JP5451737B2 - フロントエンドモジュール - Google Patents
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Description
本発明はフロントエンドモジュールに関し,特に,マルチバンド対応の通信装置において用いられるフロントエンドモジュールに関する。
複数の通信方式を利用して通話やデータ送受信を行うことができるマルチバンド対応の携帯電話機が普及している。このようなマルチバンド対応の携帯電話機は,高周波スイッチ,フィルタ,増幅素子等から成るRF回路を単一のパッケージに複合化したフロントエンドモジュールを備えることが一般的である。複数の周波数帯域の信号が重畳されたマルチバンド受信信号は,フロントエンドモジュールにより周波数帯域ごとに分離され,受信機等の後段の回路に出力される。
増幅素子を複数の周波数帯で共用することでフロントエンドモジュールを小型化した開示例がある。例えば,特開2005−64778号公報(特許文献1)には,互いに異なる周波数帯域を通過帯域とする一組のバンドパスフィルタを共通の入力端子と共通の出力端子との間に並列に配置し,この一組のバンドパスフィルタの入力側と出力側のそれぞれにスイッチを接続して成る出力端子共有型のフロントエンドモジュールが開示されている(特許文献1の図8−B参照)。
特許文献1に記載されたフロントエンドモジュールは,フィルタの入力側と出力側のそれぞれにスイッチを設けているため,各フィルタは他方のフィルタから分離された状態で駆動される。したがって,各フィルタの入力インピーダンスを基準インピーダンスに整合させることが容易である。しかし,このフロントエンドモジュールにおいては,受信信号がスイッチを通過するたびに減衰されるため挿入損失が大きくなる。そこで,本発明の様々な実施形態によって,入力インピーダンスを容易に整合させることができるとともに挿入損失が抑制された出力端子共有型のフロントエンドモジュールを提供する。その他の課題は,下記の詳細な説明,添付図面等の記載から理解される。
本発明の一実施態様に係るフロントエンドモジュールは,入力端子と,出力端子と,前記入力端子と前記出力端子との間に配置され,第1入力ポート及び第1出力ポートを備える第1フィルタ回路と,前記入力端子と前記出力端子との間に配置され,第2入力ポート及び第2出力ポートを備える第2フィルタ回路と,前記入力端子と前記第1入力ポート及び第2入力ポートとの間に配置され、前記入力端子を前記第1及び第2のフィルタ回路に選択的に接続するスイッチと,前記第1出力ポートと前記第2出力ポートとの接続点と前記出力端子との間に配置された整合回路と,を備える。一実施形態において,前記第1フィルタ回路は,第3入力ポートと第3出力ポートとを備え,第1の通過帯域の信号を通過させる第1フィルタ素子を含み,前記第2フィルタ回路は,第4入力ポートと第4出力ポートとを備え,前記第1の通過帯域とは異なる第2の通過帯域の信号を通過させる第2フィルタ素子と,前記第2フィルタ素子の第4出力ポートと前記整合回路との間に配置された第1移相器と,を含む。一実施形態において,前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第2フィルタ回路から切断し且つ前記第1移相器を除去するとともに前記接続点を開放した状態で前記第4出力ポートから見た前記第2フィルタ素子の前記第1の通過帯域における反射係数の位相は,前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第1フィルタ回路から切断し且つ前記接続点を開放した状態で前記第3出力ポートから見た前記第1フィルタ素子の前記第2の通過帯域における反射係数の位相よりも0°〜180°の位相差だけ進んでいる。
本発明の様々な実施態様によれば,インピーダンスを容易に整合させることができるとともに挿入損失が抑制された出力端子共有型のフロントエンドモジュールを提供できる。
本発明の様々な実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は,本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール10を表す回路図である。図示のとおり,本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール10は,アンテナ端子12に接続されたスイッチ14と,スイッチ14の後段にスイッチ用整合回路32を介してそれぞれ接続された第1フィルタ回路34及び第2フィルタ回路36と,第1フィルタ回路34及び第2フィルタ回路36の出力側に接続された整合回路38と,平衡出力端子40−a,40−bとを備える。不図示のアンテナからアンテナ端子12を介して入力されたマルチバンド信号は,スイッチ14のスイッチング動作に従って第1フィルタ回路34,第2フィルタ回路36の一方に選択的に伝送される。第1フィルタ回路34又は第2フィルタ回路36を通過した信号は,出力端子40−a,40−bから後段の受信機(不図示)に出力される。このフロントエンドモジュール10は,送信信号用のモジュールとして用いることもできる。つまり,出力端子40−a,40−bの後段に送信機(不図示)を接続することができ,この送信機からの送信信号をアンテナ端子12を介してアンテナから無線送信することができる。なお,本明細書においては,出力端子40−a,40−bを「出力端子40」又は単に「出力端子」と総称することがある。
一実施形態におけるスイッチ14は,例えば,アンテナ端子12に接続された第1端子16と第2端子18と第3端子20とを備えるSPDT(Single Pole Dual Throw)型のスイッチである。スイッチ14は,電圧を供給するための電圧供給用端子(不図示)と,制御信号を入力するための制御用端子(不図示)をさらに備え,この制御用端子から入力される制御信号に基づいて,第1端子16が第2端子18又は第3端子20の一方と選択的に接続されるように構成される。スイッチ14の端子数は,回路構成に応じて任意に設定することができる。例えば,スイッチ14は,SP3Tスイッチ,SP4Tスイッチ,SP8Tスイッチ,DPDTスイッチ,又はDP4Tスイッチとすることができる。スイッチ14を構成するスイッチ素子として,例えば,電界効果トランジスタを用いることができる。
スイッチ14の後段には,スイッチ14の入力インピーダンスを基準インピーダンスに整合させるスイッチ用整合回路32が配置される。スイッチ用整合回路32は,例えば,一端がスイッチ14の第2端子18に接続され他端が後述の第1バンドパスフィルタ46に接続されたインダクタ42と,一端がスイッチ14の第3端子20に接続され他端が後述の第2バンドパスフィルタ48に接続されたインダクタ44とを含む。インダクタ42及びインダクタ44のインダクタンス値を公知の手法により適切な値に調整することで,スイッチ14の入力インピーダンスを基準インピーダンスに整合させることができる。スイッチ用整合回路32の具体的構成は,図1に例示したものに限られず,適宜変更することが可能である。
スイッチ用整合回路32の後段には,第1フィルタ回路34及び第2フィルタ回路36が配置される。第1フィルタ回路34は,不平衡ポートP1−1と一組の平衡ポートP1−2,P1−3を備えており,不平衡ポートP1−1を介してスイッチ用整合回路32に接続される。また,第2フィルタ回路36は,不平衡ポートP2−1と一組の平衡ポートP2−2,P2−3を備えており,不平衡ポートP2−1を介してスイッチ用整合回路32に接続される。第1フィルタ回路34の平衡ポートP1−2と第2フィルタ回路36の平衡ポートP2−3との接続点J1は整合回路38を介して出力端子40−aに接続されており,第1フィルタ回路の平衡ポートP1−3と第2フィルタ回路36の平衡ポートP2−2との接続点J2は整合回路38を介して出力端子40−bに接続されている。本明細書においては,平衡ポートP1−2及び平衡ポートP1−3を「第1出力ポート」と総称し,平衡ポートP2−2及び平衡ポートP2−3を「第2出力ポート」と総称することがある。
第1フィルタ回路34は,第1の通過帯域を有する第1のバンドパスフィルタ46を備える。第1のバンドパスフィルタ46は,入力された信号のうち第1の通過帯域の信号を後段の回路に伝送するとともに第1の通過帯域以外の信号を抑圧する。図1には,第1のバンドパスフィルタ46の一例として,不平衡ポートP3−1と一組の平衡ポートP3−2,P3−3を備える平衡型のバンドパスフィルタを示した。この平衡型の第1のバンドパスフィルタ46は,不平衡ポートP3−1から入力された不平衡信号を平衡信号に変換して平衡ポートP3−2,P3−3から出力することができる。
第2フィルタ回路36は,第2の通過帯域を有する第2のバンドパスフィルタ48と,移相器50,52とを備える。図1に例示された第2のバンドパスフィルタ48は,第1のバンドパスフィルタ46と同様に,不平衡ポートP4−1と一組の平衡ポートP4−2,P4−3とを有し,不平衡ポートP4−1から入力された不平衡信号を平衡信号に変換して平衡ポートP4−2,P4−3の各々から出力することができる。本明細書においては,平衡ポートP3−2及び平衡ポートP3−3を「第3出力ポート」と総称し,平衡ポートP4−2及び平衡ポートP4−3を「第4出力ポート」と総称することがある。平衡ポートP4−2には移相器50が接続され,平衡ポートP4−3には移相器52が接続されている。移相器50,52は,ストリップライン,マイクロストリップライン等の任意の分布定数線路から成り,その線路長に応じた移相量だけ入力信号の位相を回転させる。この移相器は集中定数素子によって,又は集中定数素子を含んで構成することもできる。一実施形態においては,第2のバンドパスフィルタ48と整合回路38との間の配線を移相器50,52として用いることができる。
後述するように,スイッチ14の切り替えにより入力端子12を第2フィルタ回路36から切断し且つ移相器50,52を除去するとともに接続点J1,J2を開放(つまり,接続点J1,J2をフィルタ素子48から切断)した状態で平衡ポートP4−2,P4−3(第4出力ポート)から見た第2フィルタ素子48の第1の通過帯域における反射係数の位相は,スイッチ14の切り替えにより入力端子12を第1フィルタ回路34から切断し且つ接続点J1,J2を開放(つまり,接続点J1,J2をフィルタ素子46から切断)した状態で平衡ポートP3−2,P3−3(第3出力ポート)から見た第1フィルタ素子46の第2の通過帯域における反射係数の位相よりも0°〜180°の位相差だけ進んでいる。本発明の一実施形態においては,第1フィルタ回路34,第2フィルタ回路36のうち,位相が進んでいる方の反射波を生成するバンドパスフィルタ(図1では第2のバンドパスフィルタ48)を含むフィルタ回路(図1では第2フィルタ回路36)に移相器50,52を設ける。
一実施形態において,第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48は,表面弾性波フィルタ(SAWフィルタ)やバルク弾性波フィルタ(BAWフィルタ)から成る。第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48の通過帯域は,例えば,UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)で規定されている様々なバンドの受信用帯域又は送信用帯域に設定できる。第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48は不平衡信号を出力する不平衡型のバンドパスフィルタであってもよい。
整合回路38は,アンテナ端子12側及び/又は出力端子40側から見たフロントエンドモジュール10の入力インピーダンスが,第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48の通過帯域において,出力端子40の後段に接続される外部回路に整合するように構成される。つまり,スイッチ14の第1端子16を第2端子18と接続して第1のバンドパスフィルタ46を動作させる場合に,フロントエンドモジュール10の入力インピーダンスが第1のバンドパスフィルタ46の通過帯域において基準インピーダンスに整合するとともに,スイッチ14の第1端子16を第3端子20と接続して第2のバンドパスフィルタ48を動作させる場合に,フロントエンドモジュール10の入力インピーダンスが第2のバンドパスフィルタ48の通過帯域において基準インピーダンスに整合するように整合回路38を構成することができる。一実施形態における整合回路38は,出力端子40−aと出力端子40−bとに接続されたインダクタ54から成る。整合回路38についてはさらに後述する。
このように、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール10においては,第1フィルタ回路34,第2フィルタ回路36の出力ポート同士を整合回路38を介して共通の出力端子40−a,40−bに接続することにより、一組のバンドパスフィルタの後段にスイッチを設けた従来のフロントエンドモジュール(特許文献1の図8−B参照)と比較して挿入損失を抑制することができる。
一方,本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール10においては,第1フィルタ回路34と第2フィルタ回路36の出力側にスイッチではなく整合回路38を設けているため,第1フィルタ回路34と第2フィルタ回路36とが常時接続されている。したがって,スイッチ14の切り替えにより第1のバンドパスフィルタ46と第2のバンドパスフィルタ48のうち一方を駆動する場合に,駆動されていないフィルタ回路が駆動されているフィルタ回路に対してリアクタンス素子として作用するので,駆動されているフィルタ回路の通過帯域における入力インピーダンスが基準インピーダンスから外れ,その結果,フロントエンドモジュール10の挿入損失が劣化するおそれがある。例えば,スイッチ14において第1端子16を第2端子18と接続し第1のバンドパスフィルタ46を駆動する場合には,駆動されていない第2のバンドパスフィルタ48の影響によりフロントエンドモジュール10の入力インピーダンスが第1の通過帯域において基準インピーダンスから外れる可能性がある。そこで,駆動されていないフィルタ回路が駆動されているフィルタ回路のインピーダンス整合に与える影響を相殺するように,整合回路38を構成する(具体的には整合回路38を構成するリアクタンス素子の素子値や配置を調整する)。
しかし,第1のバンドパスフィルタ46と第2のバンドパスフィルタが互いの通過帯域におけるインピーダンス整合に与える影響は異なる(つまり,第1のバンドパスフィルタ46が第2の通過帯域におけるインピーダンス整合に与える影響は,第2のバンドパスフィルタ48が第1の通過帯域におけるインピーダンス整合に与える影響と異なる)ため,整合回路38を構成するリアクタンス素子の素子値の調整のみによっては,第1のバンドパスフィルタ46と第2のバンドパスフィルタが互いのインピーダンス整合に与える影響を両方とも精度良く相殺することは困難である。そこで,本発明の一実施形態においては,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し(スイッチ14の第1端子16を第3端子20と接続し),且つ,接続点J1,J2を開放した状態で,第3出力ポート(平衡ポートP3−2,P3−3)から見た第2の通過帯域における第1のバンドパスフィルタ46の反射係数の位相と,スイッチ14の第1端子16を第3端子20から切断し(スイッチ14の第1端子16を第2端子18と接続し),且つ,接続点J1,J2を開放するとともに移相器50,52を除去した状態で,第4出力ポート(平衡ポートP4−2,P4−3)から見た第2のバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相とを比較し,この反射係数の位相が0°〜180°の位相差の範囲で進んでいる方のフィルタの後段に移相器(図1の例では移相器50,52)を設ける。これにより,図2〜図5を参照して詳述されるように,第1のバンドパスフィルタ46と第2のバンドパスフィルタが互いのインピーダンス整合に与える影響を精度良く相殺して,整合回路38によって,第1のバンドパスフィルタ46と第2のバンドパスフィルタの両方のインピーダンス整合を維持することができる。
図2〜図5を参照して,移相器50,52及び整合回路38を用いたインピーダンス整合について説明する。図2は,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し(スイッチ14の第1端子16を第3端子20と接続し),且つ,接続点J1,J2を開放した状態において,平衡ポートP3−2,P3−3側から見た第1のバンドパスフィルタ46の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートであり,平衡ポートP3−2,P3−3間にトランスを設けシングルエンドに変換した状態で第1のバンドパスフィルタ46の入力インピーダンスをシミュレートした結果を示す。また,図3は,スイッチ14の第1端子16を第2端子20から切断し(スイッチ14の第1端子16を第2端子18と接続し),且つ,接続点J1,J2を開放するとともに移相器50,52を除去した状態で,平衡ポートP4−2,P4−3側から見た第2のバンドパスフィルタ48の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートであり,図2と同様にシングルエンドに変換した状態でのシミュレーション結果を示す。図4は,出力端子40−a,40−b側から見た整合回路38単体の入力インピーダンス(つまり,図1において接続点J1及びJ2が開放された状態における整合回路38の入力インピーダンス)の周波数特性を示すスミスチャートである。また,図5は,スイッチ14の第1端子16を第3端子20から切断し(スイッチ14の第1端子16を第2端子18に接続した),且つ,接続点J1,J2を開放した状態で,平衡ポートP2−2,P2−3(第2出力ポート)から見た第2フィルタ回路36の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。
シミュレーションを行う際には,バンドパスフィルタ46の通過帯域をUMTSのバンドVIIIの受信用に割り当てられた925〜960MHzに設定するとともにバンドパスフィルタ48の通過帯域をUMTSのバンドVの受信用に割り当てられた869〜894MHzに設定し,不平衡側の基準インピーダンスを50Ω,平衡側の基準インピーダンスを100Ωとした。また,インダクタ42,44のインダクタンス値をそれぞれ1.5nHとし,インダクタ54のインダクタンス値を13.5nHとした。また,移相器50,52の線路長は,0.95GHzの入力信号を25度位相回転させる長さとした。図2〜図5において,第1のバンドパスフィルタ46の通過帯域の中心周波数はマーカm2で表されており,バンドパスフィルタ48の通過帯域の中心周波数はマーカm1で表されている。
図2に示すとおり,第1のバンドパスフィルタ46は,マーカm1が第1のバンドパスフィルタ46の入力インピーダンスを示すスミスチャートにおいて容量性の領域に存在しているので,第2のバンドパスフィルタ48に対して容量性の素子として作用することが分かる。したがって,スイッチ14の第1端子16を第3端子20に接続して第2のバンドパスフィルタ48を駆動するときには,第2のバンドパスフィルタ48の通過信号は,容量性素子として働く第1のバンドパスフィルタ46の影響を受ける。図2に示すシミュレーション結果によれば,第1のバンドパスフィルタ46のバンドVの中心周波数における入力インピーダンスの虚数成分は,約−74Ωである。この第1のバンドパスフィルタ46がインピーダンス整合に与える影響は,整合回路38の作用によって相殺される。つまり,図4に示すように,マーカm1は,整合回路38の入力インピーダンスを示すスミスチャートにおいて誘導性の領域に存在しているので,第2のバンドパスフィルタ48を駆動するときには,第2のバンドパスフィルタ48の通過信号は誘導性素子として働く整合回路38の影響を受ける。図4のシミュレーション結果によれば,整合回路38のバンドVの中心周波数における入力インピーダンスの虚数成分は,約+74Ωである。このように,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し且つ接続点J1,J2を開放した状態において平衡ポートP1−2,P1−3側から見た第1フィルタ回路34の第2の通過帯域における入力インピーダンス(図1の例では,平衡ポートP3−2,P3−3側から見た第1のバンドパスフィルタ46の第2の通過帯域における入力インピーダンスに等しい)の虚数成分が,出力端子40−a,40−b側から見た整合回路38単体の第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性(正負の符号)が逆で大きさが実質的に等しくなるように整合回路38を構成することにより,第2のバンドパスフィルタ48の駆動時における第1のバンドパスフィルタ46によるインピーダンス整合への影響を整合回路38によって相殺することができる。本シミュレーションにおいては,インダクタ54のインダクタンス値を13.5nHとすることにより,第1のバンドパスフィルタ46の第2の通過帯域の通過信号に対する影響を相殺することができる。
一方,図3に示すとおり,マーカm2は第2のバンドパスフィルタ48の入力インピーダンスを示すスミスチャートにおいて容量性の領域に存在しているので,バンドパスフィルタ48は第1のバンドパスフィルタ46に対して容量性の素子として作用する。したがって,スイッチ14の第1端子16を第2端子18に接続して第1のバンドパスフィルタ46を駆動するときには,第1のバンドパスフィルタ46の通過信号は,容量性素子として働く第2のバンドパスフィルタ48の影響を受ける。図3に示すシミュレーション結果によれば,第2のバンドパスフィルタ48のバンドVIIIの中心周波数における入力インピーダンスの虚数成分は約−198Ωである。また,図4に示すように,マーカm2は整合回路38の入力インピーダンスを示すスミスチャートにおいて誘導性の領域に存在しており,バンドVIIIの中心周波数における整合回路38の入力インピーダンスの虚数成分は,約80Ωであることが分かる。したがって,第1のバンドパスフィルタ46の駆動時における第2のバンドパスフィルタ48によるインピーダンス整合への影響は,第1のバンドパスフィルタ46による影響を相殺するために最適化された整合回路38のみによっては相殺できない。
そこで,本発明の一実施形態においては,第2のバンドパスフィルタ48の後段に移相器50,52を設けることにより,第2のバンドパスフィルタ48が第1のバンドパスフィルタ46の通過信号に与える影響を変化させ,整合回路38によって第2のバンドパスフィルタ48の影響についても相殺できるようにした。本シミュレーションにおいては,移相器50,52の特性インピーダンスを50Ωとし,その線路長を0.95GHzの入力信号を25度位相回転させる長さに設定することにより,図5に示すように,第2フィルタ回路36の入力インピーダンスの周波数特性は,図3に示す第2のバンドパスフィルタ48単体の入力インピーダンスの周波数特性を移相器50,52の線路長に応じた角度だけ時計回り方向に回転させたものとなる。この図5に示すスミスチャートにおいて,マーカm2は,図3に示す第2のバンドパスフィルタ48単体の入力インピーダンスの周波数特性と比較して,移相器の電気長の分だけ位相が遅れた位置(時計回りに回転した位置)にある。この位相回転により,第2フィルタ回路36のバンドVIIIの中心周波数における入力インピーダンスの虚数成分は約−80Ωとなっている。上述したように,整合回路38のバンドVIIIの中心周波数における入力インピーダンスの虚数成分は約+80Ωであるから,第1のバンドパスフィルタ46を駆動する際の第2のバンドパスフィルタ48による第1の通過帯域におけるインピーダンス整合への影響を整合回路38によって相殺できるようになる。
このように,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し且つ接続点J1,J2を開放した状態において平衡ポートP1−2,P1−3側から見た第1フィルタ回路34の第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分が,出力端子40−a,40−bから見た整合回路38単体の第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性が逆で大きさが実質的に等しくなるように整合回路38を構成することにより,第2のバンドパスフィルタ48の駆動時における第1のバンドパスフィルタ46による影響を整合回路38によって相殺でき,第2の通過帯域におけるインピーダンス整合を維持することができる。また,スイッチ14の第1端子16を第2端子20から切断し且つ接続点J1,J2を開放した状態において平衡ポートP2−2,P2−3から見た第2フィルタ回路36の第1の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分が,出力端子40−a,40−bから見た整合回路38単体の第1の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性が逆で大きさが実質的に等しくなるように移相器50,52を構成することにより,第1のバンドパスフィルタ46の駆動時における第2のバンドパスフィルタ48による影響についても整合回路38によって相殺でき,第2の通過帯域においてもインピーダンス整合を維持することができる。
一実施形態において,移相器50,52は,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し且つ接続点J1,J2を開放した状態で平衡ポートP3−2,P3−3から見た第2の通過帯域における第1のバンドパスフィルタ46の反射係数の位相と,スイッチ14の第1端子16を第3端子20から切断し且つ接続点J1,J2を開放するとともに移相器50,52を除去した状態で平衡ポートP4−2,P4−3から見た第2のバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相とを比較し,反射係数の位相が0°〜180°の位相差だけ進んでいる側のフィルタ素子を有するフィルタ回路に設けられる。例えば,図2〜図5に示した例では,図3に示されている第2のバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相(図3のマーカm2の位相に相当)が,図2に示されている第1のバンドパスフィルタ46の第2の通過帯域における反射係数の位相(図2のマーカm1の位相に相当)よりも約50度進んでいる(つまり,図3のマーカm2の位相が図2のマーカm1の位相よりも反時計回りに約50度回転した位置に存在する)ので,この相対的に位相が進んだ反射係数を有する第2のバンドパスフィルタ48に移相器50,52を接続する。バンドパスフィルタ46とバンドパスフィルタ48のどちらの位相が進んでいるかは,各バンドパスフィルタの具体的な構成により異なる。したがって,図2及び図3の例とは異なりバンドパスフィルタ46の第2の通過帯域における反射係数の位相がバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相よりも進んでいる場合には,バンドパスフィルタ46を有する第1フィルタ回路34に移相器が設けられる。
図2及び図3には,第1のバンドパスフィルタ46の第2の通過帯域における反射係数の位相(マーカm1の位相)及び第2のバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相(マーカm2の位相)がともに−180°〜0°の範囲に存在する例を示したが,各バンドパスフィルタの反射係数の位相は様々な値を取り得る。第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48の反射係数の他の例について図6を参照して説明する。図6(a)〜図6(d)には,第1のバンドパスフィルタ46及び第2のバンドパスフィルタ48の構成や通過帯域を変更した場合において,スイッチ14の第1端子16を第3端子20から切断し且つ接続点J1,J2を開放するとともに移相器50,52を除去した状態で平衡ポートP4−2,P4−3から見た第2のバンドパスフィルタ48の第1の通過帯域における反射係数の位相(マーカm2で示す)が,スイッチ14の第1端子16を第2端子18から切断し且つ接続点J1,J2を開放した状態で平衡ポートP3−2,P3−3から見た第2の通過帯域における第1のバンドパスフィルタ46の反射係数の位相(マーカm1で示す)よりも0°〜180°の範囲の位相差だけ進んでいる様々な例を模式的に示す。図6(a)は,図2及び図3で示した例と同様に,マーカm1の位相が−180°〜−90°の範囲に存在し,マーカm2の位相が−90°〜0°の範囲に存在する場合の例を示す。図6(b)は,マーカm2の位相が0°〜90°の範囲に存在し,マーカm1の位相が−90°〜0°の範囲に存在する場合の例,図6(c)は,マーカm2の位相が90°〜180°の範囲に存在し,マーカm1の位相が0°〜90°の範囲に存在する場合の例,図6(d)は,マーカm2の位相が−180°〜−90°の範囲に存在し,マーカm1の位相が90°〜180°の範囲に存在する場合の例である。図示したいずれの場合においても,マーカm2の位相がマーカm1の位相よりも0°〜180°の位相差の範囲で進んでいるため,このマーカm2に対応する第2のバンドパスフィルタ48を含む第2フィルタ回路36に移相器を設け,この位相差を調整する。図6(a)〜図6(d)には,マーカm1,m2がスミスチャート上の互いに異なる象限に存在する場合について例示したが,マーカm1,m2は同じ象限に存在していてもよい。例えば,マーカm1,m2がともに,−90°〜0°の範囲にあってもよい。このように,マーカm1とマーカm2とが同一の象限に存在する場合には,両者の位相差が0°〜90°の範囲となる。
図7a及び図7bは,第1のバンドパスフィルタ46の駆動時におけるフロントエンドモジュールの入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートであり,図8a及び図8bは,第2のバンドパスフィルタ48の駆動時におけるフロントエンドモジュールの入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。図7a及び図8aは図1に示すフロントエンドモジュール10から移相器50,52を除去したモジュールのシミュレーション結果を示し,図7b及び図8bは図1に示すフロントエンドモジュール10のシミュレーション結果を示す。各図の左側のチャートは各モジュールを出力端子40−a,40−b側から見た入力インピーダンスを示し,右側のチャートはアンテナ端子12側から見た入力インピーダンスを示す。これらの図において,第1のバンドパスフィルタ46の通過帯域の中心周波数はマーカm2又はマーカm4で示されており,第2のバンドパスフィルタ48の通過帯域の中心周波数はマーカm1又はマーカm3で示されている。図7a及び図8aに示されているとおり,移相器50,52を備えていないフロントエンドモジュールにおいては,マーカm2,m4が基準インピーダンスから外れていることが分かる。これに対し,図7b及び図8bに示されているとおり,本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール10においては,マーカm2,m4が基準インピーダンスに整合していることが分かる。
図1に示したフロントエンドモジュール10の回路構成は適宜変更することができる。例えば,本明細書において説明した第1及び第2のバンドパスフィルタ46,48の通過帯域は一例であり,これらのフィルタに代えて様々な通過帯域を有するフィルタを用いることができる。また,第1フィルタ回路34は,第1のバンドパスフィルタ46に加えて他の回路素子を備えることもできる。例えば,第1のバンドパスフィルタ46の後段に,平衡ポートP3−2,P3−3にそれぞれ接続された移相器を設けることができる。この場合,整合回路38は,接続点J1,J2から見た第1フィルタ回路34の第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分が,出力端子40−a,40−b側から見た整合回路38の第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性が逆で大きさが実質的に等しくなるように構成される。
本明細書で明示的に説明される整合回路38の構成は例示に過ぎず,整合回路38は,例えば,キャパシタ及びインダクタ等の受動素子を様々な態様で組み合わせて構成することができる。整合回路38の入力インピーダンスは,整合回路38を構成する受動素子の素子値を調整することにより,望ましい値に調整することができる。また,本発明のフロントエンドモジュール10に設けることのできるバンドパスフィルタの数は任意であり,例えば,3つ以上のバンドパスフィルタをスイッチ14の後段に並列に配置することができる。本発明に係るフロントエンドモジュールは,携帯電話機以外の様々な無線通信装置に搭載され得る。本発明に係るフロントエンドモジュールは,LTCC(低温同時焼成セラミックス)多層回路基板に作りこむことで小型化することができる。本発明の実施形態は,以上明示的に述べた態様に限られず,本発明の趣旨を逸脱しない範囲で,本明細書において説明した実施形態に対して様々な変更を行うことができる。
10・・・フロントエンドモジュール,12・・・アンテナ端子,14・・・スイッチ,34・・・第1フィルタ回路,36・・・第2フィルタ回路,38・・・整合回路,40−a,40−b・・・出力端子,46・・・第1のバンドパスフィルタ,48・・・第2のバンドパスフィルタ
Claims (5)
- 入力端子と,
出力端子と,
前記入力端子と前記出力端子との間に配置され,第1入力ポート及び第1出力ポートを備える第1フィルタ回路と,
前記入力端子と前記出力端子との間に配置され,第2入力ポート及び第2出力ポートを備える第2フィルタ回路と,
前記入力端子と前記第1入力ポート及び第2入力ポートとの間に配置され、前記入力端子を前記第1及び第2のフィルタ回路に選択的に接続するスイッチと,
前記第1出力ポートと前記第2出力ポートとの接続点と前記出力端子との間に配置された整合回路と,
を備え,
前記第1フィルタ回路は,第3入力ポートと第3出力ポートとを備え,第1の通過帯域の信号を通過させる第1フィルタ素子を含み,
前記第2フィルタ回路は,第4入力ポートと第4出力ポートとを備え,前記第1の通過帯域とは異なる第2の通過帯域の信号を通過させる第2フィルタ素子と,前記第2フィルタ素子の第4出力ポートと前記整合回路との間に配置された第1移相器と,を含み,
前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第2フィルタ回路から切断し且つ前記第1移相器を除去するとともに前記接続点を開放した状態で前記第4出力ポートから見た前記第2フィルタ素子の前記第1の通過帯域における反射係数の位相が,前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第1フィルタ回路から切断し且つ前記接続点を開放した状態で前記第3出力ポートから見た前記第1フィルタ素子の前記第2の通過帯域における反射係数の位相よりも0°〜180°の位相差だけ進んでいる,
フロントエンドモジュール。 - 前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第1フィルタ回路から切断し且つ前記接続点を開放した状態で前記第1出力ポートから見た前記第1フィルタ回路の前記第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分が,前記整合回路の前記第2の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性が逆で大きさが実質的に等しい請求項1に記載のフロントエンドモジュール。
- 前記スイッチの切り替えにより前記入力端子を前記第2フィルタ回路から切断し且つ前記接続点を開放した状態で前記第2出力ポートから見た前記第2フィルタ回路の前記第1の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分が,前記整合回路の前記第1の通過帯域における入力インピーダンスの虚数成分と極性が逆で大きさが実質的に等しい請求項1又は2に記載のフロントエンドモジュール
- 前記第1フィルタ回路が,第1移送器よりも短い電気長を有し前記第1フィルタ素子と前記整合回路との間に配置された第2移相器をさらに備える請求項1のフロントエンドモジュール。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のフロントエンドモジュールを備える無線通信装置。
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