JP5280576B1 - 無線通信装置及び無線通信用回路 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信装置の送信回路において、パワーアンプから発生するノイズが電源ラインに混入するのを防止し、高品質な音声／データの送受信が可能な無線通信装置を提供すること。
【解決手段】送信信号を増幅するＰＡ３１と、インダクタとコンデンサを含む回路要素を備えてＰＡ３１によって増幅された送信信号を信号処理する送信回路３７と、送信回路３７で処理された送信信号を送信するアンテナ１３と、ＰＡ１３に電力を供給する電源４５と、を備え、送信回路３７の出力とアンテナ１３の間に電源４５を接続し、前記回路要素を介して前記第１アンプに給電する
【選択図】図５

Description

本発明は、コードレス電話機、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）、無線送受信機能を有する携帯情報端末等の無線通信装置に関するものである。

従来から、例えば親機と子機の間で、双方向に音声信号やデータを送受信するコードレス電話機が知られている。このような無線通信装置のフロントエンドモジュールとして、パワーアンプ（ＰＡ）に接続された送信回路と低雑音増幅器（ＬＮＡ）に接続された受信回路を備え、アンテナとこれらの送信／受信回路の接続をアンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）で時分割に切り替えるようにした構成が知られている（特許文献１）。

この送信回路で用いられるパワーアンプ自体は主にアナログ回路で構成されるが、最近はいわゆるデジアナ混載のＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のチップに包含される例が多く、パワーアンプへの給電は、一般に外部からチップに供給された電源を、例えばチップ内部のレギュレータ等で電圧変換して行われる。

特開２００２−２９０２５７号公報

しかしながら、ＤＥＣＴ規格における送信電力（空中線電力）は平均で10ｍＷ程度であるが、パワーアンプ（特に、パワーアンプの最終段増幅器）は比較的大きな電力を消費し、かつ数百Ｈｚで活性化（ＯＮ）と不活性化（ＯＦＦ）を繰り返すためラッシュ電流等によるノイズ源となりやすい。

従来は、チップ外部の電源ラインを実質的にパワーアンプに直結して給電しており、最終段増幅器で発生したノイズが、電源ラインを介して無線通信装置を構成する様々な電気的要素に伝搬する可能性があった。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するべく案出されたものであり、その主な目的は、簡単な構成によって、パワーアンプから発生するノイズが電源ラインに混入するのを防止し、高品質な音声／データの送受信が可能な無線通信装置及び無線通信用回路を提供することにある。

本発明の無線通信装置は、送信信号を増幅するアンプと、ローパスフィルタを備えて前記アンプによって増幅された送信信号を信号処理する送信回路と、前記送信回路で処理された送信信号を送信するアンテナと、前記アンプに電力を供給する電源と、を備え、前記送信回路の出力と前記アンテナの間に前記電源を接続し、前記電源は、前記ローパスフィルタを介して前記アンプに給電することを特徴とする無線通信装置。

本発明によれば、上述の構成によって、無線通信装置の送信回路に含まれる回路要素によって、パワーアンプから発生するノイズが電源に混入するのを防止し、高品質な音声／データ伝送が可能な無線通信装置及び無線通信用回路を提供することができる。

（ａ）は第１実施形態の無線通信装置の親機の全体斜視図、（ｂ）は無線通信装置の子機の全体斜視図 無線通信装置の親機の概略を示すブロック構成図 無線通信装置の子機の概略を示すブロック構成図 信号処理部に設けられたアンプモジュール、及び無線部の概略を示すブロック構成図 送信回路と受信回路の具体的な構成を示す構成図 送信回路と受信回路を基板上に実装した状態を示す説明図 送信回路と受信回路の基板上の実際のディメンジョン（寸法）を示す説明図 信号処理部及びその周辺回路を基板上に実装した状態を示す説明図 （ａ）〜（ｄ）は送信回路と受信回路をシールドする構成の説明図、（ｅ）は多層基板の構成を示す説明図 （ａ）は第１位相調整回路の構成を示す構成図、（ｂ）は第１位相調整回路の等価回路の説明図 （ａ）〜（ｄ）高周波回路を構成する要素のパラメータが変化した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示す説明図 送信回路を模式的に表したブロック図 ＰＡが活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、ＰＡの出力における実測インピーダンスを示す説明図 ＰＡが活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２によるインピーダンス変化を説明する説明図 ＰＡが活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１インピーダンス整合回路の出力のインピーダンス変化を示す説明図 ＰＡが活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１バランの出力のインピーダンス変化を示す説明図 ＰＡが活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１位相調整回路の出力のインピーダンス変化を示す説明図 （ａ）はＰＡが活性化しているときのアンテナからみたインピーダンスの状態を示す説明図、（ｂ）はＬＮＡが活性化しているときのアンテナからみたインピーダンスの状態を示す説明図 （ａ）はスミスチャート上においてハイインピーダンス状態を説明する説明図、（ｂ）はハイインピーダンス状態における電流フローを示す説明図、（ｃ）は図１９（ｂ）の等価回路 ＰＡを活性化、ＬＮＡを不活性化したときの受信回路の入力インピーダンスと全損失の関係を示すグラフ

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、送信信号を増幅するアンプと、ローパスフィルタを備えて前記アンプによって増幅された送信信号を信号処理する送信回路と、前記送信回路で処理された送信信号を送信するアンテナと、前記アンプに電力を供給する電源と、を備え、前記送信回路の出力と前記アンテナの間に前記電源を接続し、前記電源は、前記ローパスフィルタを介して前記アンプに給電するよう構成した無線通信装置である。

これによって、無線通信装置の送信回路に含まれる回路要素によって、パワーアンプから発生するノイズが電源に混入するのを防止し、高品質な音声／データ伝送が可能な無線通信装置を提供することができる。また、回路要素が構成する単一のローパスフィルタによって、送信信号上のノイズと電源側からのノイズのいずれをも抑制することができる。

また、第２の発明は、前記アンテナで受信した受信信号を信号処理する受信回路を備え、前記送信回路の出力と前記アンテナの間に、更に前記受信回路の入力を接続したものである。

これによって、無線通信装置の送受信回路において、パワーアンプから発生するノイズが電源に混入するのを防止し、高品質な音声／データ伝送が可能な無線通信装置を提供することができる。

また、第３の発明は、前記送信回路と前記受信回路と前記電源を供給する電源ラインが形成された基板と、前記電源ラインに並列に接続されたオープンスタブと、前記電源ラインに直列に接続されたインダクタと、を備え、前記送信信号の前記基板内の波長をλｇとするとき、前記オープンスタブ及び前記インダクタをλｇ／４の長さに形成したものである。

これによって、送信回路の出力と、受信回路の入力を介して電源側に搬送波（ＤＥＣＴ規格であれば１．９ＧＨｚ）が流入することができず、電源からノイズが回り込むのを防止することができる。

また、第４の発明は、電源と、前記電源から出力端子を介して給電され、送信する送信信号を増幅する第１アンプと、前記第１アンプによって増幅され、前記出力端子から出力される送信信号を処理する送信回路と、前記送信回路で処理された送信信号を送受信するアンテナと、前記アンテナで受信した受信信号を処理する受信回路と、前記受信回路で処理された受信信号を増幅する第２アンプと、前記第１アンプと前記第２アンプを交互かつ排他的に活性化する制御部と、前記送信回路に含まれ、前記制御部が前記第１アンプを活性化したとき前記送信回路と前記アンテナのインピーダンスを整合させ、ローパスフィルタを備えることで前記制御部が前記第１アンプを非活性化したときにアンテナから前記送信回路を見たインピーダンスをハイインピーダンス状態にする第１位相調整回路と、前記受信回路に含まれ、前記制御部が前記第２アンプを非活性化したとき前記アンテナから前記受信回路を見たインピーダンスをハイインピーダンス状態にし、前記制御部が前記第２アンプを活性化したとき前記受信回路と前記アンテナのインピーダンスを整合させる第２位相調整回路と、を有し、前記電源を前記第１位相調整回路の出力と前記アンテナとの間に接続し、前記第１位相調整回路を介して前記第１アンプの出力端子に給電するようにしたものである。

これによって、無線通信装置の送受信回路において、パワーアンプから発生するノイズが電源に混入するのを防止し、高品質な音声／データ伝送が可能な無線通信装置を提供することができる。
（第１実施形態）

以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、第１実施形態の無線通信装置の親機１００の全体斜視図、（ｂ）は無線通信装置の子機２００の全体斜視図である。以降、図１（ａ）、図１（ｂ）を用いて、第１実施形態に係る無線通信装置の親機１００と子機２００の概要について説明する。

第１実施形態では、主にＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）に準拠したディジタルコードレス電話機を例示して説明する。ＤＥＣＴは２０１１年に策定されたディジタルコードレス電話機の標準規格であり、１．９ＧＨｚ帯（１，８９５，６１６Ｈｚ〜１，９０２，５２８Ｈｚ）の周波数を使用し、通信方式はＴＤＭＡ−ＷＢ（時分割多元接続方式）を採用している。ＤＥＣＴでは他機器との電波干渉による通信障害を低減できることや、使用する周波数帯である１．９ＧＨｚは無線ＬＡＮや電子レンジと干渉がないので、ファクスや電話による通話品質を維持できるとされている。またＤＥＣＴは、広帯域の音声／データを通信することができる方式として知られ、周波数チャネルの使用状況を常時モニタリングし、装置自身が最適なチャネルを選択することで効率良く周波数帯域を利用できる。

なお、後述する無線部１２の特徴的な構成は、ＤＥＣＴ方式のみならず、例えば世界的に広く利用されているＧＳＭ（登録商標)(Global System for Mobile Communications）方式の携帯電話機、スマートフォン、ＰＨＳ、ＷＬＡＮ、無線送受信機能を有する携帯情報端末（タブレット）等全般に応用することができ、また、ＤＣＳ（Digital Cellular System）方式を採用した自動車電話、携帯電話にも応用することができる。

図１（ａ）において、ユーザは通常の固定電話と同様に、親機１００の表示部６と操作部７を使って通話する相手方の電話番号の呼び出しやキー入力を行い、図示しない公衆回線（有線）と接続された他の電話機との間で音声データをやりとりする。親機１００にはマイクロフォン８とスピーカ９が設けられており、ユーザはいわゆるハンズフリーの状態で相手方と会話をすることができる。

図１（ｂ）において、ユーザは子機２００を用いて親機１００を経由して音声データを送受信することができる。子機２００においても、ユーザは表示部１４と操作部１５を使って通話する相手方の電話番号をキー入力等する。子機２００にも送信すべき音声を取得するマイクロフォン１６と、受信信号を復調した音声を出力する通話用スピーカ１７、リンガ用スピーカ１８が設けられている。

親機１００はアンテナ（親機アンテナ）５を有し、子機２００に備えられたアンテナ１３（子機アンテナ）との間で、所定の周波数の搬送波に重畳したディジタル音声データを相互に送受信する。これによって、親機１００と子機２００の間においてワイヤレスで通話をすることができる。

図２は、無線通信装置の親機１００の概略を示すブロック構成図である。親機１００は既に説明したユーザインタフェースとしての表示部６、操作部７、マイクロフォン８、スピーカ９の他に、外部インタフェースとして電話回線インタフェース１を備えており、親機１００は電話回線インタフェース１を介して公衆回線と接続する。また、親機１００にはフラッシュメモリ等で構成された記憶部３が設けられ、例えば、使用頻度の高い接続先の電話番号や、親機１００を留守番電話として使用する際に、相手方から送信された音声データをディジタル化して記憶する。

また、親機１００には信号処理部１０が設けられ、信号処理部１０はアナログマルチプレクサ１０ａ、コーデック１０ｂ、ＣＰＵブロック１０ｆ、符号化／復号化部１０ｄ、ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅ、ＣＰＵブロック１０ｆに搭載されたディジタルスピーチプロセッサ（音声処理装置）１０ｃ、アンプモジュール３０で構成される。以降、信号処理部１０の構成要素について説明する。

アナログマルチプレクサ１０ａは、電話回線インタフェース１を介して入力された音声信号、マイクロフォン８で受信した音声信号、スピーカ９へ出力される音声信号（音声信号はいずれもアナログ信号）の入出力チャネルから１つのチャネルを選択する。

コーデック１０ｂは、いわゆるオーディオコーデックであり、具体的にはディジタル信号とアナログ信号を相互に変換するＤＡ変換器及びＡＤ変換器で構成される。コーデック１０ｂによって、電話回線インタフェース１を介して親機１００に入力されたアナログ音声信号とマイクロフォン８で取得されたアナログ音声信号はＡＤ変換されてディジタル音声信号が生成される。他方、後に説明するディジタルスピーチプロセッサ１０ｃでディジタル処理を施されたディジタル音声信号は、コーデック１０ｂでＤＡ変換されてアナログ音声信号が生成され、このアナログ音声信号がスピーカ９から出力される。

ＣＰＵブロック１０ｆは図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ワークメモリとしてのＲＡＭ（read only memory）、これらを結合したバス等で構成され、親機１００全体の動作を制御する。そして、ＣＰＵブロック１０ｆには音声信号処理を実行するディジタルスピーチプロセッサ１０ｃが搭載されている。ディジタルスピーチプロセッサ１０ｃはコーデック１０ｂによってＡＤ変換されたディジタル音声信号、または後述の符号化／復号化部１０ｄによって復号されたディジタル音声信号に対して、ノイズやエコーのキャンセルや、特定音声周波数の強調処理、暗号化／復号化等を実行する。なお、これらの音声信号処理は一般的には高速畳み込み演算によるフィルタリング処理を基本とすることが多く、これらの信号処理に特化したＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で処理を行ってもよく、もちろん図示しないＣＰＵとディジタルスピーチプロセッサ１０ｃを１つのプロセッサで構成してもよい。また、信号処理部１０全体を１つのＤＳＰで構成しても構わない。

符号化／復号化部１０ｄは、ディジタルスピーチプロセッサ１０ｃの出力のうちアンテナ５を介して無線通信（送信）が行われるディジタル信号を符号化し、他方、アンテナを介して受信した信号（ここでは、既にディジタル化されている）を復号化する。符号化／復号化部１０ｄは、例えばＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）方式を採用している。ＡＤＰＣＭ方式では注目データと直前に数値化したデータとの差を数値化することにより、音質を損なうことなくデータ量を減らすことができる。単純なＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式では１６ビット必要なデータを、音質を落とさずに１２ビット程度まで圧縮できるとされている。これによってデータの伝送効率を向上している。

ＴＤＤ／ＴＤＭＡ（Time Division Duplex／Time Division Multiple Access）プロセッサ１０ｅは、伝送に用いる搬送周波数をタイムスロットと呼ばれる単位に分割して、同一周波数において複数の通信を可能にする（時分割多元接続）。このように同一周波数を共有して、ごく短い間にデータ送受信を行うため、実質的に送信と受信を同時に実行しているかのように見せることができる。更に、ＴＤＭＡでは、周波数帯域を分割するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）を併用することにより、多数のチャンネルを確保し、かつ周波数の干渉を避けることができる。このようにＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅは、短時間のうちに送信と受信を周期的に切り替えているが、具体的にはＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅは、無線部１２（以降、図４参照）に設けられ送信信号を増幅するパワーアンプ３１（第１アンプ、以降ＰＡと呼称する）と受信信号を増幅するローノイズアンプ３６（第２アンプ、以降ＬＮＡと呼称する）のＯＮ（活性化）とＯＦＦ（不活性化）を交互かつ排他的に繰り返す制御部として機能する。この活性化と不活性化は、例えばＰＡ３１とＬＮＡ３６への電源供給を制御することで実現してもよいし、各アンプの入出力段のいずれかにゲート回路を設ける等の構成としてもよい。これによって、ＰＡ３１がＯＮのときＬＮＡ３６は必ずＯＦＦに、ＬＮＡ３６がＯＮのときＰＡ３１は必ずＯＦＦになるように制御される。この交互かつ排他的な制御は、例えば２００Ｈｚ程度で周期的に行なわれる。

なお、ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅには図示しないＤＡ変換器とＡＤ変換器が内蔵されている。ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅは、ディジタルスピーチプロセッサ１０ｃから符号化／復号化部１０ｄを介して入力されたディジタル信号（送信信号）をＤＡ変換器によってアナログ信号に変換してアンプモジュール３０に出力し、他方、無線部１２のＬＮＡ３６からアンプモジュール３０を介して入力されたアナログ信号（受信信号）をＡＤ変換器によってディジタル信号に変換して符号化／復号化部１０ｄに出力する。このように、ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅと無線部１２の間はアンプモジュール３０を含むアナログ信号のインタフェースが構成されている。

無線部１２では、アンプモジュール３０が出力した送信信号（アナログ信号）を送信回路３７（図４参照）を介してアンテナ５から放出し、他方、アンテナ５によって受信された受信信号（アナログ信号）を受信回路３８（図４参照）を介してＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅに出力する。なお、アンプモジュール３０と無線部１２に含まれる送信回路３７、受信回路３８の構成は後に詳述する。

図３は、無線通信装置の子機２００の概略を示すブロック構成図である。子機２００は、既に説明したように、表示部１４、操作部１５、マイクロフォン１６、通話用スピーカ１７、記憶部１１、リンガ用スピーカ１８、アンテナ１３、信号処理部１０、無線部１２で構成されている。

子機２００は一般的に可搬性を持たせるため小型に設計されるが、基本的な機能は図２を用いて説明した親機１００と同等である。即ち、子機２００の信号処理部１０及び無線部１２の構成と機能は、親機１００で説明した信号処理部１０と無線部１２と実質的に同じである（従って同一の符号を付している）。よって、子機２００におけるこれらの詳細な説明は省略するが、以降、実際の基板構成等を説明する際は、便宜上、より小型に構成された子機２００を主に参照して説明を続ける。

図４は、信号処理部１０に設けられたアンプモジュール３０、及び無線部１２の概略を示すブロック構成図である。無線部１２は送信回路３７と受信回路３８で構成され、送信回路３７と受信回路３８は接続点３９で電気的に接続され、この接続点３９がアンテナ１３と接続されている。なお、ここでいう「電気的に接続され」とは「送信回路３７の出力端と受信回路３８の入力端の間に一切の素子が介在しない」ということを意味しない。後に説明するように送信回路３７の出力と受信回路３８の入力がコンデンサを介して接続されているような場合も「電気的に接続され」に含まれる。これはＤＥＣＴのように使用帯域が高周波の場合、上述の２端点に設けられたコンデンサはＤＣカットの機能を備えるものの高周波の信号を導通させることが可能だからである。

アンプモジュール３０はＰＡ（第１アンプ）３１とＬＮＡ（第２アンプ）３６で構成される。ＰＡ３１は電力増幅器であり、ＰＡ３１の入力端Ｔｘは信号処理部１０のＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅに接続され、ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅから出力された送信信号（アナログ信号）が入力される。ＬＮＡ３６は低雑音増幅器であり、受信回路３８から出力された受信信号（アナログ信号）が入力され増幅される。ＬＮＡ３６の出力端ＲｘはＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅに接続されＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅには増幅された受信信号（アナログ信号）が渡される。なお、アンプモジュール３０は主にアナログ回路で構成されており、信号部１０はいわゆるデジアナ混載チップとして構成されている。

また、ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅはアンプモジュール３０に対して図示しない制御信号を出力しており、ＰＡ３１とＬＮＡ３６の活性化（ＯＮ），不活性化（ＯＦＦ）を制御する。なお、この不活性化の状態には、ＰＡ３１の全部のみならず一部の電源の遮断、ＰＡ３１内部回路の遮断、入力／出力信号のゲート回路による遮断等が含まれる。

送信回路３７は第１インピーダンス整合回路３２と第１位相調整回路３３から構成される。第１インピーダンス整合回路３２は、ＰＡ３１が活性化した状態では送信回路３７の出力とアンテナ１３の間でインピーダンスを整合させ、一方、ＰＡ３１が不活性化した状態では送信回路３７とアンテナ１３のインピーダンスを不整合にする。

そして、第１位相調整回路３３は、ＰＡ３１が活性か不活性かにかかわらず、送信回路３７の接続点３９側で、インピーダンスを一律に回転させ、ＰＡ３１が活性化しているときはインピーダンスの整合状態を保ち、ＬＮＡ３６が不活性化しているときはハイインピーダンス状態に遷移させる。

受信回路３８は第２インピーダンス整合回路３５と第２位相調整回路３４から構成される。第２インピーダンス整合回路３５と第２位相調整回路３４の機能は、基本的に上述した送信回路３７と同じである。即ち、第２インピーダンス整合回路３５は、ＬＮＡ３６が活性化した状態ではアンテナ１３と受信回路３８の間でインピーダンスを整合させ、一方、ＬＮＡ３６が不活性化した状態ではアンテナ１３と受信回路の間でインピーダンスを不整合にする。

そして、第２位相調整回路３４は、ＬＮＡ３６が活性か不活性かにかかわらず、受信回路３８の接続点３９側で、インピーダンスを一律に回転させ、ＬＮＡ３６が活性化しているときはインピーダンスの整合状態を保ち、ＬＮＡ３６が不活性化しているときはハイインピーダンス状態に遷移させる。

即ち、複素平面であるスミスチャート上の円を上下に半分に割った水平線上（この線は純抵抗成分を表しており、以降、実軸と呼称する）の５０Ω点（正規化インピーダンスでは１Ωの点を指す、以下「Ｒ５０点」と呼称する）を設定したとき、第１インピーダンス整合回路３２は、ＰＡ３１が活性化した状態では送信回路３７の出力のインピーダンスをＲ５０点の近傍に遷移させ、ＰＡ３１が不活性化した状態では送信回路３７の出力インピーダンスをＲ５０点から大きく離間する位置に遷移させる。

そして、第１位相調整回路３３は、送信回路３７の出力（即ち接続点３９）において、インピーダンスをＲ５０点を中心とする円上で回転させる。具体的には、第１位相調整回路３３は送信信号に位相シフトを生じさせることでインピーダンスの軌跡を回転させる。ここで、第１位相調整回路３３はＲ５０点を中心とする円上で、ＰＡ３１の活性化／不活性化のいかんにかかわらず、一律にインピーダンスを回転させるから、ＰＡ３１が活性化したときのインピーダンスは（Ｒ５０点の近傍なので）回転によっても整合状態を保つ。一方のＰＡ３１が不活性化したときのインピーダンスは回転によって大きく変化し、回転角（即ち、送信信号の位相のシフト量）を調整することで、ハイインピーダンス状態に遷移させることができる。

なお、送信回路３７における第１インピーダンス整合回路３２、第１位相調整回路３３と、受信回路３８における第２インピーダンス整合回路３５、第２位相調整回路３４は第１実施形態において特徴的な構成要素である、これらの作用については、後にスミスチャートを用いて詳細に説明する。

図５は、送信回路３７と受信回路３８の具体的な構成を示す構成図であり、図６は、送信回路３７と受信回路３８を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図７は、送信回路３７と受信回路３８の基板上の実際のディメンジョン（寸法）を示す説明図であり、図８は、信号処理部１０及びその周辺回路を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図９（ａ）〜（ｄ）は、送信回路３７と受信回路３８をシールドする構成の説明図、（ｅ）は多層基板の構成を示す説明図である。

図５において、右上から左下に向かう斜線部分は伝送線路又はインダクタを表し、左上から右下に向かう斜線部分はコンデンサを表しているが、送信回路３７及び受信回路３８における細線はダミー線であり、構成要素の接続関係のみを示し、長さや幅を持たない。このように、送信回路３７と受信回路３８は少なくともインダクタとコンデンサを回路要素として含んでいる。

また、図７に示す"Ｗ"は回路を構成する配線パターンの幅を示し、"Ｌ"は同様に配線パターンの長さを示す。そして、"Ｗ""Ｌ"に続く数値は基板上における実際の数値であって、単位は［ｍｍ］である。

また、以降の説明において、送信回路３７と受信回路３８が実装された基板を第１基板５９ａと呼称し、信号処理部１０が実装された基板を第４基板５９ｄと呼称する。

また、以降の説明における種々のコンデンサは、第１基板５９に形成した配線パターン（銅箔）と、第１基板５９ａとともに多層基板を構成する第２基板５９ｂ及び第３基板５９ｃのグラウンドパターンとの間で形成されている（図９（ｅ）参照）。つまり、基板の主たる材料であるガラスエポキシ樹脂がコンデンサにおける絶縁層を構成する。これらのコンデンサの一端は回路に並列に接続され、かつその他端はグラウンドパターンそのものであって、接地されている。なお、コンデンサの容量は第１基板５９ａと第２基板５９ｂ，第３基板５９ｃ上のパターン間距離（即ち基板の厚さ）によって調整することができる。

また、図８は第４基板５９ｄの配線パターンのレイアウトを示しており、第４基板５９ｄ上に実装される信号処理部１０はその外枠部分を点線で、ＤＣカットコンデンサ４６は黒く塗り潰した四角形として記載している。

以降、図５、図６、図７、図８、図９を用いて、第１実施形態の送信回路３７と受信回路３８の構成及びこれらの周辺構成について詳細に説明する。

図６に示すように、送信回路３７を構成する第１インピーダンス整合回路３２（一部の伝送線路を除く）、第１位相調整回路３３、第１バラン４０、及び受信回路３８を構成する第２インピーダンス整合回路３５（一部の伝送線路を除く）、第２位相調整回路３４、第２バラン４１は、第１基板５９ａ上に配線パターンのみによって形成されている。

また、図８に示すように、第１インピーダンス整合回路３２と第２インピーダンス整合回路３５の一部を構成する伝送線路は、第４基板５９ｄ上に配線パターンのみによって形成されている（詳細は後述する）。

このようにディスクリート部品を一切使用しないことでコストを大幅に低減することができる。なお、図６においてＧＰが示すハッチング部分は、グラウンドパターンを示している。このように送信回路３７、受信回路３８は基板内においてもグラウンドパターンＧＰに取り囲まれている。

また、図９（ｅ）に示すように、この第１基板５９ａは多層基板のうちの１枚である。第１実施形態では４層の多層基板が用いられ、上層から下層に向けて第４基板５９ｄ、第２基板５９ｂ、第１基板５９ａ、第３基板５９ｃの順に積層され、全体の厚みは約１ｍｍとされている。このうち最上層の第４基板５９ｄ上にはアンプモジュール３０（図示せず）を内蔵した信号処理部１０が実装されている。

図９（ｂ），（ｄ）に示すように第２基板５９ｂ、第３基板５９ｃにおいても、第１基板５９ａと同様にＧＰはグラウンドパターンを示し、第２基板５９ｂ及び第３基板５９ｃはほぼ全面にグラウンドパターンが形成されている。第１基板５９ａには上述してきた送信回路３７、受信回路３８、電源ライン４５等が形成されている。

図９（ａ）〜（ｄ）において、ＰＡは第１基板５９ａにおける送信／受信回路配置領域、及び第２基板５９ｂ、第３基板５９ｃ、第４基板５９ｄにおいてその対応領域を示している。第１基板５９ａは第２基板５９ｂと第３基板５９ｃに、その主面を両面から挟まれた構成を有している。そして第２基板５９ｂと第３基板５９ｃにおいて第１基板５９ａの送信／受信回路配置領域ＰＡと対応する領域は一部を除いてグラウンドパターンが形成されており、これによって第１基板５９ａ上に形成された送信回路３７と受信回路３８は電磁シールドによって外部の電磁波から遮断される構成となっている。

更に、図６に示すように、第１基板５９ａにおいて、送信回路３７を構成する第１インピーダンス整合回路３２、第１位相調整回路３３、第１バラン４０及び受信回路３８を構成する第２インピーダンス整合回路３５、第２位相調整回路３４、第２バラン４１の周囲には多数のｖｉａホール５５が設けられている。このｖｉａホール５５は、第１基板５９ａを挟む第２基板５９ｂと第３基板５９ｃのグラウンドパターン間を相互に接続しており、送信回路３７と受信回路３８は、これが形成された第１基板５９ａの両主面側のみならず、基板内においても電磁シールドによって保護される。

ただし、第２基板５９ｂと第３基板５９ｃによって構成される電磁シールドには、一部に窓領域ＢＡが設けられ（図９（ｂ）、図９（ｄ）参照）、窓領域ＢＡにはグラウンドパターンが形成されていない。第１基板５９ａにおいて窓領域ＢＡに対応する領域には、後述する第２バラン４１（図５等参照）の共振器が設けられており、この部分をグラウンドパターンで挟むことで生じる容量成分による弊害（共振器の波長選択性能の低下）を防止している。

以降、送信回路３７を構成する個別要素について、送信信号が通過する経路の順に説明する。

図５に示すように、ＰＡ３１は３段の増幅器を備えている。入力端Ｔｘから近い側の２つの段には、電源ライン４５をレギュレータ２９で調整した電力が供給され、主にロジック回路の動作電源として用いられる。送信回路３７の入力側に最も近い第３段目の増幅器（最終段増幅器３１ａ）に電源を供給する構成については後述する。

ここで、既に説明したように、最上層の基板である第４基板５９ｄ上に実装されている（図８、図９（ｅ）参照）信号処理部１０（アンプモジュール３０を内蔵する）において、ＰＡ３１は差動信号を出力しており、この差動信号はｖｉａホール４３ａと４３ｂを介して、最上層の第４基板５９ｄから３層目の第１基板５９ａに伝達される。

第１インピーダンス整合回路３２は、２つの差動信号をそれぞれ受け持つ一組の伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２及びコンデンサＣ１，Ｃ２で構成される。伝送線路ＬＩ１とＬＩ２は第４基板５９ｄに配線パターンを引き回して形成され（図８参照）、ＰＡ３１の差動信号の出力端に直列に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２は第１基板５９ａに配線パターンを引き回して形成され（図６参照）、その一端が伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２の出力側に並列に接続され、他端は接地されている。

ここで、伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２の長さ及びコンデンサＣ１，Ｃ２の容量（これらの要素に印加される信号の周波数と、これらが形成された基板上における、配線パターンの長さ、幅（面積）等によって具体的数値が決定される）は、ＰＡ３１が活性化した状態で送信回路３７とアンテナ１３のインピーダンスマッチングを図るように決定される。具体的には、例えば図７に示すコンデンサＣ１，Ｃ２の形状（面積）によって、その静電容量を例えば３．６ｐＦに設定することで、ＰＡ３１が活性化している際のインピーダンスが調整される。なお、第１インピーダンス整合回路３２を構成するインダクタＬＩ１，ＬＩ２、及びコンデンサＣ１，Ｃ２による、送信回路３７のインピーダンス調整過程は、後にスミスチャートを用いて詳細に説明する。

第１インピーダンス整合回路３２の出力は第１バラン４０に渡される。第１バラン４０は差動信号をシングルエンド信号に変換するものであり、インダクタＬ３によって構成されている。そして、図７に示すように、インダクタＬ３を構成する配線パターンの具体的な長さは３８ｍｍとされている。

さて、ＤＥＣＴで使用される１．９ＧＨｚ帯において、空間波長λは、
λ＝ｃ／ｆ＝３×１０^８／１．９×１０^−９＝１５８ｍｍ（但しｃは光速）・・・（式１）
と計算される。しかしながら第１基板５９ａは多層基板を構成する１枚であり、中間層として他の基板（誘電体）に包囲されているため、波長が短縮される。第１実施形態では第１基板５９ａ乃至第４基板５９ｄとして、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施し板状にした、いわゆるガラスエポキシ基板を採用しており、この基板の誘電率ε＝４．２であることから、基板内波長λｇは、
λｇ＝λ／√ε＝１５８ｍｍ／４．２＝７７ｍｍ・・・（式２）
となる。そしてλｇ／４となる伝送線路長（上の例では７７／４≒１９ｍｍ）が配線パターンを設計する際の基本単位となる。

図７によれば第１バラン４０を構成するＬ３の長さは３８ｍｍであり、これはおよそλｇ／２に相当する。あるインピーダンス負荷に伝送線路を付加して信号位相を変えたとき、スミスチャート上ではインピーダンスを示す座標がＲ５０点を中心とする円上を回転するように遷移する。即ち、信号位相を変えることによってインピーダンスを変化させることができる。例えば初期のインピーダンスＺ＝０とすると、伝送線路長がλｇ／４変化するごとに、インピーダンスＺは∞と０（いずれも実軸上の点）を繰り返すように変化する。第１バラン４０の場合は、インダクタＬ３をλｇ／２の長さで形成することで、バランの入出力間で信号位相が変化しないようにしている。ただし、第１バラン４０は差動信号をシングルエンド信号に変換する構成を有するため、アンテナ１３側からみた送信回路３７は並列回路を備えることとなる。従って、第１インピーダンス整合回路３２の出力インピーダンスがスミスチャートの実軸上の成分のみ（Ｒ０）である場合、第１バラン４０の介在によって、アンテナ１３から見た送信回路３７のインピーダンスはＲ０／２に半減する。この結果、第１バラン４０の出力インピーダンスはスミスチャート上のＲ５０点近傍に設定され、ＰＡ３１が活性化状態において第１バラン４０の出力はアンテナ１３とのインピーダンスマッチングが図られる。

図１０（ａ）は第１位相調整回路３３の構成を示す構成図、（ｂ）は第１位相調整回路３３の等価回路の説明図である。以降、図１０（ａ），（ｂ）を併用して、第１位相調整回路３３の構成と動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、第１位相調整回路３３は入力段の側からインダクタＬ４、Ｌ５を直列に配置し、入力端とインダクタＬ４の間、インダクタＬ４とＬ５の間、インダクタＬ５と出力端の間にそれぞれコンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５の１端を接続し、他端を接地した構成となっている。このように、第１位相調整回路は少なくともインダクタとコンデンサを明示の回路要素として含む。この構成は図１０（ｂ）の等価回路に示すように、結果的にΠ型のローパスフィルタを２段直列配置したものとなっており、２つのインダクタＬ４，Ｌ５間のコンデンサＣ４は、ローパスフィルタの第１段と第２段の間で共用する構成としている。ローパスフィルタは信号位相を遅らせる作用があるため、この構成によってもスミスチャート上においてインピーダンスをＲ５０点を中心として回転させることができる。ただし、ローパスフィルタの減衰特性を高めようとすると、結果的に信号位相を大きくシフト（遅延）することになり、このときのスミスチャート上の回転は一周を超えたものとなる。

インダクタＬ４とＬ５の間に配置されたコンデンサＣ４は、これを構成する第１段の出力側と第２段の入力側の容量が同一であれば、実質的に任意の容量値を用いてローパスフィルタを構成することができる。そしてコンデンサＣ４の値を調整することで、ローパスフィルタ全体としての減衰量の設定や位相調整を高い自由度で容易に行うことができる。例えば減衰特性を急峻にするのであればＣ４の値を大きくすればよい。

さて、従来ディスクリート素子でローパスフィルタを構成した場合、素子自体による寄生インダクタンス成分や寄生容量成分が発生し、特に高周波領域の減衰特性が不十分となって位相調整が事実上困難であった。第１実施形態では、配線パターンを引き回して位相調整部としてのローパスフィルタを形成し、これを上述したように多層基板を用いてシールド構造とすることで初めて、実用上十分な高周波特性を得ている。

なお、図７に示すように、第１位相調整回路３３の入力端に設けたコンデンサＣ３はＷ＝２．２ｍｍ，Ｌ＝５．０ｍｍ（面積＝１１ｍｍ^２）とされている。一方の出力端に設けたコンデンサＣ５はＷ＝２．９ｍｍ，Ｌ＝３．８ｍｍ（面積＝１１．０２ｍｍ^２）とされ、コンデンサＣ３とコンデンサＣ５の間で容量を若干異ならせている。このように第１段の入力端と第２段の出力端のコンデンサの容量値を微小量変化させることで、一般的にローパスフィルタの帯域を拡張することができる。

さて、上述したように、送信回路３７の内部においてＰＡ３１が活性化した状態では第１バラン４０の出力インピーダンスは既にアンテナ１３とマッチングが図られている（即ち、スミスチャート上ではＲ５０点近傍のインピーダンス値となっている）。このような整合が図られた状態で信号位相を変化させた場合、Ｒ５０点を中心とする円上をインピーダンスは遷移する。即ち、もともとインピーダンスが整合した状態においては、インピーダンスは回転中心であるＲ５０点の近傍にあるため、信号位相を変化させても確立した整合が破綻することはない。

理論的にはインピーダンス負荷に直列に接続する伝送線路の長さを調整することで信号位相を変化させることができるが、第１実施形態では敢えて第１位相調整回路３３をローパスフィルタによって構成している。ここで、伝送線路の長さによって位相を変化させない理由は、伝送線路を引き回することで線路長が極めて長くなってしまう場合があるからである。一般的にローパスフィルタにおいて減衰特性を向上させる場合は位相遅れを大きくするが、これを伝送線路長のみで実現しようとすると、例えば３／４λｇの位相遅れを達成するには１９ｍｍ×３＝５４ｍｍもの配線長が必要となる。５４ｍｍという線路長が回路設計に与える影響の大きさは、図７の寸法をみれば容易に推察されるが、ローパスフィルタであれば２段構成で容易に実現できる。

一般的に、ＰＡ３１の出力端のインピーダンスはＰＡ３１が活性化されたときと不活性化されたときで異なっており、上述した第１インピーダンス整合回路３２、第１バラン４０、第１位相調整回路３３によってインピーダンスマッチングが図られるのは、あくまでもＰＡ３１が活性化した状態においてである。逆に言えば、ＰＡ３１が不活性化している状態では、第１バラン４０の出力インピーダンスはスミスチャート上のＲ５０点にはない（即ち、アンテナ１３との間でインピーダンスマッチングが図られていない）。従って、第１インピーダンス整合回路３２と第１バラン４０によって、インピーダンス特性をＲ５０点から離間する状態に遷移させておき、第１位相調整回路３３によって送信信号の信号位相を変化させると、ＰＡ３１が不活性化している際の送信回路３７のインピーダンスはＲ５０点を中心として大きく回転（変化）し、信号位相の変化量に応じて、ハイインピーダンス状態に遷移させることができる。

これによって、ＰＡ３１が活性化されている状態（つまり送信時）では、送信回路３７の出力端はアンテナ１３からみたときにインピーダンスマッチングが図られ、一方でＰＡ３１が不活性化されている状態（つまり受信時）では、送信回路３７の出力端はアンテナ１３からみたときにハイインピーダンス状態となって、送信回路３７側に受信信号が流入することが防止される。

なお、第１実施形態では、上述したように第１位相調整回路３３はローパスフィルタを構成しているが、バンドパスフィルタ特性を持たせるようにしてもよい。

以上述べてきた信号処理を施された送信信号は、第１接続点３９ａを通過した後ｖｉａホール４３ｅを経由して第１基板５９ａから最上層の第４基板５９ｄへと送られる。そして第４基板５９ｄ上でＤＣカットコンデンサ４６を介して接続されたアンテナ１３から空中に放出される。このＤＣカットコンデンサ４６によって電源ライン４５に印加された電圧はアンテナ１３側に漏れることなく、送信信号のみがアンテナに送られる。

以降、図５、図６、図７、図８、図９に戻って、受信回路３８を構成する個別要素について、受信信号が通過する経路の順に説明する。

アンテナ１３で受信された受信信号は、第２接続点３９ｂを通過したのちｖｉａホール４３ｆによって第４基板５９ｄから第１基板５９ａの受信回路３８に送られる。受信信号は、まず第２位相調整回路３４に入力される。

図５、図６に示すように、第２位相調整回路３４は伝送線路ＬＩ３のみで構成されている。これは、上述した送信回路３７では、単に信号位相をシフトするのみならず信号ノイズを除去する必要から位相調整回路をローパスフィルタで構成しているが、受信回路３８ではＬＮＡ３６はノイズ源となりにくくフィルタは不要であり、単純にインピーダンス負荷に直列に伝送線路を接続するのみで、ＬＮＡ３６が不活性の状態における受信回路３８のインピーダンスをハイインピーダンス状態に遷移できる。もちろん、これは第１実施形態で採用したＬＮＡ３６の特性に適応した構成であって、他のＬＮＡ３６によっては、線路長がより長くなることもあり得るが、いずれにせよ配線パターン長を調整して容易に整合を図ることができる。もちろん、送信回路３７の第１位相調整回路３３のように、積極的に信号位相を回転させるフィルタを設けてもよい。

第２位相調整回路３４の出力は第２バラン４１に入力される。第２バラン４１はその入力端に並列に接続され、かつ他端を接地されたコンデンサＣ１１と、基板上にあって互いに対向して設けられたインダクタＬ１２，Ｌ１３と、インダクタＬ１３の両端にそれぞれ並列に接続され、かつ他端を接地されたコンデンサＣ１２，Ｃ１３で構成されている。なお、図６においてはコンデンサＣ１２，Ｃ１３は第２インピーダンス整合回路３５を構成するコンデンサＣ１４，Ｃ１５と共用されている。

第２バラン４１ではシングルエンド信号である受信信号を差動信号（差動入力）に変換するが、送信回路３７に含まれる第１バラン４０とは異なり、対向配置したインダクタＬ１２，Ｌ１３によってトランス、即ち共振器を構成している。共振器の内部では、共振条件を満たす周波数の電磁波しか存在できないため、第２バラン４１は事実上のバンドパスフィルタ特性を備える。これによってアンテナ１３で受信した信号のうち、不要な周波数の電磁波が排除される。また、第２バラン４１はシングルエンド信号を差動信号に変換する構成上、第２バラン４１をアンテナからみたときのインピーダンスは、後に説明する第２インピーダンス整合回路３５によって、ＬＮＡ３６の入力インピーダンスがスミスチャート上の実軸に遷移されている前提において、第２インピーダンス整合回路３５の入力インピーダンスの１／２となる。上述したように第２バラン４１は、その対向する位置（図９（ｂ），（ｃ）の窓領域ＢＡを参照）にグラウンドパターンを設けておらず、これによってバンドパスフィルタの特性改善を図っている。

第２バラン４１の出力は第２インピーダンス整合回路３５に入力される。第２インピーダンス整合回路３５は、２つの差動信号をそれぞれ受け持つ一組のコンデンサＣ１４，Ｃ１５及び伝送線路ＬＩ５，ＬＩ６で構成される。コンデンサＣ１４とＣ１５は第１基板５９ａに配線パターンを引き回して形成され（図６参照）、その一端が伝送線路ＬＩ５，ＬＩ６の入力側に並列に接続され、他端は接地されている。伝送線路ＬＩ５とＬＩ６は第４基板５９ｄに配線パターンを引き回して形成され（図８参照）、ＬＮＡ３６の差動信号の入力端に直列に接続されている。

ここで、伝送線路ＬＩ５，ＬＩ６の長さ及びコンデンサＣ１４，Ｃ１５の容量（これらの要素に印加される信号の周波数と、これらが形成された基板上における、配線パターンの長さ、幅（面積）等によって決定される）は、ＬＮＡ３６が活性化した状態で受信回路３８とアンテナ１３のインピーダンスマッチングを図るように決定される。具体的には、例えば図７に示すコンデンサＣ１４（但し、Ｃ１２の容量も含む），Ｃ１５（但し、Ｃ１３の容量も含む）の形状（面積）によって、その静電容量を設定することで、ＬＮＡ３６が活性化している際のインピーダンスが調整される。

第２インピーダンス整合回路３５の出力はｖｉａホール４３ｃ，４３ｄを介して第１基板５９ａから最上層の第４基板５９ｄに送られ、第４基板５９ｄに実装された信号処理部１０に含まれるアンプモジュール３０のＬＮＡ３６に入力される。ＬＮＡ３６は受信信号を増幅してＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ１０ｅに送出する。

以降、図５、図７、図８を用いて第１実施形態の電源ライン４５の構成（電源供給のための構成）について説明する。

図５に示すように、電源ライン（電源）４５はコンデンサＣ２１とインダクタＬ２１を備え、インダクタＬ２１の一端は第１接続点３９ａで送信回路３７の出力端と接続されている。図７に示すように、電源ライン４５に接続されたコンデンサＣ２１は回路上ではオープンスタブ５６を形成している。ここで、スタブ（Stub）とは高周波回路において伝送線路に並列に接続される分布定数線路であり、特に終端負荷の種類により、先端が開放しているものはオープンスタブ（Open stub）と呼称される。第１実施形態ではオープンスタブ５６の長さを１９ｍｍに設定している。また、オープンスタブ５６とインダクタＬ２１の接続点をＰ１とするとき、第１接続点３９ａと点Ｐ１の間に配置された（即ち、電源ライン４５に直列に挿入された）インダクタＬ２１の伝送線路長も１９ｍｍとされている。この１９ｍｍは上述したようにλｇ／４に相当する。従って、このように構成すると、電源ライン４５のインピーダンスを０とするとき、電源ライン４５から見たオープンスタブ５６の終端及び送信回路３７の出力端（即ち、第１接続点３９ａ）においては、インピーダンスが∞であることを意味する。ここで、回路がインピーダンス＝∞として振る舞うのは、あくまでも搬送波である１．９ＭＨｚに対してであるから、１．９ＭＨｚに変調された送信回路３７の出力は電源ライン４５に流入することはできない。同様に、アンテナ１３で受信された１．９ＭＨｚの受信信号が電源ライン４５に流入することもできない。従って、この構成によって、送信回路３７やアンテナ１３から電源にノイズが混入することを確実に防止することができる。

その一方で、電源ライン４５からは、第１接続点３９ａと送信回路３７を介して、ＰＡ３１の最終段増幅器３１ａにＤＣ電源が供給される。ＤＥＣＴ規格における送信電力（空中線電力）は平均で10ｍＷ程度であるが、この最終段増幅器３１ａは比較的大きな電力を消費し、かつ数百Ｈｚで活性化（ＯＮ）と不活性化（ＯＦＦ）を繰り返すためラッシュ電流等によるノイズ源となりやすい。従来の構成では、電源ライン４５をアンプモジュール３０に直接接続して電源を供給しており、最終段増幅器３１ａで発生したノイズは電源ラインを介して無線通信装置を構成する様々な電気的要素に伝搬する可能性があり、最終段増幅器３１ａのノイズ対策が課題となっていた。つまり、最終段増幅器３１ａに直接給電すると、基本波ｆ０の高調波成分（２×ｆ０，３×ｆ０．．．）の全てを遮断する給電回路が必要となって複雑化してしまうのである。

しかしながら第１実施形態によれば、仮に最終段増幅器３１ａでノイズが発生したとしても、このノイズは送信回路３７を通過することになり、送信回路３７に設けられた第１位相調整回路３３（インダクタとコンデンサを含む回路要素で構成されるローパスフィルタ）によって減衰される。即ち、ＤＥＣＴであれば基本波ｆ０である１．９ＧＨｚのみ遮断すれば済む。更に、電源ライン４５を介して他のノイズ成分が混入しても、このローパスフィルタによってこのノイズ成分を減衰することができる。即ち、回路要素が構成する単一のローパスフィルタによって、送信信号上のノイズと電源側からのノイズのいずれをも抑制することができる。

また、第１接続点３９ａで接続された電源ライン４５は、既に説明したλｇ／４の長さに相当する伝送線路を持つオープンスタブ５６とインダクタＬ２１によって遮断されるから、搬送波に起因するノイズが電源ライン４５に混入することがなくなる。これによって最終段増幅器３１ａで発生したノイズが電源ライン４５を介して、装置全体に伝搬することが防止される。

一方、受信回路３８の出力が接続されたＬＮＡ３６は一般に低消費電力であり、高周波ノイズは発生しないため、電源ライン４５から直接的に（信号処理部１０を介して）電源供給を受けている（図示せず）。

さて、図５によれば、第１実施形態の構成は、送信回路３７の出力と電源ライン４５を接続する第１接続点３９ａと、アンテナ１３と受信回路３８の入力を接続する第２接続点３９ｂを有し、第１接続点３９ａと第２接続点３９ｂをコンデンサ（ＤＣカットコンデンサ４６）を介して接続している。

より具体的には、電源ライン４５と送信回路３７の出力端の接続は第１基板５９ａの第１接続点３９ａで行われる（図６参照）。この第１接続点３９ａはｖｉａホール４３ｅを介して第４基板５９ｄに導かれる（図８参照）。一方、受信回路３８の入力端はｖｉａホール４３ｆを介して第１基板５９ａから第４基板５９ｄに導かれ、第４基板５９ｄ上でアンテナ１３と接続されて第２接続点３９ｂを構成する（図８参照）。そして、第１接続点３９ａと第２接続点３９ｂは、第４基板５９ｄに表面実装されたコンデンサ４６を介して接続されている（図８参照）。

このように、第１接続点３９ａと第２接続点３９ｂは直接接続されているわけではない。しかしながら、上述したように本発明の無線通信装置がとりあつかう、例えば１．９ＧＨｚといった高周波帯では、コンデンサは事実上の導通状態であるから、第１接続点３９ａと第２接続点３９ｂは電気的に接続された単一の接続点３９を構成していると考えてよい。このことを考慮すると、第１実施形態に係る無線通信装置は、電波を送信するアンテナ１３と、アンテナ１３から送信する送信信号を増幅するＰＡ３１（より詳細には、ＰＡ３１に含まれる最終段増幅器３１ａ）と、ＰＡ３１によって増幅された送信信号を信号処理する送信回路３７と、ＰＡ３１に電力を供給する電源ライン４５と、送信回路３７の出力とアンテナ１３を電気的に接続する接続点３９とを備え、電源ライン４５を接続点３９に接続し、送信回路３７を介してＰＡ３１に電力を供給するものであるということができる。

ただし上述の説明は、無線通信装置の送信回路３７の周辺構成のみを特定するものであり、これに受信に係る構成を付加すると、第１実施形態は、電波を送受信するアンテナ１３と、アンテナ１３から送信する送信信号を増幅するＰＡ３１（より詳細には、ＰＡ３１に含まれる最終段増幅器３１ａ）と、ＰＡ３１によって増幅された送信信号を信号処理する送信回路３７と、アンテナ１３で受信した受信信号を信号処理する受信回路３８と、ＰＡ３１に電力を供給する電源ライン４５と、送信回路３７の出力と受信回路３８の入力とアンテナ１３を接続する接続点３９を備え、電源ライン４５を接続点３９に接続し、送信回路３７を介してＰＡ３１に電力を供給するものであるということができる。

図１１（ａ）〜（ｄ）は、高周波回路を構成する要素のパラメータが変化した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示す説明図である。

図１１（ａ）は、５０Ωの負荷に直列にインダクタンスを付加した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示している。このときインピーダンスは、スミスチャートの実軸においてインピーダンス＝∞の点（実軸∞Ω点、以降「Ｒ∞点」と呼称する）で接する円上を回転するように遷移する。

図１１（ｂ）は、５０Ωの負荷に並列（一端は接地）にコンデンサを付加した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示している。このときインピーダンスはスミスチャートの実軸においてインピーダンス＝０の点（実軸０Ω点、以降「Ｒ０点」と呼称する）で接する円上を回転するように遷移する。

図１１（ｃ）は、あるインピーダンス負荷に並列に抵抗成分（Ｒ）を付加した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示している。このときインピーダンスは、スミスチャートのＲ０点に漸近するように遷移する。初期のインピーダンスが実軸上に存在すれば、インピーダンスは実軸上をＲ０点方向に遷移する。

図１１（ｄ）は、あるインピーダンス負荷に直列に伝送線路を接続した場合のスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡を示している。このときインピーダンスはＲ５０点を中心とする円上を回転するように遷移する。このスミスチャート上における軌跡の回転は、伝送線路中の信号位相が変化することによって発生する。信号の波長をλとするとき、信号位相が１／４λシフトする毎にインピーダンスはスミスチャート上を半回転する。即ち、信号位相がλだけシフトする過程で、インピーダンスはスミスチャート上を２回転することになる。通常、高周波回路において信号位相をシフトしようとする場合、回路に直列に伝送線路を付加するが、例えばローパスフィルタを直列に挿入することで、信号位相をシフトさせ（遅らせる）、伝送線路の付加と同じ作用を得ることができる。

図１２は、送信回路３７を模式的に表したブロック図、図１３は、ＰＡ３１が活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、ＰＡ３１の出力における実測インピーダンスを示す説明図、図１４は、ＰＡ３１が活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２によるインピーダンス変化を説明する説明図、図１５は、ＰＡ３１が活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１インピーダンス整合回路３２の出力のインピーダンス変化を示す説明図、図１６は、ＰＡ３１が活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１バラン４０の出力のインピーダンス変化を示す説明図、図１７は、ＰＡ３１が活性化（ＯＮ）及び不活性化（ＯＦＦ）しているときの、第１位相調整回路３３の出力のインピーダンス変化を示す説明図である。

以降、図１２〜図１７を用いて、第１実施形態の送信回路３７の各部におけるインピーダンスの状態について詳細に説明する。以降の説明では、簡単のために送信回路３７を例にとるが、受信回路３８に関しても同様である。

なお、以降の説明において、ＰＡ３１が活性化しているときのアンテナ１３から送信回路３７を見たインピーダンスをＺｏｎＴ、ＰＡ３１が非活性化しているときのアンテナ１３から送信回路３７を見たインピーダンスをＺｏｆｆＴと呼称する。

図１３は、ＰＡ３１の出力（図１２のＣＸ１）においてＰＡ３１が活性化している場合とＰＡ３１が不活性化している場合のインピーダンスを例示するものである。内部を点でハッチングした丸印はＰＡ３１が活性化している状況を、内部を斜線でハッチングした丸印はＰＡ３１が不活性化している状況を示している。図１３では、これらの二つの丸印はいずれもＲ５０点から殆ど等距離にあって、Ｒ５０点からスミスチャートの外周に向かうほど大きくなる電圧反射係数Γに関してはいずれも略同一とされている。以降説明するように、第１実施形態の無線通信装置は、初期的な電圧反射係数Γが活性化時と不活性化時で略同一な増幅器を用いても、活性化時のインピーダンスをマッチング状態に遷移させ、不活性化時のインピーダンスをハイインピーダンス状態にするという従来技術にはない特徴を備える。

図１４は、第１インピーダンス整合回路３２における伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２による（図１２のＣＸ２）インピーダンス変化を示している。回路に直列に伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２を付加することで線路内の信号位相がシフトし、図１１（ｄ）で説明したようにインピーダンスはＲ５０点を中心とする円上を回転する。

なお、図１４〜図１７では、点でハッチングした実線丸印はＰＡ３１がＯＮのときのインピーダンス（遷移後）を、点でハッチングした破線丸印はＰＡ３１がＯＮのときのインピーダンス（遷移前）を、斜線でハッチングした実線丸印はＰＡ３１がＯＦＦのときのインピーダンス（遷移後）を、斜線でハッチングした破線丸印はＰＡ３１がＯＦＦのとのインピーダンス（遷移前）をそれぞれ表している。

図１４に示すように、伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２によって、インピーダンスはスミスチャート上を回転し、２つのインピーダンス状態はＲ０点からの距離が不均一になるように調整される。ただし、伝送線路ＬＩ１，ＬＩ２によってインピーダンスが変化した後（遷移後）であっても、二つの実線丸印はＲ５０点からほぼ等距離にあり、電圧反射係数Γは変化していない。

図１５は、第１インピーダンス整合回路３２の出力（図１２のＣＸ３）におけるインピーダンスを示している。即ち、図１５は、コンデンサＣ１，Ｃ２によるインピーダンス変化の前後を示すものである。図１１（ｂ）で説明したように、コンデンサの存在によってインピーダンスはスミスチャート上のＲ０点に接する円上を回転するが、このコンデンサの容量値は、少なくともＰＡ３１がＯＮのときの送信回路３７のインピーダンスが実軸上に遷移する値が選択される。

なお、図１５では、ＰＡ３１がＯＦＦのときのインピーダンスも実軸上に遷移している。これは必須の条件ではないものの理想的な遷移状態であり、これを実現するために、「コンデンサＣ１，Ｃ２による回転の結果、ＰＡ３１がＯＮのときとＯＦＦのときの双方で、遷移後の送信回路３７のインピーダンスが実軸上に移動するように」Ｒ５０点を中心とする回転量を設定、即ち、伝送線路Ｌ１，Ｌ２Ｒの伝送線路長を設定しておくのが望ましい。

このように、第１インピーダンス整合回路３２は、ＺｏｎＴとＺｏｆｆＴをスミスチャートの実軸に近づくように遷移させる。

図１６は、第１バラン４０の出力（図１２のＣＸ４）におけるインピーダンスを示している。上述したように、アンテナ１３からみたとき、第１バラン４０は並列回路を含むことから、インピーダンスが純抵抗である場合（即ち、実軸上に存在する場合）は、アンテナ１３から見たときのインピーダンスは半減する。これによって、ＰＡ３１がＯＮのときのインピーダンスはＲ５０点に接近し、ＰＡ３１がＯＦＦのときのインピーダンスはＲ０点に接近する。即ち、第１インピーダンス整合回路３２と第１バラン４０は協働して、ＰＡ３１がＯＮのときのインピーダンスをＲ５０点に近づける、つまりアンテナ１３とのインピーダンスを整合するように機能し、ＰＡ３１がＯＦＦのときのインピーダンスがＲ５０点からより遠くに外すように（Ｒ０点に近づけるように）機能する。

ここで、第１バラン４０は形式的には差動信号をシングルエンド信号に変換する要素だが、上述したように、その機能にはインピーダンス整合機能が含まれており、機能的には、第１バラン４０は第１インピーダンス整合回路３２に含まれる。このように、第１バラン４０を含む第１インピーダンス整合回路３２は、ＰＡ３１が活性化したときの送信回路３７の電圧反射係数Γが０近傍になるように、かつＰＡ３１が不活性化したときの送信回路３７の電圧反射係数Γが大きくなるように（より正確には、電圧反射係数Γの絶対値が１に近づくように）インピーダンスを遷移させる。

即ち、第１インピーダンス整合回路３２（第１インピーダンス整合回路３２と第１位相調整回路３３の間に設けられた並列回路としての第１バラン４０を含む）は、ＺｏｎＴを電圧反射係数Γが０近傍になるように、かつＺｏｆｆＴを電圧反射係数Γの絶対値が大きくなるようにインピーダンスを遷移させる。

図１７は、第１位相調整回路３３の出力（即ち、送信回路３７の出力。図１２のＣＸ５）におけるインピーダンスを示している。第１実施形態における第１位相調整回路３３は、上述したように二段のローパスフィルタを備え、これによって送信信号の信号位相をシフトする。これによって、ローパスフィルタは回路に直列に伝送線路を付加したものと同様に振る舞い、Ｒ５０点を中心とする円上をインピーダンスが回転するが、第１実施形態ではスミスチャート上でインピーダンスが１周を超えて回転するように信号位相のシフト量を決定している。より具体的には、第１位相調整回路３３は上述した第１基板５９ａ内を伝搬する送信信号（波長λｇ）に対して信号位相を３／４λｇだけシフトし、その結果スミスチャート上でインピーダンスが１．５周するようにしている。単に位相調整機能のみを持たせる場合は、第１位相調整回路３３において１／２λｇを超える位相シフトは不要であるが、減衰特性を向上させて、第１位相調整回路３３の持つローパスフィルタ機能（送信信号に対するノイズ除去及び電源ライン４５からのノイズ混入防止）を強化するには、このように信号位相を大きくシフトすることが望ましい。一方で、位相調整の側面では、第１位相調整回路３３は、信号位相を１／４λｇだけシフトするのと等価であり、これによって、ＰＡ３１が不活性化のときの送信回路３７のインピーダンスは、遷移前のＲ０点近傍から遷移後はＲ∞点近傍に移動し、ハイインピーダンス状態となる。

なお、上述した例では、初期的なＰＡ３１のインピーダンスの状態を図１３として説明したが、ＬＩ１，ＬＩ２，Ｃ１，Ｃ２の値の設定によっては、第１インピーダンス整合回路３２は、様々な状態にあるインピーダンスを、一旦図１３の状態を経由して、図１４〜図１６の状態に遷移させることもできる。このように、第１実施形態は、ＰＡ３１を活性化／不活性化したときの、送信回路３７のインピーダンスがスミスチャートの軸対称（即ち、Ｌ／Ｃ性）の関係となるようにし、その後に上述した過程に従ってインピーダンスを遷移させている、ということができる。

以上、送信回路３７における第１位相調整回路３２（第１バラン４０を含む）と第１位相調整回路３３の構成及び動作について詳細に説明したが、受信回路３８についても、インピーダンスマッチング状態とハイインピーダンス状態を分離する過程は全く同様である。よって詳細な説明は省略するが、ＬＮＡ３６が活性化しているときのアンテナ１３から受信回路３８を見たインピーダンスをＺｏｎＲ、ＬＮＡ３６を非活性化しているときのアンテナ１３から受信回路３８を見たインピーダンスをＺｏｆｆＲとして、上述したＺｏｎＴとＺｏｆｆＴと同様の関係になるように、回路を構成するパラメータを選定すればよい。

図１８（ａ）は、ＰＡが活性化しているときのアンテナからみたインピーダンスの状態を示す説明図、（ｂ）はＬＮＡが活性化しているときのアンテナからみたインピーダンスの状態を示す説明図である。

図１８（ａ）に示すように、ＰＡ３１がＯＮ（かつＬＮＡ３６がＯＦＦ）のとき、送信回路３７の出力インピーダンスはアンテナ１３とのマッチングが図られアンテナ１３から電波が放出されるが、受信回路３８の入力インピーダンスはハイインピーダンス状態となり、送信回路３７の出力が受信回路３８に流入することが防止される。

他方、図１８（ｂ）に示すように、ＰＡ３１がＯＦＦ（かつＬＮＡ３６がＯＮ）のとき、送信回路３７の出力インピーダンスはハイインピーダンス状態となり、受信回路３８の入力インピーダンスはアンテナ１３とのマッチングが図られ、アンテナ１３で受信された電波は受信回路３８にのみ送られ、送信回路３７は何ら影響を受けない。

図１９（ａ）は、スミスチャート上においてハイインピーダンス状態を説明する説明図、（ｂ）はハイインピーダンス状態における電流フローを示す説明図、（ｃ）は図１９（ｂ）の等価回路である。

以降、図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて、送信回路３７と受信回路３８のハイインピーダンス状態について具体的に説明する。

図１９（ａ）に示すように、第１実施形態においてはスミスチャートの実軸上４Ω（ただし、図１９（ａ）の実軸数値は、正規化インピーダンスを示しており、一般的には５０Ω×４倍＝２００Ωの点をいう。以降、Ｒ２００点と呼称する）よりも右側、即ち実軸上で２００Ω以上の高抵抗となる範囲をハイインピーダンス状態としている。

図１９（ｂ）は、送信回路３７の出力とアンテナ１３のインピーダンスマッチングが図られ、受信回路３８の入力はハイインピーダンス状態となっている状態を示している。このとき送信回路３７の出力インピーダンスＺｓとアンテナ１３のインピーダンスＺＬ１はいずれも５０Ωである。一方、受信回路３８の入力はハイインピーダンス状態であり、その入力インピーダンスＺＬ２＝２００Ωである。このとき、図１９（ｂ）に示すように送信回路３７から電流ｉが流出し、これがアンテナ１３に電流ｉ１、受信回路３８に電流ｉ２として分流する。この等価回路を描くと図１９（ｃ）のようになる。

この等価回路について、まず反射損を評価する。ＺＬ１とＺＬ２から構成される並列回路の全抵抗をＺＬと表すと、電圧反射係数Γは

Γ＝（ＺＬ−Ｚｓ）／（ＺＬ＋Ｚｓ）・・・・（式３）
と表される。ここで全抵抗ＺＬ＝１／（１／２００＋１／５０）＝４０Ωだから、ハイインピーダンス状態を２００Ωとしたときの電圧反射係数Γは、

Γ＝（４０−５０）／（４０＋５０）＝−０．１１となる。

反射損失ＲＬは、

ＲＬ＝１−Γ^２・・・・（式４）
と定義されるから、

ＲＬ＝１−０．１１^２＝０．９８７となり、これは−０．０５ｄＢに相当する。

次に分流に伴う損失を計算する。

アンテナ１３のインピーダンスＺＬ１、受信回路３８のインピーダンスＺＬ２とすると、アンテナ１３側に流入する電流ｉ１は、｛２００／（２００＋５０）｝ｉとなる。ここで、
Ｐ＝ｖ×ｉ１・・・・（式５）より
Ｐ＝｛２００／（２００＋５０）｝ｖ×ｉ１＝０．８ｖ×ｉ１
これは−０．９７ｄＢに相当する。

即ち、全体損失＝反射損失＋分流損失＝−０．０５−０．９７＝−１．０２ｄＢとなることがわかる。

図２０は、ＰＡ３１を活性化、ＬＮＡ３６を不活性化したときの受信回路３８の入力インピーダンスと全損失の関係を示すグラフである。

図２０は、図１９（ｃ）においてＺｓ＝ＺＬ１＝５０Ωに固定して、受信回路３８の入力インピーダンスを変化させたときの損失（上述の反射損失と分流に伴う損失の合計）をグラフにしたものである。従来、アンテナスイッチモジュールとディスクリート部品を用いてＲＦ回路を構成した場合、経験上、約−１．０ｄＢの損失であれば、同時送受信における音質には問題がないとされている。従って、−１．０ｄＢの損失は、一般的に回路設計の際の設計目標とされる。このように、第１実施形態の構成によっても設計目標は達成されることが分かった。

また、発明者等が行った官能評価等によれば、損失が約−１．５ｄＢより大きくなると音質等について劣化が認められることから、この−１．５ｄＢの損失は許容損失と考えられている。図２０によれば、このときの受信回路３８の入力インピーダンスは約１１２Ωである。

即ち、送信回路３７のＰＡ３１または受信回路３８のＬＮＡ３６が不活性化されると、アンテナ１３からみたとき送信回路３７の出力インピーダンスまたは受信回路３８の入力インピーダンスはハイインピーダンス化されるが、ハイインピーダンス化された際の具体的なインピーダンス値Ｚとしては、最低限の値としてＺ≧１１２Ω（５０Ωとの対比ではｒ＝２．２４倍）、望ましくはＺ≧２００Ω（同ｒ＝４倍）とするのが望ましい。

このように、ＺｏｎＴは５０Ωであるから、第１位相調整回路３３はＺｏｆｆＴ＞２×ＺｏｎＴとなるように、送信信号の位相を変化させている。

１０ 信号処理部
１０ｅ ＴＤＤ／ＴＤＭＡプロセッサ（制御部）
１２ 無線部（ＲＦパート）
１３ アンテナ
３０ アンプモジュール
３１ ＰＡ（パワーアンプ、第１アンプ）
３１ａ 最終段増幅器
３２ 第１インピーダンス整合回路
３３ 第１位相調整回路
３４ 第２位相調整回路
３５ 第２インピーダンス整合回路
３６ ＬＮＡ（ローノイズアンプ、第２アンプ）
３７ 送信回路
３８ 受信回路
３９ 接続点
３９ａ 第１接続点
３９ｂ 第２接続点
４０ 第１バラン
４１ 第２バラン
４５ 電源ライン（電源）
４６ ＤＣカットコンデンサ
５６ オープンスタブ
５９ａ 第１基板
５９ｂ 第２基板
５９ｃ 第３基板
５９ｄ 第４基板
１００ 親機
２００ 子機

Claims (5)

1. 送信信号を増幅するアンプと、
   ローパスフィルタを備えて前記アンプによって増幅された送信信号を信号処理する送信回路と、
   前記送信回路で処理された送信信号を送信するアンテナと、
   前記アンプに電力を供給する電源と、を備え、
   前記送信回路と前記アンテナの間に前記電源を接続し、前記電源は、前記ローパスフィルタを介して前記アンプに給電することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記アンテナで受信した受信信号を信号処理する受信回路を備え、
   前記送信回路の出力と前記アンテナの間に、更に前記受信回路の入力を接続したことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記送信回路と前記受信回路と前記電源を供給する電源ラインが形成された基板と、
   前記電源ラインに並列に接続されたオープンスタブと、前記電源ラインに直列に接続されたインダクタと、を備え、
   前記送信信号の前記基板内の波長をλｇとするとき、
   前記オープンスタブ及び前記インダクタをλｇ／４の長さに形成したことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 電源と、
   前記電源から出力端子を介して給電され、送信する送信信号を増幅する第１アンプと、
   前記第１アンプによって増幅され、前記出力端子から出力される送信信号を処理する送信回路と、
   前記送信回路で処理された送信信号を送信するアンテナと、
   前記アンテナで受信した受信信号を処理する受信回路と、
   前記受信回路で処理された受信信号を増幅する第２アンプと、
   前記第１アンプと前記第２アンプを交互かつ排他的に活性化する制御部と、
   前記送信回路に含まれ、前記制御部が前記第１アンプを活性化したとき前記送信回路と前記アンテナのインピーダンスを整合させ、ローパスフィルタを備えることで前記制御部が前記第１アンプを非活性化したときにアンテナから前記送信回路を見たインピーダンスをハイインピーダンス状態にする第１位相調整回路と、
   前記受信回路に含まれ、前記制御部が前記第２アンプを非活性化したとき前記アンテナから前記受信回路を見たインピーダンスをハイインピーダンス状態にし、前記制御部が前記第２アンプを活性化したとき前記受信回路と前記アンテナのインピーダンスを整合させる第２位相調整回路と、を有し、
   前記電源を前記第１位相調整回路の出力と前記アンテナとの間に接続し、前記第１位相調整回路を介して前記第１アンプの出力端子に給電することを特徴とする無線通信装置。
5. 送信信号を増幅するアンプと、
   ローパスフィルタを備えて前記アンプによって増幅された送信信号を信号処理する送信回路と、
   前記送信回路で処理された送信信号を送信するアンテナと、
   前記送信回路及び前記アンテナとの間と電源とを接続する電源ラインと、を備え、
   前記ローパスフィルタを介して前記電源ラインから前記アンプへ電力が給電されることを特徴とする無線通信用回路。

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