JP5720854B2 - アンテナマッチングデバイス - Google Patents

Description

本発明は、広帯域アンテナとＲＦ回路との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスに関するものである。

通信仕様の多様化に伴って、複数種類の高周波信号を通信可能な情報通信端末が必要とされている。各通信仕様は、それぞれに使用する周波数帯域が異なる。このため、従来の情報通信端末には、通信仕様毎にすなわち送受信する高周波信号の周波数帯域毎に、個別のアンテナが備えられていた。

しかしながら、情報通信端末の小型化に伴って、アンテナを共通化することが求められている。このため、複数の通信仕様の各周波数帯域を含む広い周波数帯域（広帯域）で、高周波信号を送受信可能なアンテナが利用されている。例えば、現在の携帯型電話機等では、８００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ帯を送受信可能なアンテナが利用されていることがある。

このような広帯域を送受信可能なアンテナ（広帯域アンテナ）を用いた場合、各通信仕様の周波数帯域毎に、ＲＦ回路部とインピーダンスマッチングを行わなければならない。例えば、特許文献１のアンテナ装置では、アンテナとＲＦ回路との間に、スイッチによって切り替え可能なアンテナマッチングデバイスが記載されている。

図９は、特許文献１に示すような従来のアンテナマッチングデバイスの回路構成図である。従来のアンテナマッチングデバイス１０Ｐは、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴを介してアンテナ１０１に接続されている。アンテナマッチングデバイス１０Ｐは、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦを介してＲＦ回路部１０２に接続されている。

スイッチ１２Ｐは、いわゆるＳＰＤＴスイッチであり、第１選択端子もしくは第２選択端子を共通端子に切り替えて接続する。共通端子は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに接続されている。第１選択端子は、伝送線路のみを介して直接にアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに接続されている。この経路が第１伝送経路１１１Ｐとなる。第２選択端子は、インダクタ１１Ｐを介してアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに接続されている。この経路が第２伝送経路１１２Ｐとなる。

このような構成のアンテナマッチングデバイスでは、送受信する周波数によって、スイッチ１２Ｐを切り替え制御する。周波数の低い第１周波数の通信信号を送受信する場合には、第１選択端子（第１伝送経路１１１Ｐ）を選択する。周波数の高い第２周波数の通信信号を送受信する場合には、第２選択端子（第２伝送経路１１２Ｐ）を選択する。

このような構成において、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２を直接接続した場合に、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とのインピーダンスが第１周波数でマッチングするように設定しておく。これにより、スイッチ１２Ｐによって、第１伝送経路１１１Ｐを選択してアンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とを接続すれば、第１周波数での通信信号の反射損失（リターンロス）を低減することが可能になる。

そして、第２選択経路１１２Ｐに接続されるインダクタ１１Ｐのインダクタンスを適宜設定し、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とのインピーダンスが第２周波数でマッチングするように設定しておく。これにより、スイッチ１２Ｐによって、第２伝送経路１１２Ｐを選択してアンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とを接続すれば、第２周波数での通信信号の反射損失を低減することが可能になる。

特開平１０−９８４０５号公報

しかしながら、上述の従来の構成では、全ての伝送経路がスイッチを介している。したがって、どの周波数の通信信号を選択する場合でも、通信信号がスイッチを経由する。スイッチは、必ず伝送損失を有するので、どの周波数の通信信号を伝送する場合であってもスイッチによる伝送損失が発生してしまう。そして、スイッチによる伝送損失は、インダクタやキャパシタのような単独の受動素子を経由する際に生じる伝送損失よりも大きい。

したがって、アンテナマッチングデバイス１０Ｐによって反射損失を低下させても、スイッチ１２Ｐによる伝送損失によって、アンテナマッチングデバイス１０Ｐ全体としての伝送損失を、伝送する全ての周波数に対して十分に低く抑えることができない。

本発明の目的は、広い周波数帯域内に含まれる各通信信号の周波数帯域に対して伝送損失が所定値以下となるようにインピーダンスマッチングを行うことができるアンテナマッチングデバイスを提供することにある。

この発明は、アンテナとＲＦ回路部との間に接続され、アンテナとＲＦ回路部との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスに関するものであり、次の特徴を有する。本発明のアンテナマッチングデバイスでは、アンテナに接続するアンテナ側端子と、ＲＦ回路部に接続するＲＦ側端子との間に、第１のインピーダンス調整素子のみを接続した第１伝送経路と、第１のスイッチを含むように構成された第２伝送経路と、を並列に備える。アンテナマッチングデバイスは、ＲＦ側端子とグランドとの間に接続された第３のインピーダンス調整素子を含むシャント接続型のインピーダンス調整部を備える。シャント接続型のインピーダンス調整部は、第３のインピーダンス調整素子とＲＦ側端子との間に接続された第３のスイッチと、第４のスイッチと第４のインピーダンス調整素子との直列回路と、を備える。第４のスイッチと第４のインピーダンス調整素子との直列回路と第３のスイッチとは並列接続されている。第４のインピーダンス調整素子は、第４のスイッチと第３のインピーダンス調整素子との間に接続されている。

この構成では、第１のスイッチが導通ならば、第２伝送経路が選択され、アンテナのインピーダンス特性に応じた第２の周波数での伝送損失を所定値以下に抑圧できる。第１のスイッチが開放ならば、第１伝送経路が選択され、第１のインピーダンス調整素子の素子値に応じてインピーダンスマッチングされた第１の周波数での反射損失を所定値以下に抑圧できる。この際、第１の周波数では、スイッチを介さないので、スイッチによる伝送損失は生じない。したがって、第１伝送経路を選択して第１の周波数を伝送した際の伝送損失を低くすることができ、アンテナマッチングデバイスとしての第１の周波数での伝送損失も所定値以下に抑圧できる。
この構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部も用いてアンテナとＲＦ回路部との間のインピーダンスマッチングを行うことができる。これにより、反射損失をさらに低減させるように、インピーダンスマッチングを行うことができる。この構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部のより具体的な態様を示している。このような構成では、伝送する信号の周波数に応じて、シャント接続型のインピーダンス調整部のインピーダンス調整量を切り替えることができる。これにより、それぞれに周波数が異なる複数の通信信号毎に、より適切なインピーダンスマッチングを行うことができる。この際、第３のスイッチにおける第３のインピーダンス調整素子側と、第４のスイッチにおける第３のインピーダンス調整素子側との間に、第４のインピーダンス調整素子を接続することで、スイッチの寄生容量の影響を低減でき、スイッチとインピーダンス調整素子との組合せによる特性劣化を抑制できる。

また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であってもよい。アンテナマッチングデバイスは、第２のインピーダンス調整素子と第２のスイッチとを直列接続した第３伝送経路を備える。第３伝送経路は、アンテナ側端子とＲＦ側端子との間に、第１伝送経路および第２伝送経路に並列に接続されている。

この構成では、第３伝送経路を備えることで、さらに別の周波数での伝送損失も所定値以下に抑圧できる。

また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、第２のインピーダンス調整素子は、第２のスイッチとアンテナ側端子との間に接続されていることが好ましい。

この構成では、第２のスイッチから見たアンテナ側端子のインピーダンスを５０Ωに近づけることができる。これにより、第３伝送経路の伝送損失をさらに低くすることができる。

また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、第１のインピーダンス調整素子は、使用する周波数帯域のうちアンテナの利得が最も低い信号の周波数帯域でインピーダンスマッチングされるように、素子値が決定されていることが好ましい。

上述の従来技術に示したように、スイッチの伝送損失は、インピーダンス調整素子の伝送損失よりも大きい。言い換えれば、インピーダンス調整素子の伝送損失は、スイッチの伝送損失よりも小さい。したがって、この構成を用いることで、最も伝送損失の発生を避けたい信号を、アンテナとＲＦ回路部との間で最も低損失に伝送することができる。

また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であることが好ましい。アンテナマッチングデバイスは、該アンテナマッチングデバイスの回路を構成する導体パターンが形成された誘電体層を積層してなる積層体によって形成されている。複数のスイッチは、少なくとも二つの実装型スイッチ素子からなる。積層体には、底面側から凹部が形成されている。各実装型スイッチ素子は、積層体の天面と、凹部における天面に略平行な面とに、それぞれ実装されている。

この構成では、積層体を平面視して、実装型スイッチ素子が重なり合うように配置される。これにより、実装型スイッチ素子を天面にのみ実装する態様と比較して、アンテナマッチングデバイスを小面積で形成することができる。

また、この発明のアンテナマッチングデバイスでは、次の構成であることが好ましい。天面に実装される実装型スイッチ素子と、凹部の天面に略平行な面に実装される実装型スイッチ素子は、積層体に実装されている状態において、ＲＦ側端子に接続される側の実装用端子が実装型スイッチ素子本体に対して同じ側に配置されている。

この発明によれば、広い周波数帯域内に含まれる使用周波数帯域が異なる複数の通信信号のそれぞれに対して、要求される値以下の伝送損失を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスの動作態様を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスの動作態様を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスにおける各動作態様での回路損の周波数特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るシャント接続型のインピーダンス調整部のＱと、従来構成のＱの周波数特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスの側面断面図である。 特許文献１に示すような従来のアンテナマッチングデバイスの回路構成図である。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび高周波フロントエンドモジュールについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。

アンテナマッチングデバイス１０は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとを備える。アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴは、アンテナ１０１に接続されている。ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦは、ＲＦ回路部１０２に接続されている。これらアンテナマッチングデバイス１０、アンテナ１０１、ＲＦ回路部１０２によって無線通信のフロントエンドモジュール（無線通信装置）を構成している。

ここで、アンテナ１０１は、広い周波数帯域（広帯域）で高周波信号を送受信できる形状からなり、例えば導体ラインよって形成されている。アンテナ１０１は、例えば、８００ＭＨｚから２ＧＨｚまでを送受信できる形状からなる。ただし、アンテナ１０１は、送受信可能な周波数帯域の中で、全ての周波数で同じように高い利得で送受信できるものではなく、所定の高い利得が得られる周波数帯域（損失の小さな周波数帯域）と、所定の利得が得られない周波数帯域（損失の大きな周波数帯域）とが混在するものである。例えば、使用する３つの周波数帯域において、アンテナ１０１は、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの周波数帯域で最も高い利得が得られ、１．４ＧＨｚから１．６ＧＨｚの周波数帯域では１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの周波数帯域よりも或程度利得が低く、８００ＭＨｚ付近の周波数帯域では、それと比較して、さらに利得が低くなるような構造である。すなわち、アンテナ１０１は、そのままＲＦ回路部１０２に接続した場合、２．０ＧＨｚ付近において、最も低損失で信号を、ＲＦ回路部１０２に伝送することができる。

ＲＦ回路部１０２は、例えば送信する通信信号を生成するＶＣＯと、受信した通信信号を復調する復調部とを切り替えてアンテナ１０１に接続する高周波スイッチ回路等からなり、複数種類の通信信号をアンテナ１０１で送受信するための回路からなる。

アンテナマッチングデバイス１０は、インダクタ１１と、スイッチ１２とを備える。インダクタ１１は、本発明の「第１のインピーダンス調整素子」に相当する。インダクタ１１は、実装型のチップ部品で実現してもよく、所定の長さ、幅、形状からなる導体ラインで実現してもよい。

スイッチ１２は、本発明の「第１のスイッチ」に相当する。スイッチ１２は、外部からの制御信号に基づいて、開放、導通を切り替える素子である。スイッチ１２は、所謂、ＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ／Ｓｉｎｇｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。

インダクタ１１とスイッチ１２は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとの間に並列接続されている。言い換えれば、インダクタ１１とスイッチ１２は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとの間において、具体的に次に示すように接続されている。

インダクタ１１の一方端は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに接続されており、インダクタ１１の他方端は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに接続されている。このインダクタ１１のみを介してアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦが接続される経路が第１伝送経路１１１となる。

スイッチ１２の一方端は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに接続されており、スイッチ１２の他方端は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに接続されている。このスイッチ１２のみを介してアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦが接続される経路が第２伝送経路１１２となる。

次に、本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０の動作態様について説明する。図２は、本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０の動作態様を説明するブロック図である。図２（Ａ）はスイッチ１２が導通の場合を示し、図２（Ｂ）はスイッチ１２が開放の場合を示す。なお、以下では、アンテナ１０１で受信した高周波信号をＲＦ回路１０２に伝送する場合を示す。受信信号は、送信信号と比較して信号レベルが低いため、このような受信の場合を考慮することで、アンテナマッチングデバイス１０の効果がより明確に現れる。

（Ａ）スイッチ１２が導通の場合
スイッチ１２が導通すると、第２伝送経路１１２が選択される。したがって、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とがスイッチ１２を介して接続される。

この際、インダクタ１１（第１伝送経路１１１）側は、インダクタ１１のインダクタンスによって、高周波信号に対するインピーダンスが高くなる。特に、第２伝送経路１１２で伝送しようとしている周波数は、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚと、当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における高周波数側であるので、当該周波数帯域における第１伝送経路１１１のインピーダンスは、より高くなる。これにより、高周波信号の周波数帯域では、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴから見て、第１伝送経路１１１側は開放された状態となる。したがって、高周波信号は、主に第２伝送経路１１２を介して、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ伝送される。

上述のように、アンテナ１０１は、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚで最も高い利得が得られるので、このように、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２を第２伝送経路１１２、すなわちスイッチ１２のみを介して直接接続すれば、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの高周波信号を、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ低損失に伝送することができる。

なお、スイッチ１２の伝送損失は発生してしまうが、この帯域でのアンテナ１０１の利得が高いため、必要なレベルで高周波信号をＲＦ回路部１０２に入力させることができる。

（Ｂ）スイッチ１２が開放の場合
スイッチ１２が開放すると、第１伝送経路１１１が選択される。したがって、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とは、インダクタ１１を介して接続される。

ここで、インダクタ１１は、アンテナ１０１の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ１１を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ１０１における最も利得の高い周波数よりも低い周波数においても、インダクタ１１のインダクタンスに応じて、アンテナとＲＦ回路間の整合を調整することができる。このため、反射損失を小さくでき、高い利得を得ることができる。

具体的には、上述のように、アンテナ１０１は、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚで最も高い利得が得られるので、インダクタ１１のインダクタンスを適宜設定することで、８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚでの利得を高くすることができる。これにより、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２を第１伝送経路１１１、すなわちインダクタ１１を介して接続すれば、８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚの高周波信号（当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における低周波数の信号）を、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ低損失に伝送することができる。

なお、この場合、スイッチを介することなく、高周波信号を伝送することができるので、スイッチによる伝送損失は生じない。そして、インダクタ１１による伝送損失、すなわち、単独の受動素子による伝送損失は、スイッチによる伝送損失と比較して小さい。したがって、アンテナ１０１で受信した８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚの高周波信号を、低損失にＲＦ回路部１０２へ入力させることができる。

以上のように、本実施形態の構成を用いることで、所定の周波数帯域内における複数の周波数帯域でそれぞれ所望レベル以下の伝送損失となるように、高周波信号を伝送することができる。この際、二種類の周波数帯域の信号を切り替えて伝送するのに、一つのＳＰＳＴスイッチを用いればよく、従来のＳＰＤＴスイッチを用いるよりも、アンテナマッチングデバイスを小型に形成することができる。

次に、第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスについて、図を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０Ａは、第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス１０と比較して、第３伝送経路１１３を追加したものであり、他の構成は、第１の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス１０と同じである。

アンテナマッチングデバイス１０Ａは、スイッチ１３とインダクタ１４とを備える。スイッチ１３は、本発明の「第２のスイッチ」に相当する。スイッチ１３は、外部からの制御信号に基づいて、開放、導通を切り替える素子である。スイッチ１３は、所謂、ＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ／Ｓｉｎｇｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。インダクタ１４は、本発明の「第２のインピーダンス調整素子」に相当する。インダクタ１４は、実装型のチップ部品で実現してもよく、所定の長さ、幅、形状からなる導体ラインで実現してもよい。

スイッチ１３とインダクタ１４は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとの間に直列接続されている。この際、スイッチ１３とインダクタ１４との直列回路は、インダクタ１１およびスイッチ１２と並列に接続されている。

より具体的には、スイッチ１３とインダクタ１１は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとの間において、次に示すように接続されている。

インダクタ１４の一方端は、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに接続されており、インダクタ１１の他方端は、スイッチ１３の一方端に接続されている。スイッチ１３の他方端は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに接続されている。このインダクタ１４とスイッチ１３との直列回路を介してアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦが接続される経路が第３伝送経路１１３となる。

次に、本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０Ａの動作態様について説明する。図４は、本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０Ａの動作態様を説明するブロック図である。図４（Ａ）はスイッチ１２が導通で、スイッチ１３が開放の場合を示し、図４（Ｂ）はスイッチ１２、スイッチ１３がともに開放の場合を示し、図４（Ｃ）はスイッチ１２が開放で、スイッチ１３が導通の場合を示す。図５は、本実施形態のアンテナマッチングデバイスにおける各動作態様での回路損の周波数特性を示す図である。図５（Ａ）は図４（Ａ）の動作態様の場合を示し、図５（Ｂ）は図４（Ｂ）の動作態様の場合を示し、図５（Ｃ）は図４（Ｃ）の動作態様の場合を示す。ここで、回路損とは、アンテナマッチングデバイスを通過する高周波信号の伝送損失であり、反射損失による影響は含まない。なお、本実施形態でも、アンテナ１０１で受信した高周波信号をＲＦ回路１０２に伝送する場合を示す。

（Ａ）スイッチ１２が導通で、スイッチ１３が開放の場合
スイッチ１２が導通して、スイッチ１３が開放すると、第３伝送経路１１３が開放（切断）され、第２伝送経路１１２が選択される。したがって、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とがスイッチ１２を介して接続される。

この際、インダクタ１１（第１伝送経路１１１）側は、第１の実施形態と同様に、インダクタ１１のインダクタンスによって、高周波信号に対するインピーダンスが高くなる。これにより、高周波信号の周波数帯域では、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴから見て、第１伝送経路１１１側は開放された状態となる。したがって、高周波信号は、第２伝送経路１１２のみを介して、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ伝送される。

具体的なシミュレーション結果として、図５（Ａ）に示すように、本願構成を用いることで、従来構成（図９において、アンテナとＲＦ回路部に３つの経路があり、ＳＰ３Ｔスイッチを利用して、当該３つの経路を切り替える構成）よりも、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの周波数帯域付近での回路損を小さくすることができる。

したがって、第１の実施形態と同様に、１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの高周波信号を、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ低損失に伝送することができる。

（Ｂ）スイッチ１２とスイッチ１３がともに開放の場合
スイッチ１２，１３が開放すると、第１伝送経路１１１が選択される。したがって、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とは、インダクタ１１を介して接続される。

具体的なシミュレーション結果として、図５（Ｂ）に示すように、本願構成を用いることで、高周波信号がスイッチ素子を通過しないように設定できる。このため、従来構成（ＳＰ３Ｔスイッチを利用する構成）よりも、８００ＭＨｚ付近の周波数帯域での回路損を大幅に改善することができる。アンテナ１０１において、８００ＭＨｚ付近の周波数帯域は、使用周波数帯域の中で利得が最も低く、本発明の最も低損失に信号を伝送したい周波数の信号に相当する。

ここで、インダクタ１１は、アンテナ１０１の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ１１を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ１０１における最も利得の高い周波数よりも、低い周波数においても、インダクタ１１のインダクタンスに応じて、アンテナとＲＦ回路間の整合を調整することができる。このため、反射損失を小さくでき、高い利得を得ることができる。

これにより、第１の実施形態と同様に、アンテナ１０１で受信した８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚの高周波信号を、低損失にＲＦ回路部１０２へ入力させることができる。

（Ｃ）スイッチ１３が導通で、スイッチ１２が開放の場合
スイッチ１３が導通して、スイッチ１２が開放すると、第２伝送経路１１２が開放（切断）される。したがって、第１伝送経路１１１と第３伝送経路１１３が選択される。これにより、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とが、インダクタ１１とインダクタ１４との並列回路を介して接続される。

ここで、インダクタ１１とインダクタ１４は、アンテナ１０１の実効長が長くなるように、インピーダンス調整する機能を有する。したがって、インダクタ１１とインダクタ１４の並列回路を介して高周波信号を受信する場合、アンテナ１０１における最も利得の高い周波数よりも、インダクタ１１とインダクタ１４の並列回路のインダクタンスに応じた周波数分だけ低周波数の位置で、高い利得を得るように調整することができる。この際、インダクタ１１とインダクタ１４との並列回路のインダクタンスは、インダクタ１１の単独のインダクタンスよりも小さくなる。

このため、上述のように、インダクタ１１のインダクタンスを適宜設定して８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚでの利得を高くする場合には、インダクタ１１とインダクタ１４との並列回路により、８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚの周波数帯域と、アンテナ１０１の利得が高い１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚの周波数帯域との間の所定周波数帯域の利得を高くすることができる。例えば、インダクタ１４のインダクタンスを適宜設定することで、１．５ＧＨｚ付近の周波数帯域の利得を高くすることができる。

これにより、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２を第１，第３伝送経路１１１，１１３、すなわちインダクタ１１とインダクタ１４との並列回路を介して接続すれば、例えば１．５ＧＨｚ付近の高周波信号（当該無線通信装置で伝送する周波数帯域における中周波数の信号）を、アンテナ１０１からＲＦ回路部１０２へ低損失に伝送することができる。

なお、この場合、第１伝送経路１１１ではスイッチを介することなく、高周波信号を伝送することができるので、第１伝送経路１１１と第３伝送経路１１３の両方にスイッチが備えられている場合と比較して、伝送損失を低減させることができる。

具体的なシミュレーション結果として、図５（Ｃ）に示すように、本願構成を用いることで、従来構成（ＳＰ３Ｔスイッチを利用する構成）よりも、１．５ＧＨｚ付近の周波数帯域での回路損を大幅に改善することができる。

したがって、アンテナ１０１で受信した１．５ＧＨｚ付近の周波数帯域の高周波信号を、低損失にＲＦ回路部１０２へ入力させることができる。

以上のように、本実施形態の構成を用いることで、所定の周波数帯域内における複数の周波数帯域でそれぞれ所望レベル以下の伝送損失となるように、高周波信号を伝送することができる。この際、三種類の周波数帯域の信号を切り替えて伝送するのに、二つのＳＰＳＴスイッチを用いればよく、従来のＳＰ３Ｔスイッチを用いるよりも、アンテナマッチングデバイスを小型に形成することができる。

なお、上述の構成では、スイッチ１３のアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴ側（アンテナ１０１側）にインダクタ１４を接続する構成を示したが、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦ側（ＲＦ回路１０２側）にインダクタ１４を接続することもできる。ただし、スイッチ１３のアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴ側にインダクタ１４を接続する構成とすることで、スイッチ１３からアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴを見たインピーダンスを５０Ωに近づけることができる。したがって、伝送損失をさらに低減することができる。

次に、第３の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスについて、図を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナマッチングデバイスおよび当該アンテナマッチングデバイスを備える無線通信装置のブロック図である。本実施形態のアンテナマッチングデバイス１０Ｂは、第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス１０Ａと比較して、シャント接続型のインピーダンス調整部２０を追加したものであり、他の構成は、第２の実施形態に係るアンテナマッチングデバイス１０Ａと同じである。

インピーダンス調整部２０は、スイッチ２１，２３、インダクタ２２，２４，３０を備える。インダクタ３０は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとグランドとの間に接続されている。

スイッチ２１，２３は、ＳＰＳＴスイッチである。スイッチ２１およびスイッチ２３の一方端は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに接続されている。スイッチ２１の他方端は、インダクタ２４の一方端に接続されている。スイッチ２３の他方端は、インダクタ２４の他方端に接続されている。言い換えれば、インダクタ２４は、スイッチ２１の他方端とスイッチ２３の他方端との間に接続されている。さらに言い換えれば、スイッチ２３とインダクタ２４との直列回路と、スイッチ２１とは、並列接続されている。

スイッチ２１の他方端およびインダクタ２４の一方端は、インダクタ２２の一方端に接続されている。インダクタ２２の他方端はグランドに接続されている。言い換えれば、スイッチ２３およびインダクタ２４の直列回路とスイッチ２１との並列回路と、インダクタ２２は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦとグランドとの間に直列接続されている。

スイッチ２１，２３は、上述のスイッチ１２，１３の導通、開放の制御に伴って、適宜導通、開放の制御が行われる。スイッチ２１，２３がともに開放の場合には、インダクタ３０のみによって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。スイッチ２１が導通で、スイッチ２３が開放の場合、インダクタ３０とインダクタ２２との並列回路によって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。スイッチ２１が開放で、スイッチ２３が導通の場合、インダクタ２２，２４の直列回路とインダクタ３０との並列回路によって、シャント接続型のインピーダンス調整部が構成される。

このように、本実施形態の構成を用いることで、異なる三種類のインピーダンス調整を行うことができる。この三種類のインピーダンス調整を、上述の第１、第２、第３伝送経路１１１，１１２，１１３を用いた三種類のインピーダンス調整に組み合わせることで、アンテナ１０１とＲＦ回路部１０２とのインピーダンスマッチングをさらに適切に行うことができる。

そして、本実施形態の構成では、シャント接続型のインピーダンス調整部に対して、二つのＳＰＳＴスイッチで三種類のインピーダンスを調整できるので、従来のＳＰ３Ｔスイッチを用いた構成よりも、シャント接続型のインピーダンス調整部を小型にすることができる。これにより、アンテナマッチングデバイスを小型にすることができる。

さらに、本実施形態の構成では、スイッチ２１が導通でスイッチ２３が開放の場合にはインダクタ２２が選択され、スイッチ２１が開放でスイッチ２３が導通の場合には、インダクタ２２，２４の直列インダクタが選択される。このような構成とすることで、シャント接続型のインピーダンス調整部２０のＱを改善することができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るシャント接続型のインピーダンス調整部のＱと、従来構成のＱの周波数特性を示す図である。図７において、実線は本実施形態の構成のＱを示し、破線は従来の構成のＱを示す。図７において、Ｌ２２はスイッチ２１が導通でスイッチ２３が開放の場合でありインダクタ２２が選択された場合を示し、Ｌ２２＋Ｌ２４はスイッチ２１が開放でスイッチ２３が導通の場合でありインダクタ２２，２４の直列インダクタが選択された場合を示す。なお、従来の構成とは、インダクタ毎にスイッチを直列接続させた構造を示す。このため、Ｌ２２＋Ｌ２４の状態は、Ｌ２２＋Ｌ２４と同等のＬ３のインダクタが単独で選択された状態を示す。

図７に示すように、インダクタ２２が選択された場合、本実施形態の構成では周波数が３．０ＧＨｚ付近であってもＱは劣化しない。一方、従来の構成では２．８ＧＨｚ付近を境にそれ以上の周波数でＱが劣化する。また、インダクタ２２，２４の直列インダクタが選択された場合、本実施形態の構成では３．０ＧＨｚまでＱは劣化しない。一方、従来の構成では１．５ＧＨｚ付近でＱが最も良くなり、それ以上の周波数ではＱが大幅に劣化する。

これは、高周波数になるほどスイッチの寄生容量が高くなり、開放されたスイッチであっても、スイッチに接続されているインダクタと開放されたスイッチとの直列共振が発生してしまうからである。したがって、本実施形態の構成に示すように、それぞれ独立にインダクタの接続を切り替える従来の構成よりも、開放のスイッチとインダクタによる直列共振の周波数を通信信号の周波数に影響しないさらに高周波側の周波数帯域にずらすことで、Ｑを改善することができる。

このように、本実施形態の構成を用いることで、高周波信号をさらに低損失に伝送することができる。

上述の回路構成からなるアンテナマッチングデバイス１０Ｂは、次に示すような構造によって実現される。図８は、本実施形態のアンテナマッチングデバイスの側面断面図である。なお、図８では、インダクタを実現する回路素子や、詳細な回路を実現する導体パターンは、図示を省略している。

アンテナマッチングデバイス１０Ｂは、積層体９００を備える。積層体９００は、導体パターンが形成された誘電体層を所定枚数積層してなる。この導体パターンにより、上述のアンテナマッチングデバイス１０Ｂの各回路素子（インダクタやスイッチ）を接続する回路構成が実現される。

積層体９００の天面には、実装パターンが形成されており、実装型スイッチ素子９２１が実装されている。また、各インダクタをそれぞれ実現する複数の実装型インダクタ素子が実装されている。実装型スイッチ素子９２１には、上述のスイッチ１２，２１が内蔵されている。実装型スイッチ素子９２１は、例えば平面視して、矩形状からなり、互いに対向する一方側面と他方側面を備える。スイッチ１２，２１のアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴ側となる端子は一方側面に配置され、スイッチ１２，２１のＲＦ側端子Ｐ_ＲＦ側となる端子は他方側面に配置されている。

積層体９００の底面側には、外周に沿った所定幅の範囲を残して、凹部９１０が形成されている。凹部９１０は、実装型スイッチ９２２が収容可能な面積および深さで形成されている。凹部９１０の天面（積層体９００の天面に平行な面）には、実装型スイッチ９２２を実装するためのランド導体が形成されている。

実装型スイッチ素子９２２は、スイッチ１３，２３が内蔵されている。実装型スイッチ素子９２２も実装型スイッチ素子９２１と同じ形状からなり、スイッチ１３，２３のグランドＧＮＤ側となる端子は一方側面に配置され、スイッチ１３，２３のＲＦ側端子Ｐ_ＲＦ側となる端子は他方側面に配置されている。

実装型スイッチ素子９２２は、凹部９１０内のランド導体に接続されるように、積層体９００に実装される。これの構成により、実装型スイッチ素子９２２は、積層体９００内に収容されるように、実装される。

この際、実装型スイッチ素子９２２は、実装型スイッチ素子９２１と対向するように配置される。言い換えれば、積層体９００を平面視して、実装型スイッチ素子９２２は、実装型スイッチ素子９２１と重なるように配置され、スイッチ素子１２とスイッチ素子１３とは積層方向に重なる。これにより、実装型スイッチ素子９２１，９２２をともに天面に実装する態様よりも、積層体９００の平面視した面積を小さくすることができる。これにより、積層体９００を小面積化して小型化することができる。

積層体９００の底面の外周部には、外部接続用のランド導体９３１，９３２が形成されている。ランド導体９３１は、アンテナマッチングデバイス１０Ｂのアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴに対応する端子である。ランド導体９３２は、アンテナマッチングデバイス１０ＢのＲＦ側端子Ｐ_ＲＦに対応する端子である。ここで、実装型スイッチ素子９２１，９２２は、ＲＦ側端子Ｐ_ＲＦ側となる端子が、ランド導体９３２側となるように実装されている。

このような構成とすることで、実装型スイッチ素子９２１，９２２、すなわちスイッチ１２，１３，２１，２３のＲＦ側端子Ｐ_ＲＦ側となる端子が、ランド導体９３２に近くなるように配置することができる。これにより、積層体９００内の配線パターンを簡素化することができ、積層体９００の小面積化を実現できる。特に、スイッチ素子１２とスイッチ素子１３を積層方向に重ねることで、スイッチ素子１２，１３とアンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとの接続距離を同一の線路長で短く形成することができる。これにより、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとアンテナマッチングデバイス１０Ｂ間の線路長が高周波信号の伝送特性に与える影響を最小限にできる。

なお、図８では、実装型スイッチ素子９２１を積層体９００の天面に、実装型スイッチ素子９２２を積層体９００の凹部９１０内に配置する例を示したが、逆であってもよい。また、実装型スイッチ素子９２１でスイッチ１２，２１を実現し、実装型スイッチ素子９２２でスイッチ１３，２３を実現する例を示したが、他の組合せであってもよい。さらには、また、スイッチ毎に個別に実装型スイッチ素子を形成してもよい。

また、上述の説明では、三種類までの伝送経路を選択する例を示したが、四種類以上であってもよい。この際、一つの伝送経路は、スイッチを介することなく、アンテナ側端子Ｐ_ＡＮＴとＲＦ側端子Ｐ_ＲＦを接続するように構成すればよい。

また、上述の説明では具体的に指定しなかったが、最も伝送損失を少なくしたい高周波信号の伝送経路を、スイッチを介さない伝送経路にするとよい。これは、上述のように、スイッチの伝送損失よりもインダクタの伝送損失の方が小さいからである。

また、上述の説明では、波長を長くする効果を有するインダクタを用いる例を示したが、波長を短縮する効果を有するキャパシタを用いてもよい。この場合、キャパシタを介さない伝送経路を選択する場合の高周波信号の周波数を、伝送する周波数帯域の低い周波数に設定すればよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｐ：アンテナマッチングデバイス、
１１，１１Ｐ，１４，２２，２４，３０：インダクタ、
１２，１２Ｐ，１３，２１，２３：スイッチ、
２０：インピーダンス調整部、
１０１：アンテナ、
１０２：ＲＦ回路部、
１１１，１１１Ｐ：第１伝送経路、
１１２，１１２Ｐ：第２伝送経路、
１１３：第３伝送経路、
９００：積層体、
９０１：天面、
９０２：底面、
９１０：凹部、
９２１，９２２：実装型スイッチ素子、
９３１，９３２：ランド導体

Claims (6)

1. アンテナとＲＦ回路部との間に接続され、前記アンテナと前記ＲＦ回路部との間のインピーダンスマッチングを行うアンテナマッチングデバイスであって、
   前記アンテナに接続するアンテナ側端子と、前記ＲＦ回路部に接続するＲＦ側端子との間に並列に接続された、第１のインピーダンス調整素子のみを接続した第１伝送経路と、第１のスイッチを含むように構成された第２伝送経路と、
   前記ＲＦ側端子とグランドとの間に接続された第３のインピーダンス調整素子を含むシャント接続型のインピーダンス調整部と、
   を備え、
   前記シャント接続型のインピーダンス調整部は、
   前記第３のインピーダンス調整素子と前記ＲＦ側端子との間に接続された第３のスイッチと、
   第４のスイッチと第４のインピーダンス調整素子との直列回路と、を備え、
   前記第４のスイッチと第４のインピーダンス調整素子との直列回路は、前記第３のスイッチに並列接続されており、
   前記第４のインピーダンス調整素子は、前記第４のスイッチと前記第３のインピーダンス調整素子との間に接続されている、
   アンテナマッチングデバイス。
2. 第２のインピーダンス調整素子と第２のスイッチとを直列接続した第３伝送経路を備え、
   該第３伝送経路は、
   前記アンテナ側端子と前記ＲＦ側端子との間に、前記第１伝送経路および前記第２伝送経路に並列に接続する、請求項１に記載のアンテナマッチングデバイス。
3. 前記第２のインピーダンス調整素子は、前記第２のスイッチと前記アンテナ側端子との間に接続されている、請求項２に記載のアンテナマッチングデバイス。
4. 前記第１のインピーダンス調整素子は、前記アンテナ側端子と前記ＲＦ回路部との間で、使用する周波数帯域のうち前記アンテナの利得が最も低い信号の周波数帯域でインピーダンスマッチングされるように、素子値が決定されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナマッチングデバイス。
5. 請求項１または請求項４に記載のアンテナマッチングデバイスであって、
   前記アンテナマッチングデバイスは、該アンテナマッチングデバイスの回路を構成する導体パターンが形成された誘電体層を積層してなる積層体によって形成され、
   複数のスイッチは、少なくとも二つの実装型スイッチ素子からなり、
   前記積層体には、底面側から凹部が形成されており、
   前記積層体の天面と前記凹部の前記天面に略平行な面とに、前記実装型スイッチ素子がそれぞれ実装されている、アンテナマッチングデバイス。
6. 前記天面に実装される実装型スイッチ素子と、前記凹部の前記天面に略平行な面に実装される実装型スイッチ素子は、前記積層体に実装されている状態において、
   前記ＲＦ側端子に接続される側の実装用端子が、前記実装型スイッチ素子本体に対して同じ側に配置されている、請求項５に記載のアンテナマッチングデバイス。

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