JP6024857B1 - 高周波スイッチモジュール - Google Patents

Abstract

高周波スイッチモジュール（１０）は、スイッチ素子（２０）、フィルタ素子（４０）、インダクタ（３０）、伝送導体（９０１，９０２）を備える。スイッチ素子（２０）は、共通端子、および、該共通端子に選択的に接続される被選択端子（Ｐ０２，Ｐ０３）を備える。伝送導体（９０１）は、被選択端子（Ｐ０２）とフィルタ素子（４０）のＳＡＷフィルタ（４１）とを接続する。伝送導体（９０２）は、被選択端子（Ｐ０３）とフィルタ素子（４０）のＳＡＷフィルタ（４２）とを接続する。インダクタ（３０）は、伝送導体（９０１）と伝送導体（９０２）との間に接続されている。伝送導体（９０１）と伝送導体（９０２）との少なくとも一部の離間距離（ＤＤ）は、被選択端子（Ｐ０２）のランド導体（ＬＥ０２）と被選択端子（Ｐ０３）のランド導体（ＬＥ０３）と離間距離（ＤＬ）よりも短く、伝送導体（９０１，９０２）は容量性結合している。

Description

本発明は、無線通信装置のフロントエンド部等に利用される高周波スイッチモジュールに関する。

現在、通信バンドの多様化に伴って、携帯電話器等の無線通信装置では、多くの通信バンドを通信可能なフロントエンド回路を備えている。このようなフロントエンド回路では、複数の通信バンドの送信信号および受信信号を、これらの通信バンドに共通のアンテナを用いて送受信する。これにより、フロントエンド回路の小型化を実現している。そして、複数の通信バンドでアンテナを共用するため、特許文献１に示すように、スイッチモジュールが多く採用されている。

例えば、特許文献１に記載のスイッチモジュールは、複数の通信バンドの送受信回路、およびＳＰｎＴ（ｎは２以上の整数）のスイッチ素子を備える。スイッチ素子の共通端子はアンテナに接続され、複数の被選択端子は各通信バンドの送受信回路に接続される。この構成によって、複数の通信バンドの送受信回路のいずれかを、アンテナに切り替えて接続している。

このようなスイッチ素子の複数の被選択端子は、スイッチ素子の筐体の一辺に沿って配置されていることが多く、これら被選択端子は概ね近接している。

このため、被選択端子間で高周波信号が漏洩してしまうことがある。例えば、次のような場合に、特に問題となる。第１通信バンドの信号の高調波の周波数が、第２通信バンドの基本周波数に近接または重なっている。第１被選択端子と第２被選択端子が近接しており、第１被選択端子に第１通信バンドの信号が伝送し、第２被選択端子に第２通信バンドの信号が伝送する。

この場合、第１通信バンドの高調波成分が、第１被選択端子から第２被選択端子に漏洩し、第２通信バンドの送受信回路に不要に伝送してしまう。これにより、第２通信バンドに対する伝送特性が劣化してしまう。

この問題を解決するために、第１被選択端子が接続する伝送ラインと第２被選択端子が接続する伝送ラインとの間にインダクタを接続する構成がある。このインダクタ（インダクタンスＬ）と、第１被選択端子と第２被選択端子との間の容量性結合によるキャパシタ（キャパシタンスＣ）との並列共振によって、第１被選択端子と第２被選択端子との間のアイソレーションを確保している。

上述の並列回路の共振周波数は、１／（２π√（ＬＣ））であり、漏洩させたくない高周波信号の周波数を、この共振周波数に一致させる。

特開２００６−１０９０８４号公報

しかしながら、キャパシタは、第１被選択端子と第２被選択端子との間の容量性結合によって決まるため、キャパシタンスＣは極小さな値となる。このため、漏洩させたくない高周波信号の周波数が高いほど、インダクタンスＬを大きくしなければならない。

このため、インダクタが大型化してしまい、高周波スイッチモジュールが大型化してしまう。

本発明の目的は、スイッチ素子の被選択端子側のアイソレーションを高く確保することができる小型の高周波スイッチモジュールを提供することにある。

この発明の高周波スイッチモジュールは、スイッチ素子、フィルタ素子、インダクタ、第１、第２伝送導体を備える。スイッチ素子は、共通端子、および、該共通端子に選択的に接続される第１、第２被選択端子を備える。第１伝送導体は、第１被選択端子とフィルタ素子とを接続する。第２伝送導体は、第２被選択端子とフィルタ素子とを接続する。インダクタは、第１伝送導体と第２伝送導体との間に接続されている。第１伝送導体と第２伝送導体との少なくとも一部の離間距離は、第１被選択端子と第２被選択端子と離間距離よりも短い。

この構成では、第１伝送導体と第２伝送導体との容量結合によって、インダクタに並列接続するキャパシタのキャパシタンスを大きくすることができる。これにより、インダクタンスを大きくすることなく、ＬＣ並列共振回路の共振周波数を高くすることができる。

また、この発明の高周波スイッチモジュールでは、次の構成であることが好ましい。高周波スイッチモジュールは、スイッチ素子、フィルタ素子、および、インダクタが実装され、第１伝送導体と第２伝送導体が形成された回路基板を備える。第１伝送導体と第２伝送導体は、回路基板の異なる層に形成されている。回路基板を平面視して、第１伝送導体と第２伝送導体は少なくとも一部が重なっている。

この構成では、回路基板の面積を大きくすることなく、第１伝送導体と前記第２伝送導体との容量性結合を強くすることができる。

また、この発明の高周波スイッチモジュールでは、第１伝送導体と第２伝送導体における重なっている部分の幅は異なることが好ましい。

この構成では、回路基板を構成する導体パターンが形成された誘電体層の積みずれによる容量性結合の大きさ（キャパシタンス）の変動を抑制できる。これにより、より確実にアイソレーションを確保することができる。

また、この発明の高周波スイッチモジュールでは、次の構成であってもよい。インダクタは、回路基板に形成されたスパイラル形状の導体パターンである。回路基板を平面視して、スパイラル形状の導体パターンの一部は、第１伝送導体の少なくとも一部に重なっている。

この構成では、インダクタが回路基板内に形成されるので、高周波スイッチモジュールをさらに小面積に形成することができる。

また、この発明の高周波スイッチモジュールは、スパイラル形状の導体パターンと第１伝送導体との重なる部分の幅は異なることが好ましい。

この構成では、回路基板を構成する導体パターンが形成された誘電体層の積みずれによる容量性結合の大きさ（キャパシタンス）の変動を抑制できる。これにより、より確実にアイソレーションを確保することができる。

また、この発明の高周波スイッチモジュールでは、回路基板の内部に形成され、インダクタに近接するグランド導体は、スパイラル形状の中央開口部に重ならない形状であることが好ましい。

この構成では、インダクタのＱの劣化を抑制できる。これにより、第１被選択端子と第２被選択端子との間のアイソレーション特性がさらに改善される。

この発明によれば、スイッチ素子の被選択端子側のアイソレーションを高く確保した小型の高周波スイッチモジュールを実現することができる。これにより、優れた伝送特性を有する高周波スイッチモジュールを小型に実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構成と比較構成でのアイソレーション特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図および拡大図である。 本発明の第４の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す部分断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチ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の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの回路図である。

本実施形態に係る高周波スイッチモジュール１０は、スイッチ素子２０、インダクタ３０、キャパシタ３１、およびフィルタ素子４０を備える。フィルタ素子４０は、ＳＡＷフィルタ４１，４２を備える。

スイッチ素子２０は、共通端子Ｐ００、被選択端子Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４を備える。スイッチ素子２０は、半導体スイッチからなるＳＰｎＴスイッチである。ｎは２以上の整数であればよい。共通端子Ｐ００は、被選択端子Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４のいずれかに選択的に接続される。

共通端子Ｐ００は、高周波スイッチモジュール１０のアンテナ接続端子Ｐａｎｔに接続されている。アンテナ接続端子Ｐａｎｔは、アンテナＡＮＴに接続されている。

被選択端子Ｐ０２は、伝送導体９０１を介して、ＳＡＷフィルタ４１に接続されている。被選択端子Ｐ０３は、伝送導体９０２を介して、ＳＡＷフィルタ４２に接続されている。被選択端子Ｐ０２は、本発明の第１被選択端子に相当し、被選択端子Ｐ０３は、本発明の第２被選択端子に相当する。伝送導体９０１は、本発明の第１伝送導体に相当し、伝送導体９０２は、本発明の第２伝送導体に相当する。

ＳＡＷフィルタ４１とＳＡＷフィルタ４２は、通過帯域が異なる。ＳＡＷフィルタ４１とＳＡＷフィルタ４２は、高周波スイッチモジュール１０のフロントエンド端子Ｐｆｅに接続されている。すなわち、ＳＡＷフィルタ４１とＳＡＷフィルタ４２は、フロントエンド端子Ｐｆｅ側の端子（被選択端子Ｐ０２，Ｐ０３に接続する側と反対側の端子）が共通化され、フロントエンド端子Ｐｆｅに接続されている。これにより、ＳＡＷフィルタ４１とＳＡＷフィルタ４２を小型に形成することができる。

インダクタ３０は、伝送導体９０１と伝送導体９０２との間に接続されている。キャパシタ３１は、伝送導体９０１と伝送導体９０２との間に接続されている。これにより、伝送導体９０１と伝送導体９０２との間に、ＬＣ並列共振回路が接続される。ＬＣ並列共振回路のＬは、インダクタ３０によって構成される。ＬＣ並列共振回路のＣは、被選択端子Ｐ０２，Ｐ０３との間に生じるキャパシタ２１０とキャパシタ３１との並列回路によって構成される。

このような回路構成からなる高周波スイッチモジュール１０は、次に示すように利用される。第１通信バンドの高周波信号を受信する場合、共通端子Ｐ００と被選択端子Ｐ０２が接続される。ＳＡＷフィルタ４１は、第１通信バンドの受信信号の周波数帯域が通過帯域内となるように設定されている。アンテナＡＮＴで受信した第１通信バンドの受信信号は、スイッチ素子２０を介して、ＳＡＷフィルタ４１に入力される。第１通信バンドの受信信号は、ＳＡＷフィルタ４１で濾波されて、フロントエンド端子Ｐｆｅから出力される。第２通信バンドの高周波信号を受信する場合、共通端子Ｐ００と被選択端子Ｐ０３が接続される。ＳＡＷフィルタ４２は、第２通信バンドの受信信号の周波数帯域が通過帯域内となるように設定されている。アンテナＡＮＴで受信した第２通信バンドの受信信号は、スイッチ素子２０を介して、ＳＡＷフィルタ４２に入力される。第２通信バンドの受信信号は、ＳＡＷフィルタ４２で濾波されて、フロントエンド端子Ｐｆｅから出力される。

このような構成において、キャパシタ３１，２１０とインダクタ３０とによるＬＣ並列共振回路の共振周波数は、第１通信バンドの受信信号の高調波成分であって、第２通信バンドの受信信号の基本周波数に近いもしくは重なる周波数に設定されている。このような構成とすることによって、このＬＣ並列共振回路によって、ＳＡＷフィルタ４１とＳＡＷフィルタ４２がともにフロントエンド端子Ｐｆｅに接続されていても、フロントエンド端子Ｐｆｅに第１通信バンドの受信信号の高調波成分が出力することを抑制できる。言い換えれば、第１通信バンドの受信信号の伝送経路と第２通信バンドの受信信号の伝送経路における、スイッチ素子２０のフロントエンド端子Ｐｆｅ側の伝送経路のアイソレーションを高く確保することができる。

このような構成からなる高周波スイッチモジュール１０は、次に示すような構造によって実現される。図２は、本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの平面図である。なお、図２では、高周波スイッチモジュール１０における本願に特徴的な箇所のみを図示している。

高周波スイッチモジュール１０は、積層体９０、実装型のスイッチ素子２０、実装型のインダクタ３０、および、実装型のフィルタ素子４０を備える。積層体９０は、所定の位置に導体パターンが形成された誘電体基板を積層してなる。実装型のスイッチ素子２０、実装型のインダクタ３０、および、実装型のフィルタ素子４０は、積層体９０の表面に実装されている。

スイッチ素子２０の被選択端子Ｐ０２が実装されるランド導体ＬＥ０２と、実装型のフィルタ素子４０のＳＡＷフィルタ４１用のランド導体は、積層体９０に形成された伝送導体９０１によって接続されている。スイッチ素子２０の被選択端子Ｐ０３が実装されるランド導体ＬＥ０３と、実装型のフィルタ素子４０のＳＡＷフィルタ４２用のランド導体は、積層体９０に形成された伝送導体９０２によって接続されている。

インダクタ３０の一方の外部導体が実装されるランド導体ＬＥ３０１は、伝送導体９０１に接続されている。インダクタ３０の他方の外部導体が実装されるランド導体ＬＥ３０２は、積層体９０に形成された伝送導体９０２に接続されている。

インダクタ３０は、スイッチ素子２０における被選択端子Ｐ０２，Ｐ０３の近傍に実装されている。

伝送導体９０１におけるランド導体ＬＥ０２，ＬＥ３０１間を接続する部分と、伝送導体９０２におけるランド導体ＬＥ０３，ＬＥ３０２間を接続する部分とは、その少なくとも一部が近接している。より具体的には、伝送導体９０１，９０２が近接する部分の離間距離Ｄ_Ｄは、ランド導体ＬＥ０２，ＬＥ０３の離間距離Ｄ_Ｌよりも短い。この伝送導体９０１，９０２が近接する部分が、キャパシタ３１として機能する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構成と比較構成でのアイソレーション特性を示すグラフである。なお、比較構成は、本実施形態に係る高周波スイッチモジュール１０におけるインダクタ３０を省略した構成を示す。

図２に示すように、比較構成では、高調波成分が漏洩しているが、本実施形態の高周波スイッチモジュール１０の構成を用いることによって、基本周波数の挿入損失を悪化させることなく、第１通信バンドの受信信号の高調波成分がフロントエンド端子Ｐｆｅから出力されることを抑制することができる。

このように、本実施形態の高周波スイッチモジュール１０を用いることによって、スイッチ素子の被選択端子側のアイソレーションを高く確保し、優れた伝送特性を有する高周波スイッチモジュールを、簡素な構成で、小型に実現することができる。

さらに、本実施形態の高周波スイッチモジュール１０では、ＬＣ並列共振回路のＣ（キャパシタンス）を、伝送導体９０１，９０２が近接する部分によって構成されるキャパシタ３１を含むようにして構成している。これにより、インダクタ３０の形状を大きくすることなく、ＬＣ並列共振回路の共振周波数を高く設定することができる。したがって、高周波スイッチモジュール１０をさらに小型に形成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図である。

本実施形態の高周波スイッチモジュール１０Ａは、伝送導体９０１Ａ，９０２Ａの構造が第１の実施形態の高周波スイッチモジュール１０と異なる。

伝送導体９０１Ａと伝送導体９０２Ａは、積層体９０Ａの異なる層に形成されている。伝送導体９０１Ａと伝送導体９０２Ａは、積層体９０Ａを平面視して交差している。この構成により、伝送導体９０１Ａと伝送導体９０２Ａの一部は、積層体９０Ａを平面視して重なっている。

この構成により、伝送導体９０１Ａと伝送導体９０２Ａとの容量性結合を大きくすることができる。これにより、ＬＣ並列共振回路のＣ（キャパシタンス）を大きくでき、Ｌ（インダクタンス）を小さくできるので、インダクタ３０の形状を小さくできる。したがって、高周波スイッチモジュール１０Ａをより小さく形成することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて、図を参照して説明する。図５（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、伝送導体が重なる部分の拡大図である。

本実施形態の高周波スイッチモジュール１０Ｂは、伝送導体９０１Ｂ，９０２Ｂの構造が第２の実施形態の高周波スイッチモジュール１０Ａと異なる。

伝送導体９０１Ｂと伝送導体９０２Ｂは、部分的に延びる方向が平行である。伝送導体９０１Ｂと伝送導体９０２Ｂにおける平行する部分は、積層体９０Ｂを平面視して、重なっている。

この構成により、伝送導体９０１Ｂと伝送導体９０２Ｂとの容量性結合をさらに大きくすることができる。これにより、ＬＣ並列共振回路のＣ（キャパシタンス）をさらに大きくでき、Ｌ（インダクタンス）をさらに小さくできるので、インダクタ３０の形状をさらに小さくできる。したがって、高周波スイッチモジュール１０Ｂをより小さく形成することができる。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、伝送導体９０１Ｂと伝送導体９０２Ｂの重なっている部分の幅は異なっている。これにより、積層体９０Ｂを形成する複数の誘電体層の積みずれによって、伝送導体９０１Ｂと伝送導体９０２Ｂとの容量性結合の大きさが変化することを抑制できる。これにより、さらに精確にＬＣ並列共振回路の共振周波数を設定することができる。したがって、スイッチ素子の被選択端子側のアイソレーションをより確実に確保することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す平面図である。図７は、本発明の第４の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの構造を示す部分断面図である。

本実施形態の高周波スイッチモジュール１０Ｃは、第１の実施形態の高周波スイッチモジュール１０に対して、インダクタ３０Ｃが積層体９０Ｃ内に形成された点で異なる。

インダクタ３０Ｃは、積層体９０Ｃに形成された導体パターンによってスパイラル形状に形成されている。この際、インダクタ３０Ｃの巻回軸は、積層方向に平行である。

積層体９０Ｃを平面視して、インダクタ３０Ｃの一部と伝送導体９０１Ｃの一部とは、重なっている。

このような構成であっても、伝送導体９０１Ｃと伝送導体９０２Ｃとの間にＬＣ並列共振回路を形成でき、インダクタ３０Ｃの形状を小さくできる。したがって、高周波スイッチモジュール１０Ｃを平面視した形状を、高周波スイッチモジュール１０を平面視した形状よりも小さくできる。

なお、インダクタ３０Ｃを構成する導体パターンの幅は、伝送導体９０１Ｃにおけるインダクタ３０Ｃと重なる部分の幅と異なることが好ましい。この構成によって、積層体９０Ｂを形成する複数の誘電体層の積みずれによる伝送導体９０１Ｃとインダクタ３０Ｃとの容量性結合の大きさが変化することを抑制できる。

また、積層体９０Ｃの内部グランド導体９１０Ｇは、積層体９０Ｃを平面視した略全面に亘って形成されているが、開口部９１１を備える。開口部９１１は、積層体９０Ｃを平面して、インダクタ３０Ｃのスパイラル形状の中央の開口部に重なっている。

このような構成とすることによって、インダクタ３０Ｃが発生する磁界が内部グランド導体９１０Ｇによって阻害されないので、インダクタ３０ＣのＱの劣化を抑制できる。これにより、スイッチ素子２０の被選択端子側のアイソレーションをさらに向上することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：高周波スイッチモジュール
２０：スイッチ素子
３０，３０Ｃ：インダクタ
４０：フィルタ素子
４１，４２：ＳＡＷフィルタ
９０，９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ：積層体
９０１，９０２，９０１Ａ，９０２Ａ，９０１Ｂ，９０２Ｂ，９０１Ｃ，９０２Ｃ：伝送導体
９１０Ｇ：内部グランド導体
９１１：開口部

Claims (6)

1. 共通端子、および、該共通端子に選択的に接続される第１、第２被選択端子を備えたスイッチ素子と、
   前記第１被選択端子および前記第２被選択端子に接続され、出力端子が共通化されたフィルタ素子と、
   前記第１被選択端子と前記フィルタ素子とを接続する第１伝送導体と、
   前記第２被選択端子と前記フィルタ素子とを接続する第２伝送導体と、
   前記第１伝送導体と前記第２伝送導体との間に接続されるインダクタと、
   を備え、
   前記第１伝送導体と前記第２伝送導体との少なくとも一部の離間距離は、前記第１被選択端子と前記第２被選択端子と離間距離よりも短い、
   高周波スイッチモジュール。
2. 前記スイッチ素子、前記フィルタ素子、および、前記インダクタが実装され、前記第１伝送導体と前記第２伝送導体が形成された回路基板を備え、
   前記第１伝送導体と前記第２伝送導体は、前記回路基板の異なる層に形成されており、
   前記回路基板を平面視して、前記第１伝送導体と前記第２伝送導体は少なくとも一部が重なっている、
   請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。
3. 前記第１伝送導体と前記第２伝送導体における重なっている部分の幅は異なる、
   請求項２に記載の高周波スイッチモジュール。
4. 前記スイッチ素子、および、前記フィルタ素子が実装され、前記第１伝送導体と前記第２伝送導体が形成された回路基板を備え、
   前記インダクタは、前記回路基板に形成されたスパイラル形状の導体パターンであり、
   前記回路基板を平面視して、前記スパイラル形状の導体パターンの一部は、前記第１伝送導体の少なくとも一部に重なっている、
   請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。
5. 前記スパイラル形状の導体パターンと前記第１伝送導体との重なる部分の幅は異なる、
   請求項４に記載の高周波スイッチモジュール。
6. 前記回路基板の内部に形成され、前記インダクタに近接するグランド導体は、前記スパイラル形状の中央開口部に重ならない形状である、
   請求項４または請求項５に記載の高周波スイッチモジュール。

Images