性を示している。図２Ｂに示すように、同じ出力電力の場合、第二のＰＡ２は、効率が第一のＰＡ１の効率よりも良く、第一のＰＡ１と同じ出力電力を出力する場合に、良い効率を保つことができる。このような効率は、第二のＰＡ２が第一のＰＡ１に対して最大出力電力が約３ｄＢ小さくなるように設計されているために実現される。第二のＰＡ２として、第一のＰＡ１と同じ入出力特性を示すＰＡを用いた場合は、第一，第二のＰＡとも効率が下がるが、本実施形態では第二のＰＡ２の効率が良い分、全体として効率の低下が軽減される。即ち、本実施形態に示す高周波回路装置の構成とすることによって、ＳＩＳＯ通信に対しては十分な電力を出力することができ、かつＭＩＭＯ通信に対しては電力増幅器全体の効率の低下を軽減することができる。

本実施形態の高周波回路装置は、図３に示すように、モジュール化して高周波モジュール１７としもよい。高周波モジュール１７では、多層のセラミックス基板８３が用いられる。セラミックス基板８３の中に、図３には示されていないが、バンドパスフィルタ３ａ，３ｂ，１６ａ，１６ｂ、ローパスフィルタ４ａ，４ｂなどが作製されている。図には示されていないが、アンテナに接続するためのアンテナ端子は、セラミックス基板８３の裏面に、基板の辺に沿って設けられている。また、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２及びスイッチ５ａ，５ｂは、チップ部品８１と共にセラミックス基板８３の表面に実装される。第一のＰＡ１，第二のＰＡ２やスイッチ５ａ，５ｂはベアチップ実装としても良い。更に、セラミックス基板８３の上にふた８２が被せられる。本実施形態では、多層のセラミックス基板８３の中にフィルタ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂが内蔵されるので、高周波モジュール１７を小型化することができる。

また、高周波モジュールの別の構造として、図４に示す高周波モジュール８５がある。高周波モジュール８５は、図３に示す高周波モジュール１７に用いられているセラミックス基板８３の実装面積を大きくして、更にセラミックアンテナ８４ａ，８４ｂを集積したものである。また、セラミックアンテナ８４ａ，８４ｂを図３に示す高周波モジュールと一体形成しても良い。

高周波モジュールの更に別の構造として、図５に示す高周波モジュール８９がある。高周波モジュール８９は、樹脂基板８７を用いて形成される。本モジュールでは、受信用のローノイズアンプ（ＬＮＡ）８８ａ，８８ｂやバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂなどはディスクリート部品を用いており、それらが樹脂基板８７上に他の部品と共に実装される。また、樹脂基板８７の中に内蔵することができる部品は、基板８７上に実装せず基板に内蔵しても良いことは言うまでもない。

また、図４に示した高周波モジュール８５と同様、図６に示すように、樹脂基板８７上にアンテナ９０ａ，９０ｂを形成し、図５に示した高周波モジュール８９と一体形成することにより、アンテナも集積化した高周波モジュール９１としても良い。このような高周波モジュール９１を提供することにより、モジュール使用者の高周波回路設計、部品の実装という手間を省くことができる。

なお、図１に示した高周波回路装置は、モジュール化せずに図７Ａに示すように、ディスクリート部品を用いて、例えば、マザーボードとなる基板１３の上に配置することによって、構成しても良いことは言うまでもない。なお基板の形状は、その作成上、矩形であることが望ましい。図７Ａの基板１３の裏面を図７Ｂに示すが、図１で示したアンテナ用端子は、図７Ｂに示すように、基板１３の一辺に沿って配置することが、アンテナと接続するための配線の配置を容易にするために望ましい。図７Ｂで端子１３０は第一のＰＡ１と電気的に接続する端子、端子１３１は第二のＰＡ２と電気的に接続する端子である。

以下の実施形態において、本発明による高周波回路装置および高周波モジュールは、高周波モジュールの構成を取り上げて説明するが、そのモジュール実装及び用いられる基板などは上記と同様であるので、説明を省略する。また、第一の実施例と同様に、モジュール化せずに、ディスクリート部品をマザーボードなどの基板上に配置して、高周波回路装置を形成しても良いことは言うまでもない。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を図８を用いて説明する。図８は、第１の実施形態と同様に２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール８の回路構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態は、送信信号を増幅する電力増幅器に入力される信号の大きさが、ＳＩＳＯ通信の場合も、ＭＩＭＯ通信の場合も同じである場合に特に適している。本実施形態において、第一のＰＡ１は主としてＧａＡｓ（ガリウム砒素）を用いたトランジスタを３段にカスケード接続した３段アンプであり、第二のＰＡ２は主としてＧａＡｓを用いたトランジスタを２段にカスケード接続した２段アンプである。第二のＰＡ２は、トランジスタの段数を第一のＰＡ１に比べて少なくして、全体として利得が３ｄＢ小さく、線形領域における最大出力電力が約３ｄＢ小さくなるように設計されている。

第２の実施形態においても、ＭＩＭＯ通信のときにのみ使用されるＰＡが、ＭＩＭＯ及びＳＩＳＯの両方の通信に用いられるＰＡよりも最大出力電力が小さくなるように構成されることにより、ＳＩＳＯ通信に対しては十分な電力を出力することができ、かつＭＩＭＯ通信に対しては、パワーアンプ全体での効率の低下を低減することが可能になる。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を図９を用いて説明する。図９は、２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール９の回路構成を示すブロック図である。本実施形態の第２の実施形態との違いは、第一のＰＡ１は第２の実施形態と同様に主としてＧａＡｓを用いて作製されるが、第二のＰＡ２は主としてＳｉ（シリコン）を用いて作製されている。第一のＰＡ１に比べて第二のＰＡ２は、利得を３ｄＢ小さくし、更に線形領域で最大出力電力が約３ｄＢ小さくなるように設計されている。第一のＰＡ１と第二のＰＡ２の使用方法と得られる効果は、これまでに述べた実施形態と同様である。本実施形態の更なる効果として、主としてＳｉを用いた安価なＰＡも用いて高周波モジュールを構成することにより第一のＰＡ１ならびに第二のＰＡ２の双方をＧａＡｓを用いて高周波モジュールを構成する場合よりも高周波モジュールを低コスト化することができる。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態を図１０を用いて説明する。図１０は、第２の実施形態と同様に２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール１０の回路構成を示すブロック図である。第一のＰＡ１と第二のＰＡ２は同一設計のＰＡであり、駆動条件が等しければ、出力電力、利得などはほぼ同一の特性を示す。本実施形態では、第一のＰＡ１のバイアス用端子１１ａからバイアス電圧が供給される。また、第二のＰＡ２のバイアス回路に、バイアス用端子１１ｂを有するＤＣ−ＤＣコンバータ１５が設けられ、第二のＰＡ２にＤＣ−ＤＣコンバータ１５から第一のＰＡ１よりも低いバイアス電圧が供給される。本実施例では第一のＰＡ１には約３．３Ｖ、第二のＰＡ２には約２．３Ｖの電圧が供給される。このように、第二のＰＡ２のバイアス電圧を下げると、利得はほとんど変化しないが飽和出力が低下し線形領域における最大出力電力は小さくなる。バイアス電圧をさげることで高周波モジュール１０の消費電力を減らすことができる。高周波モジュール１０を本実施形態に示すような構成とすることにより、モジュール全体で低消費電力化をはかることが可能となる。本実施形態に特有の効果として、第２及び第３の実施形態では種類の異なるＰＡが用いられたが、本実施形態では同じＰＡが用いられるため、ＭＩＭＯ用の高周波モジュール１０の作製に要するＰＡの種類を減らすことができ、部品の調達、管理などを簡便化することができる。また、本発明の第４の実施形態は、ＳＩＳＯ通信の場合に比べて、ＭＩＭＯ通信の場合はその多重度に応じて、入力電力があらかじめ小さくなっている信号の増幅に適している。

＜実施形態５＞
本発明の第５の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１は第２の実施形態と同様に２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール１２の回路構成を示すブロック図である。本実施形態の第一のＰＡ１並びに第二のＰＡ２はＧａＡｓ ＨＢＴによる電力増幅器である。本実施形態においては、第二のＰＡ２の最終段のフィンガー数は第一のＰＡの最終段のフィンガー数の半分となっている。このように本実施形態ではトランジスタのサイズを小さくすることで第二のＰＡ２の最大出力電力が小さくなっている。本実施形態による効果もこれまでに説明してきた実施形態と同様である。本実施形態に特有の効果として、第二のＰＡ２のトランジスタサイズを小さくすることによって、１個のＰＡの作製に要するチップ面積を小さくすることができるため、結果として、高周波モジュール１２を低コスト化することができる。また、第二のＰＡ２のゲート幅を第一のＰＡ１のゲート幅より狭くした電力増幅器を用いて構成した電力増幅器を具備してなる高周波モジュールにおいても、同様の効果が得られることは明白である。

＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態を図１２を用いて説明する。図１２は、２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度３のＭＩＭＯ用の高周波モジュール３０の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２、第三のＰＡ３２、送信信号用の３個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｃ、送信信号用の３個のローパスフィルタ４ａ〜４ｃ、受信信号用の３個のバンドパスフィルタ１６ａ〜１６ｃ、及び３個のスイッチ５ａ〜５ｃを含んで構成される。更に、送信信号の３個の入力端子１８ａ〜１８ｃ、受信信号の３個の出力端子１９ａ〜１９ｃ、及び３個のアンテナ端子６ａ〜６ｃが設けられる。

通信相手の受信多重度が３以上であるＭＩＭＯシステムにおいて高周波モジュール３０を用いる場合、送信時には第一のＰＡ１、第二のＰＡ２及び第三のＰＡ３２が含まれる送信部に対して、送信信号が入力される。また、従来の無線ＬＡＮシステムにおいてＳＩＳＯ通信を行なう場合は、送信時には第一のＰＡ１が含まれる送信部に送信信号が入力される。また、通信相手の受信多重度が２である場合は、本実施形態では第一のＰＡ１と第二のＰＡ２が含まれる送信部に送信信号が入力される。

本実施形態の高周波モジュールでは第一のＰＡ１、第二のＰＡ２及び第三のＰＡ３２は、主としてＧａＡｓを用いて作製された線形アンプが用いられる。これら３個のＰＡの入出力特性を図１３に示す。線形領域では第二のＰＡ２は、第一のＰＡ１よりも、同一の入力電力に対して出力電力が約３ｄＢ小さくなるように設計されたＰＡである。また、線形領域では第三のＰＡ３２は、第二のＰＡ２よりも、同一の入力電力に対して約１．８ｄＢ小さくなるように設計されたＰＡである。第一のＰＡ１は、従来の無線ＬＡＮ規格並びにＰＡ出力端からアンテナまでの損失などを考慮した電力を出力するように設計されたＰＡである。

本実施形態においても通信相手の多重度によって使用するＰＡ及びそこから出力される電力が変化する。送信多重度２で送信する場合は、それぞれのＰＡの出力電力はＳＩＳＯでの出力電力よりも約３ｄＢ小さい。また、送信多重度３で送信する場合は、それぞれのＰＡの出力電力はＳＩＳＯでの出力電力よりも約４．８ｄＢ小さい。本実施形態においては、第一のＰＡ１はＳＩＳＯ通信に必要な電力が出力できるように、第二のＰＡ２は送信多重度２の通信に必要な電力が出力できるように、第三のＰＡ３２は送信多重度３の通信に必要な電力が出力できるように、それぞれ設計されている。従って、全てが第一のＰＡ１と同一のＰＡを用いてＭＩＭＯ用の高周波モジュールを形成する従来の場合に比べて、ＰＡの効率の低下を低減することができる。このように、本実施形態に示すように、送信多重度３に対応できるように構成したＭＩＭＯ用の高周波モジュールにおいて、ＭＩＭＯ通信のときのみに使用するＰＡを、ＭＩＭＯとＳＩＳＯの双方の通信のときに用いるＰＡよりも最大出力電力が小さくなるように構成することにより、ＳＩＳＯ通信に対しては十分な電力で出力でき、かつ送信多重度２及び送信多重度３のＭＩＭＯ通信を行なう場合は、パワーアンプ全体での効率の低下を抑えることができ、高効率のＭＩＭＯ用の高周波モジュールを提供することができる。

次に、図１４Ａを用いて本実施形態の高周波モジュール３１の望ましい複数のＰＡの配置の仕方を説明する。本実施形態で説明したＰＡは、ＳＩＳＯのときは第一のＰＡ１、多重度が２のときは第一のＰＡ１と第二のＰＡ２を用いる。ＭＩＭＯでは、それぞれに用いられるアンテナが相互に無相関とみなせる場合に最もＭＩＭＯ効果を得ることができる。従って、アンテナの間隔は可能な限り離すことが望ましい。従って、ＭＩＭＯ用の高周波モジュール３１を多重度２として用いる場合、図１４Ａに示すように、アンテナ３３とアンテナ３５をアンテナ３４を間に挟むように配置して、通信を行なうことが望ましい。この場合、高周波モジュール３１からアンテナ３３、３４、３５までの配線を互いに交差することなしに配置するためには、多重度２の場合に用いる第一のＰＡ１と第二のＰＡ２を、それぞれアンテナ３５、３３と接続するようにし、そのためには第一のＰＡ１並びに第二のＰＡ２を含む送受信部がモジュールの両端に配置されることが望ましい。また、そのために第一から第三のＰＡがスイッチを介して、アンテナと接続するために設けられる端子の、望ましい配置を図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ｂは本実施形態における高周波モジュールにおいて、ＰＡやスイッチが搭載させる面を表面とした場合に、高周波モジュールの裏面を示した図である。アンテナと接続するための端子を、矩形のモジュールの一辺に備えており、その中で、図１４Ｂに示した端子１３０、１３１、１３２が、第一から第三のＰＡとアンテナを接続する端子であり、端子１３０が第一のＰＡ１、端子１３１が第二のＰＡ２と、端子１３２が第三のＰＡとそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態では端子１３０と端子１３１が、端子１３０，１３１，１３２の中で、互いの距離が最も遠くなるように配置されている。端子１３０，１３１，１３２をこのように配置することで、高周波モジュール内での配線を交差させることなく、高周波モジュールとアンテナとの間の配線の交差させることなく、配線を引き回すことが可能になる。

このような構成にすることによって、図１２に示した配置よりも、より高いＭＩＭＯ効果を得ることが可能となる。また、高周波回路装置においても、このような端子の配置によって同様の効果を得られることは明白である。

＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態を図１５を用いて説明する。図１５は、２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度３のＭＩＭＯ用の高周波モジュール３６の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、第一のＰＡ１、２個の第二のＰＡ２ａ，ＰＡ２ｂ、送信信号用の３個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｃ、送信信号用の３個のローパスフィルタ４ａ〜４ｃ、受信信号用の３個のバンドパスフィルタ１６ａ〜１６ｃ、及び３個のスイッチ５ａ〜５ｃを含んで構成される。本実施例では、第二のＰＡ２ａと第二のＰＡ２ｂのトランジスタのサイズは略等しくなっている。

また、送受信ともに多重度が３であるＭＩＭＯシステムにおいて、第一のＰＡ１、及び２個の第二のＰＡ２ａ，２ｂが用いられ、それらが含まれる送信部に送信信号が入力される。また、従来の無線ＬＡＮ環境においてＳＩＳＯ通信を行なう場合は、送信時には第一のＰＡ１が含まれる送信部のみに送信信号が入力される。本実施形態における第一のＰＡ１はＭＩＭＯ通信に用いられる場合は、ＳＩＳＯ通信に用いられる場合に比べて、電力増幅器の増幅段数が減じられる。電力増幅器の増幅段数を変える方法は、後の実施例で説明する。

ところで、本実施例では通信相手の受信多重度が２である場合は、先に述べた第６の実施形態とは異なり、送信時には本実施形態では第一のＰＡ１が含まれる送信部には送信信号が入力されず、第二のＰＡ２ａ，２ｂが含まれる２つの送信部に送信信号が入力される。すなわち、第一のＰＡ１はＯＦＦ状態となる。第６の実施形態の場合は、多重度２で使用する場合は、第一のＰＡ１の出力を下げて使用するためＰＡの効率が低下したが、本実施形態のような構成とすることにより、多重度２で使用する場合にＰＡ全体での効率の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、高周波モジュールを構成するために必要となるＰＡの種類が、第６の実施形態よりも１種類減らせることができるので、組み立てに要するＰＡの種類を減らすことができ、部品の調達、管理などを簡便化することができる。

なお、多重度３で使用する場合、本実施形態の場合に、先に述べた第６の実施形態に比べて第二のＰＡ２ａ，２ｂの一方の効率が劣化するが、第６の実施形態で用いた第三のＰＡ３２と、第７の実施形態において第三のＰＡ３２の代わりに用いる第二のＰＡ２の出力の差は約１．８ｄＢであるため、効率の低下を少なく済ませることができる。

次に、本実施形態における望ましい複数のＰＡの配置の仕方について図１６を用いて説明する。本実施形態では、ＳＩＳＯのときは第一のＰＡ１に信号が入力され、多重度が２のときに２個の第二のＰＡ２ａ，２ｂに信号が入力される。そのとき、図１６に示すように、２個の第二のＰＡ２ａ，２ｂを含む送受信部がモジュールの両端に配置されることが望ましい。そのような配置とすることによって、図１５に示した配置よりも高いＭＩＭＯ効果を得ることが可能となる。更に、図１６に示す配置とした場合は、最も出力電力が大きくなる第一のＰＡ１がモジュールの中央付近に配置されることになるため、第一のＰＡ１による発熱をＭＩＭＯ用の高周波モジュール３７全体に拡散させることができる。そのため、第一のＰＡ１からの発熱によるモジュール温度の上昇を低減することが可能になる。

なお、図１６に示す配置とした場合の高周波モジュールの例を図１７Ａに示す。高周波モジュール８０のセラミックス基板８３の中に、図１７Ａには示されていないが、バンドパスフィルタ３ａ，３ｂ，３ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、ローパスフィルタ４ａ，４ｂ，４ｃなどが作製されている。基板８３の表面の中央に第一のＰＡ１及びスイッチ５ｂが実装され、同表面の両側に第二のＰＡ２ａとスイッチ５ａ及び第二のＰＡ２ｂとスイッチ５ｃがそれぞれ実装されている。チップ部品８１もこれらと共に同表面に実装される。また、セラミックス基板８３の上にふた８２が被せられる。本実施形態における第一から第三のＰＡがスイッチを介して、アンテナと接続するために設けられる端子の、望ましい配置を図１７Ｂを用いて説明する。図１７Ｂは図１７Ａに示した高周波モジュールの裏面を示した図である。アンテナと接続するための端子を、矩形のモジュールの一辺に備えており、その中で、図１７Ｂに示した端子１３０、１３１、１３２が、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２ａ、第二のＰＡ２ｂとアンテナを接続する端子であり、端子１３０が第一のＰＡ１、端子１３１が第二のＰＡ２bと、端子１３２が第二のＰＡ２ａとそれぞれ電気的に接続されている。このように配置することで、高周波モジュール内での配線を交差させることなく、高周波モジュールとアンテナとの間の配線の交差させることなく、配線を引き回すことが可能になる。本実施形態では、最大の出力電力を有する第一のＰＡ１と電気的に接続される端子１３０が、第二のＰＡ２ａ並びに第二のＰＡ２ｂと電気的に接続される端子の間になるように配置されている。高周波回路装置においても、このような端子の配置によって同様の効果を得られる。

＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態を図１８を用いて説明する。図１８は、２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度４のＭＩＭＯ用の高周波モジュール４０の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２、第三のＰＡ３２、第四のＰＡ４１、送信信号用の４個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｄ、送信信号用の４個のローパスフィルタ４ａ〜４ｄ、受信信号用の４個のバンドパスフィルタ１６ａ〜１６ｄ、並びに４個のスイッチ５ａ〜５ｄを含んで構成される。更に、送信信号の４個の入力端子１８ａ〜１８ｄ、受信信号の４個の出力端子１９ａ〜１９ｄ、及び４個のアンテナ端子６ａ〜６ｄが設けられる。

多重度が４であるＭＩＭＯシステムにおいて、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２、第三のＰＡ３２及び第四のＰＡ４１に送信信号が入力される。また、従来の無線ＬＡＮ環境においてＳＩＳＯ通信を行なう場合は、送信時には第一のＰＡ１が含まれる送信部のみに送信信号が入力される。また、通信相手の受信多重度が２である場合は、送信時には本実施形態では第一のＰＡ１及び第二のＰＡ２が含まれる送信部のみに送信信号が入力される。また、通信相手の受信多重度が３である場合は、送信時には本実施形態では第一のＰＡ１、第二のＰＡ２及び第三のＰＡ３２が含まれる送信部のみに送信信号が入力される。これら４個のＰＡは、主としてＧａＡｓを用いて作製された線形アンプである。これら４個のＰＡの入出力特性を図１９に示す。線形領域では第二のＰＡ２は、第一のＰＡ１よりも、同一の入力電力に対して出力電力が約３ｄＢ小さくなるように設計されている。また、第三のＰＡ３２は、第二のＰＡ２よりも、同一の入力電力に対して約１．８ｄＢ小さくなるように設計されている。また更に、第四のＰＡ４１は、第三のＰＡ３２よりも、同一の入力電力に対して約１．２ｄＢ小さくなるように設計されている。第一のＰＡ１は、従来の無線ＬＡＮ規格並びにＰＡ出力端からアンテナまでの損失などを考慮した電力を出力するように設計されている。

本実施形態により、これまでに説明した多重度２、又は多重度３のＭＩＭＯと同様の効果が得られることは明白である。

＜第９の実施形態＞
本発明の第９の実施形態を図２０を用いて説明する。図２０は、２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度４のＭＩＭＯ用の高周波モジュール４２の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、第一のＰＡ１、３個の第二のＰＡ２ａ〜２ｃ、送信信号用の４個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｄ、送信信号用の４個のローパスフィルタ４ａ〜４ｄ、受信信号用の４個のバンドパスフィルタ１６ａ〜１６ｄ、及び４個のスイッチ５ａ〜５ｄを含んで構成される。更に、送信信号の４個の入力端子１８ａ〜１８ｄ、受信信号の４個の出力端子１９ａ〜１９ｄ、及び４個のアンテナ端子６ａ〜６ｄが設けられる。

本実施形態では、送受信端末ともに多重度が４であるＭＩＭＯシステムにおいて、第一のＰＡ１及び３個の第二のＰＡ２ａ〜２ｃが含まれる送信部に信号が入力される。また、従来の無線ＬＡＮ環境においてＳＩＳＯ通信を行なう場合は、送信時には第一のＰＡ１が含まれる送信部のみに送信信号が入力される。

一方、通信相手の受信多重度が２である場合は、先に述べた実施形態とは異なり、送信時には本実施形態では第一のＰＡ１が含まれる送信部は使用されず、３個のうちの２個の第二のＰＡ２が用いられ、同２個の第二のＰＡ２が含まれる２個の送信部に送信信号が入力される。また、通信相手の受信多重度が３である場合は、送信時には第一のＰＡ１が含まれる送信部は使用されずに、３個の第二のＰＡ２が含まれる３個の送信部に送信信号が入力される。このような構成とすることで、本発明の第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図２１に示すように、２個の第二のＰＡ２ａ，２ｃを含む送受信部がモジュール４３の両端に配置され、最も出力電力が大きくなる第一のＰＡ１が２個の第二のＰＡ２ａ，２ｃの中間に配置されることが望ましい。第８の実施形態の場合と同様に、より高いＭＩＭＯ効果と発熱低減の効果を得ることができる。

＜第１０の実施形態＞
本発明の第１０の実施形態を図２２から図２５を用いて説明する。第１〜第９の実施形態において、ＭＩＭＯ用とＳＩＳＯ用の両方に用いられるＰＡのＭＩＭＯ通信時の効率、及びＭＩＭＯ用に用いられても、通信相手の多重度によって予め設計された最適な出力電力よりも小さい電力を出力する場合があるＰＡの小さい電力を出力する時の効率は、予め設計された最適な出力電力のときの効率よりも低い。本実施形態で用いられるＰＡは、ＰＡの内部のトランジスタの接続を予め設計された最適な出力電力で出力する時と小さい電力を出力する時とで切り替えることにより、小さい電力を出力する時でも高い効率が得られるように構成される。本実施形態では、高周波モジュールの回路構成の説明は省略し、ＰＡの構成についてのみ説明することとする。

本実施形態によるＰＡ２０は、図２２に示すようにトランジスタを３段にカスケード接続した、すなわち一段目２１、二段目２２及び３段目２３から構成された３段アンプである。図２２に示したＰＡ２０では、２段目２２と３段目２３の間、及び三段目２３と出力端子６の間に、それぞれスイッチ２４とスイッチ２５が設けられている。本実施例ではＰＡ２０は、例えば、ＰＡ２０の全利得を２５ｄＢとし、これら３段のゲイン配分が順に１０：９：６となるように設計される。ＰＡ２０を本実施形態の構成とすることにより、例えばＳＩＳＯ通信の場合は、３段全部用いて信号を増幅し、また、多重度４のＭＩＭＯ通信に用いる場合は、スイッチ２４とスイッチ２５によって３段目を切り離すことによって、６ｄＢ利得が小さいＰＡを構成することができる。

図２２に示したＰＡ２０では、２個のスイッチが使用されるが、図２３や図２４Ａに示すように１個のスイッチ２４又はスイッチ２５のみを含んでＰＡを構成することが可能である。図２３に示すように２段目２２と３段目２３の間にスイッチ２４を設ける場合は、３段目２３の出力に高周波線路２６が付加されていることを考慮した整合回路の設計が必要になる。図２４Ａに示す構成の場合は、段間に高周波線路２６が付加されることを考慮した整合回路の設計が必要になる。図２２から図２４Ａに示すＰＡでは、３段目のトランジスタを切りはなす構成となっているが、図２４Ｂに示すように初段のトランジスタを切りはなす、または図２４Ｃに示すように２段目のトランジスタを切りはなす構成としても良いことは言うまでもない。

また、図２５に示すＰＡでは、通信相手の多重度によって出力電力が変化するＰＡ２８のバイアス回路にＤＣ−ＤＣコンバータ２７が設けられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７によって、通信相手の多重度によってＰＡ２８のバイアス電圧が変更される。それにより、小さい電力を出力する時にＰＡ２８の消費電力を低減することが可能になる。

＜第１１の実施形態＞
本発明の第１１の実施形態を図２６Ａを用いて説明する。図２６Ａは２．４ＧＨｚ帯で動作する送信多重度４のＭＩＭＯ用の高周波モジュール５０の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、第一のＰＡ１、３個の第二のＰＡ２ａ〜２ｃ、送信信号用の４個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｄ、送信信号用の４個のローパスフィルタ４ａ〜４ｄ、４個のスイッチ５ａ〜５ｄ、さらに４個のスイッチ５３ａ〜５３ｄを含んで構成される。本実施形態のモジュールは、図２０を用いて説明した第９の実施形態と同様に使用することができるが、本実施形態と第９の実施形態との差は、本実施形態の高周波モジュールには、ＰＡが電気的に接続するアンテナを切り替える４個のスイッチ５３ａ〜５３ｄが備えられる点にある。

本実施形態における高周波回路モジュールを用いた無線通信機の機能ブロック図を図２６Ｂに示す。本実施形態を用いて構成した無線通信機では、トレーニングパケット生成部１４７により、例えば、通信相手となる無線通信機に対して、自身の多重度や通信可能な変調方式など通信相手の無線通信機との通信に必要な情報を送信する。また、相手の無線通信機からの同様の情報をトレーニングパケット受信部１４６で受信し、ビットエラーレートを測定する。通信相手となる無線通信機とこのようなやり取りを相互に行ない、通信相手の多重度を判定し、無線通信機との最適な通信方法を、ＭＩＭＯ制御部１４５が総合的に判断する。その結果をもとに、ＭＩＭＯ制御部１４５は、制御信号１５０を用いて、送信ＲＦ制御１４４、受信ＲＦ制御１４３、送信ＲＦ部１４２、受信ＲＦ部１４１の制御を行ない、自身の多重度を制御する。このトレーニングパケットの送受信は定期的に行なわれるが、無線通信機に電源が投入されてから最初に行なわれるトレーニングパケットの送受信はＳＩＳＯ通信により行なわれる。それ以降は、ＳＩＳＯ通信または前回パケットを送った時の通信方式を用いて行なわれる。

本実施形態に示す高周波モジュール５０を用いて構成した無線通信機が通信する相手の受信多重度が２である場合は、本実施形態に示す高周波モジュール５０を用いて構成した無線通信機の送信多重度を２にする必要がある。そのとき、高周波モジュール５０に具備されている４個の送受信部を図２６Ａに示すように、構成要素部分５１と構成要素部分５２の２つの組に分けて用いる。このとき構成要素部分５１側には、スイッチ５３ｄ、５３ｃが、構成要素５２側にはスイッチ５３ａ，５３ｂが具備される。

高周波モジュール５０をこのように構成することにより、相手の無線通信機の受信多重度が２である場合は、本実施形態の高周波モジュールでは、第二のＰＡ２ａと第二のＰＡ２ｂの電力増幅器に送信信号が入力される。そして、第二のＰＡ２ａからの信号がアンテナ５６又はアンテナ５７のいずれかから送信されるようにスイッチ５３ａ，５３ｂが切り替えられる。また、第二のＰＡ２ｂからの信号はアンテナ５４又はアンテナ５５のいずれかから送信されるようにスイッチ５３ｃ，５３ｄが切り替えられる。これらのスイッチ５３ａ，５３ｂ、５３ｃ，５３ｄの切り替え制御は、ＭＩＭＯ制御部１４５がスイッチ部１４０に送る制御信号１５０によって、制御される。定期的に行なわれるトレーニングパケットの送受信のビットエラーレート、または、通常のデータ伝送におけるビットエラーレートが、あらかじめ設定された閾値以上になった場合に、スイッチ５３ａ，５３ｂ、５３ｃ，５３ｄを切り替える。スイッチ５３ａ，５３ｂ、５３ｃ，５３ｄを切り替えることによって、ビットエラーレートがさらに悪くならなければ、スイッチ５３ａ，５３ｂ、５３ｃ，５３ｄを切り替えた状態で、すなわち通信に使用するアンテナを変更した状態で通信を行なう。このように、スイッチ５３ａ，５３ｂ、５３ｃ，５３ｄを切り替えることにより、より良い伝搬条件で通信を行なうことができる送信ダイバシティが実現される。本実施形態の高周波モジュールには受信部も含まれているため、受信ダイバシティを実現することもできる。このように本実施形態の高周波モジュールは第二のＰＡ２ａ並びに第二のＰＡ２ｂが電気的に接続するアンテナを切り替えるためのスイッチを具備して構成されており、その結果として、より良い通信条件で相手の無線通信機と通信することができる。本実施形態では、高周波モジュールの形態で説明したが、モジュール化していない高周波回路装置でも同様である。本実施形態の場合は、通信相手の受信多重度が２以外でも、４未満であれば同様の効果を得ることができる。

図２６Ａの実施形態では、アンテナのみを切り替えたアンテナダイバシティが実現されるが、図２７に示すようにＭＩＭＯ用の高周波モジュール５８の全ての送信部を用いて送信ダイバシティ効果を得ることもできる。この場合は、例えば、図２６Ｂに示すＭＩＭＯ制御部１４５からの制御信号１５０を送信ＲＦ制御部が受けて、相互に符号が異なるデータをアンテナ５４〜５７から送信することにより、ダイバシティ効果が実現される。

＜第１２の実施形態＞
本発明の第１２の実施形態を図２８を用いて説明する。図２８は、送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール６０の回路構成を示すブロック図である。本モジュールは、３個の第一のＰＡ１ａ〜１ｃ、３個の第二のＰＡ２ａ〜２ｃ、送信信号用の６個のバンドパスフィルタ３ａ〜３ｆ、送信信号用の６個のローパスフィルタ４ａ〜４ｆ、６個のスイッチ５ａ〜５ｆ、更に受信信号用の６個のバンドパスフィルタ１６ａ〜１６ｆを含んで構成される。

本実施形態では、使用するＰＡの種類によって、ＭＩＭＯ用の高周波モジュールの構成要素部分６１、及びＭＩＭＯ用の高周波モジュールの構成要素部分６２の２つの組に分け、それぞれの組の中で、アンテナのビーム形状を設定する、即ちビームフォーミングを行なうことができる構成となっている。アンテナビームフォーミングにより、より良い通信状態で通信を行なうことが可能になる。本実施形態を用いた無線通信機の機能ブロックは図２６Ｂと略同様であるため、図２６Ｂを用いて説明するが、ＭＩＭＯ制御部１４５からの制御信号１５０により送信ＲＦ制御部が、それぞれの送信部に入力される送信信号の振幅と位相を決定し、アンテナビームフォーミングを行なう。

＜第１３の実施形態＞
本発明の第１３の実施形態を図２９を用いて説明する。図２９は、デュアルバンド対応の送信多重度２のＭＩＭＯ用の高周波モジュール１０７の回路構成を示すブロック図である。本実施形態では、２．４ＧＨｚ帯用のＭＩＭＯ用の高周波モジュール７と５ＧＨｚ帯用のＭＩＭＯ用の高周波モジュール１０８とを組み合わせて高周波モジュール１０７が構成される。このような構成の高周波モジュール１０７を用いることにより、デュアルバンドのＭＩＭＯに対応する無線ＬＡＮカードを容易に実現することができる。

以上、本発明の高周波回路装置及び高周波モジュールの実施形態を述べたが、各実施形態における回路構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、今までに述べたものに限らないことは言うまでもない。例えば、図３０に示すＭＩＭＯ用の高周波モジュール７０は、第２の実施形態などにおいて説明したＭＩＭＯ用の高周波モジュールに、更に送信経路並びに受信経路にバラン（Ｂａｌｕｎ）７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを設けた構成となっている。また、図３１に示すＭＩＭＯ用の高周波モジュール７２は、第１の実施形態で説明した高周波モジュール１７に対して、バンドパスフィルタを除いた構成となっている。また、図３２に示すＭＩＭＯ用の高周波モジュール７３は、第一のＰＡ１、第二のＰＡ２及びそれらの入力整合回路（Ｉ−Ｍ）７４ａ，７４ｂと出力整合回路（Ｏ−Ｍ）７５ａ，７５ｂからのみ構成されている。

また送信部のみによる高周波回路装置および高周波モジュールであっても、本発明の効果を得られることは明白である。また本発明の高周波回路装置および高周波モジュールは、ＲＦ−ＩＣやベースバンド部の機能を有するように構成しても良いことは言うまでもない。また、周波数帯域も本実施例で述べた周波数帯に限ったものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ、他の周波数帯でも同様の効果を得られることは明白である。

また、ＰＡに用いる主な材料は、ＧａＡｓやＳｉに限るものではなく、ＳｉＧｅ、ＩｎＧａＰなどでも良い。また、ＰＡは、幾つかのプロセスが混在して形成されても良く、またその構造も特定のものに限ったものではなく、信号を増幅する機能を有するものであれば良いことは言うまでもない。

更に、送受信の多重度、ＰＡの種類、利得、複数個設けたＰＡのそれぞれの出力電力の関係などは、本実施形態に述べたものに限るものでないことは明白であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば用途に適した値を用いれば良いことは言うまでもない。

＜第１４の実施形態＞
本発明の第１４の実施形態を図３３を用いて説明する。図３３は、セラミックス基板８３を用いて作製した高周波モジュール８０を含んで構成した無線ＬＡＮモジュール９４である。マザーボードとなる樹脂基板９２上に高周波モジュール８０とセラミックで作製したアンテナ９３ａ，９３ｂ，９３ｃを実装している。本発明による高周波モジュール８０に上記の本発明の高周波モジュール（例えば、図１６に示した高周波モジュール３７）を用いることにより、電力増幅器の効率の低下が低減された無線ＬＡＮモジュールを実現することができる。

なお、これらの無線ＬＡＮモジュールではセラミックアンテナが用いられているが、所望の周波数の電波を送受信できるのであれば、どのようなアンテナでも良いことは明らかである。

本発明に係る高周波回路装置および高周波モジュールの第１の実施形態を説明するための回路ブロック図。 第１の実施形態に用いたパワーアンプの入出力特性を示す図。 第１の実施形態に用いたパワーアンプの電力付加効率の出力電力依存性を示す図。 第１の実施形態を説明するための第１の斜視図。 第１の実施形態を説明するための第２の斜視図。 第１の実施形態を説明するための第３の斜視図。 第１の実施形態を説明するための第４の斜視図。 第１の実施形態を説明するための第５の斜視図。 第１の実施形態を説明するための第６の斜視図。 本発明の第２の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第３の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第４の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第５の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第６の実施形態を説明するための回路ブロック図。 第６の実施形態に用いたパワーアンプの入出力特性を示す図。 第６の実施形態を説明するための別の回路ブロック図。 第６の実施形態を説明するための斜視図。 本発明の第７の実施形態を説明するための回路ブロック図。 第７の実施形態を説明するための別の回路ブロック図。 第７の実施形態を説明するための斜視図。 第７の実施形態を説明するための別の斜視図。 本発明の第８の実施形態を説明するための回路ブロック図。 第８の実施形態に用いたパワーアンプの入出力特性を示す図。 本発明の第９の実施形態を説明するための回路ブロック図。 第９の実施形態を説明するための別の回路ブロック図。 本発明の第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第１の構成図。 第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第２の構成図。 第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第３の構成図。 第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第４の構成図。 第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第５の構成図。 第１０の実施形態を説明するためのパワーアンプの第６の構成図。 本発明の第１１の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第１１の実施形態を説明するための無線通信機の機能ブロック図。 第１１の実施形態を説明するための別の回路ブロック図。 本発明の第１２の実施形態を説明するための回路ブロック図。 本発明の第１３の実施形態を説明するための別の回路ブロック図。 第１〜第１３の実施形態における別の第１の回路構成を説明するための回路ブロック図。 第１〜第１３の実施形態における別の第２の回路構成を説明するための回路ブロック図。 第１〜第１３の実施形態における別の第３の回路構成を説明するための回路ブロック図。 本発明の第１４の実施形態を説明するための斜視図。 従来の高周波回路を説明するため回路構成図。 従来の高周波回路を説明するため別の回路構成図。 従来の高周波回路に用いられるパワーアンプの電力付加効率の出力電力依存性を示す図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…第一のパワーアンプ、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…第二のパワーアンプ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ…バンドパスフィルタ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ…ローパスフィルタ、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ…スイッチ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…アンテナ端子、８，９，１０，１２，１７，８０，８５，８９，９１…高周波モジュール、１１…バイアス用端子、１３…基板、１５…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…入力端子、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…出力端子、８１…チップ部品、８２，８６…ふた、８３…セラミックス基板、８４ａ，８４ｂ，９３ａ，９３ｂ，９３ｃ…セラミックアンテナ、８７，９２…樹脂基板、８８…ローノイズアンプ、９０ａ，９０ｂ…アンテナ、９４…無線ＬＡＮモジュール、２０，２８…通信相手の多重度によって出力電力がかわるパワーアンプ、２１…パワーアンプ２０の一段目、２２…パワーアンプ２０の二段目、２３…パワーアンプ２０の三段目、２４，２５…スイッチ、２６…高周波線路、２７…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３０，３１，３６，３７…高周波モジュール、３３，３４，３５…アンテナ、３２…第三のパワーアンプ、４０，４２，４３…高周波モジュール、４１…第四のパワーアンプ、４４，４５，４６，４７…アンテナ、５０，５８…高周波モジュール、５１，５２…構成要素部分、５３…スイッチ、５４，５５，５６，５７…アンテナ、６０…高周波モジュール、６１，６２…構成要素部分、６３，６４…アンテナ、６７…出力端子、７０，７２，７３…高周波モジュール、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ…バラン、７４ａ，７４ｂ…パワーアンプの入力整合回路、７５ａ，７５ｂ…パワーアンプの出力整合回路、８０，８５，８９，９１…高周波モジュール、１０１…第五のパワーアンプ、１０２…第六のパワーアンプ、１０３…バンドパスフィルタ、１０４…ローパスフィルタ、１０５…スイッチ、１０６…高周波信号用端子、１０７…高周波モジュール、１０８…高周波モジュール、１１１…パワーアンプ、１１３…バンドパスフィルタ、１１４…ローパスフィルタ、１１５…スイッチ、１１６…バラン、１１７ａ，１１７ｂ…アンテナ、１１８…ＲＦＩＣ、１２０…回路部分、１３０，１３１，１３２…端子、１４０…スイッチ部、１４１…受信ＲＦ部、１４２…送信ＲＦ部、１４３…受信ＲＦ制御、１４４…送信ＲＦ制御、１４５…ＭＩＭＯ制御部、１４６…トレーニングパケット受信部、１４７…トレーニングパケット送信部、１４８…スイッチ、１４９…スイッチ、１５０…制御信号。

Claims (16)

1. 送信信号を増幅する複数の電力増幅器を具備して成り、
   上記複数の電力増幅器は、相互に最大出力電力が異なる少なくとも２個の電力増幅器を含む、３個以上の電力増幅器であり、
   ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式で用いられる電力増幅器の数がＳＩＳＯ（Single Input Single Output）通信方式で用いられる電力増幅器の数よりも大きく、
   上記高周波モジュールは更に、複数のアンテナと上記複数の電力増幅器とを１対１に対応させて電気的に接続するための複数の端子を具備してなり、
   上記複数の電力増幅器は上記複数の端子とそれぞれ電気的に接続され、
   上記高周波モジュールは更に、平面図が４辺を有する矩形形状となるような基板を具備してなり、
   上記複数の端子は共に上記基板の裏面の上記４辺のうちの１辺に沿って配置され、上記複数の電力増幅器は配線を交差させることなく上記複数の端子とそれぞれ電気的に接続されており、
   上記高周波回路装置がＭＩＭＯ通信方式で動作する場合、１つの送信信号に対して上記複数の電力増幅器のうちの少なくとも２つの電力増幅器が用いられ、該ＭＩＭＯ通信方式で動作する電力増幅器は、上記複数の端子のうち端子間の平均距離が最大となるように選択された少なくとも２つの端子にそれぞれ電気的に接続されている
   ことを特徴とする高周波モジュール。
2. 請求項１において、
   上記複数の端子のうち上記基板の上記１辺の両端に最も近い２つの端子にそれぞれ電気的に接続された上記２つの電力増幅器以外の電力増幅器のうちの少なくとも１つは、上記２つの電力増幅器よりも前記最大出力電力が大きい
   ことを特徴とする高周波モジュール。
3. 請求項１において、
   上記高周波モジュールがＭＩＭＯ通信方式で動作する場合に用いられる前記電力増幅器の任意の２つの電力増幅器の前記最大出力電力が互いにほぼ等しく、
   上記高周波モジュールは、周波数帯域が異なる２つのＭＩＭＯ通信方式の少なくともいずれかで動作するように構成されている
   ことを特徴とする高周波モジュール。
4. 請求項１において、
   上記高周波モジュールは、少なくとも、送受信信号に作用するフィルタ、送受切替用のスイッチ、上記複数のアンテナ、上記複数の増幅器の入出力側に接続した入力整合回路及び出力整合回路、送受信経路に挿入したバランのいずれかを含んで構成されている
   ことを特徴とする高周波モジュール。
5. 周波数帯域の少なくとも一部が等しい送信信号を増幅する複数の電力増幅器を具備してなり、
   上記複数の電力増幅器は、相互に最大出力電力が異なる少なくとも２個の電力増幅器を含む、３個以上の電力増幅器であり、
   上記高周波モジュールは更に、平面図が４辺を有する矩形形状となるような基板を具備してなり、
   複数のアンテナと上記複数の電力増幅器とを１対１に対応させて電気的に接続するための複数の端子を具備してなり、
   上記複数の電力増幅器は上記複数の端子とそれぞれ電気的に接続され、
   上記複数の端子は共に上記基板の裏面の上記４辺のうちの１辺に沿って配置され、上記複数の電力増幅器は配線を交差させることなく上記複数の端子とそれぞれ電気的に接続されており、
   上記高周波回路装置がＭＩＭＯ通信方式で動作する場合、１つの送信信号に対して上記複数の電力増幅器のうちの少なくとも２つの電力増幅器が用いられ、該ＭＩＭＯ通信方式で動作する電力増幅器は、互いに最大出力電力がほぼ等しい
   ことを特徴とする高周波モジュール。
6. 請求項５において、
   上記高周波モジュールは相互に最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器を具備してなり、上記最大出力電力が他より大きい電力増幅器は、上記最大出力電力が他より小さく上記ＭＩＭＯ通信方式で動作する電力増幅器がそれぞれ接続される上記端子の間に配置されている端子に接続される
   ことを特徴とする高周波モジュール。
7. 請求項５において、
   上記電力増幅器と１対１に対応させて電気的に接続するアンテナを切り替えるためのスイッチを具備してなる
   ことを特徴とする高周波モジュール。
8. 請求項５において、
   上記高周波モジュールは、少なくとも、送受信信号に作用するフィルタ、送受切替用のスイッチ、上記複数のアンテナ、上記複数の電力増幅器の入出力側に接続した入力整合回路及び出力整合回路、送受信経路に挿入したバランのいずれかを含んで構成されている
   ことを特徴とする高周波モジュール。
9. 請求項６において、
   上記最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器として、第１の電力増幅器、及び、第２の電力増幅器を具備して成り、
   前記第１の電力増幅器は前記ＳＩＳＯ通信に必要な電力が出力できるように構成され、前記第２の電力増幅器第２のＰＡ２は送信多重度２の通信に必要な電力が出力できるように構成され、
   上記第１の電力増幅器は、ＧａＡｓトランジスタを３段にカスケード接続した３段増幅器であり、上記第２の電力増幅器は、上記第１の電力増幅器よりもカスケード接続段数が少ない増幅器である
   ことを特徴とする高周波モジュール。
10. 請求項５において、
    上記基板は、多層のセラミック基板又は樹脂基板のいずれかである
    ことを特徴とする高周波モジュール。
11. 請求項１０において、
    上記基板は、多層のセラミック基板であり、上記多層のセラミック基板の中に送受信号に作用するフィルタが内蔵されており、
    上記基板は、セラミックアンテナを集積している
    ことを特徴とする高周波モジュール。
12. 請求項６において、
    上記最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器として、第１の電力増幅器、第２の電力増幅器、及び、第３の電力増幅器を具備して成り、
    前記第１の電力増幅器は前記ＳＩＳＯ通信に必要な電力が出力できるように構成され、前記第２の電力増幅器第２のＰＡ２は送信多重度２の通信に必要な電力が出力できるように構成され、前記第３の電力増幅器は送信多重度３の通信に必要な電力が出力できるように構成されている
    ことを特徴とする高周波モジュール。
13. 請求項１２において、
    上記複数の端子として、上記第１の電力増幅器に電気的に接続される第１の端子と上記第２の電力増幅器に電気的に接続される第２の端子と上記第３の電力増幅器に電気的に接続される第３の端子とを有し、
    上記第１の端子と上記第２の端子とが、上記第１の端子と上記第２の端子と上記第３の端子の中で、互いに距離が最も遠く配置されている
    ことを特徴とする高周波モジュール。
14. 請求項６において、
    上記最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器として、相互に最大出力電力が異なる第１の電力増幅器と２個の第２ａと第２ｂの電力増幅器とを有し、
    上記２個の第２ａと第２ｂの電力増幅器は、増幅器を構成するトランジスタの前記最大出力電力が略等しく、上記第１の電力増幅器の出力の最大値が上記第２ａと第２ｂの電力増幅器のそれぞれの出力の最大値よりも大きく、
    上記複数の端子として、上記第１の電力増幅器に電気的に接続される第１の端子と上記第２ａの電力増幅器に電気的に接続される第２ａの端子と上記第２ｂの電力増幅器に電気的に接続される第２ｂの端子とを有し、
    上記第１の端子が上記第２ａの端子と上記第２ｂの端子との間に配置されている
    ことを特徴とする高周波モジュール。
15. 請求項６において、
    上記最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器として、第１の電力増幅器と第２の電力増幅器と第３の電力増幅器と第４の電力増幅器とを有し、
    上記第２の電力増幅器は上記第１の電力増幅器よりも同一の入力電力に対して出力電力が３ｄＢ小さく、上記第３の電力増幅器は上記第２の電力増幅器よりも同一の入力電力に対して出力電力が１．８ｄＢ小さく、上記第４の電力増幅器は上記第３の電力増幅器よりも同一の入力電力に対して出力電力が１．２ｄＢ小さい
    ことを特徴とする高周波モジュール。
16. 請求項６において、
    上記最大出力電力が異なる２種類の電力増幅器として、第１の電力増幅器と３個の第２ａと第２ｂと第２ｃの電力増幅器とを有し、
    上記３個の第２ａと第２ｂと第２ｃの電力増幅器は、増幅器を構成するトランジスタのサイズが略等しく、上記第１の電力増幅器の出力の最大値が上記第２ａと第２ｂと第２ｃの電力増幅器のそれぞれの出力の最大値よりも大きく、
    上記第２ａと第２ｃの電力増幅器を含む送受信部が、前記高周波モジュールの両端に配置され、上記第１の電力増幅器が上記第２ａと第２ｃの電力増幅器の中間に配置されている
    ことを特徴とする高周波モジュール。

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