JP6333153B2 - 複合回路、回路素子、回路基板、および通信装置 - Google Patents

複合回路、回路素子、回路基板、および通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、不要な妨害波（interfering wave）を除去し、あるいは、複数の信号を分波および合成する複合回路等の技術に関する。典型的には、本発明は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）による通信規格で通信可能な無線通信端末で利用される技術に関する。
なお、妨害波とは、所望の周波数帯域外の不要な信号を指し、例えば他の送信機から送信される無線信号、送受信機本体から送信される無線信号、または、他のＩＣ（Integrated Circuit）からの不要放射などが想定される。
スマートフォン等に代表される無線通信端末は、グローバル化が進んでおり、複数の国で使用できることが求められている。例えば、近年では、各国でＬＴＥのような通信システムの運用が開始され始めており、国ごとに用いられる周波数帯域は異なる場合がある。その結果、１台の無線通信端末が扱う周波数帯域の数は近年増加している。
無線通信端末では、各通信システムによって定められた周波数帯域ごとに、デュプレクサ（Duplexer）および各種フィルタを備える回路が構成されている。この回路およびアンテナの間に、ダイプレクサ（Diplexer）および半導体スイッチが設けられる。近年の通信技術の高度化により、各システム間での同時通信が求められており、通信システム（周波数帯域）ごとに回路およびアンテナの間を介在する部品としてのダイプレクサに注目が集まっている。ダイプレクサは、複数の周波数帯域の信号を分波および合成するように構成されたフィルタ回路である。
無線通信端末では、例えば通信時の電力制御を行うために、カプラ（方向性結合器：Coupler）や、バラン（平衡-不平衡変換器：Balun）等の回路部品が使用される。カプラは、パワーアンプ（PA：Power Amplifier）の出力電力の一部を抽出する機能を有する。バランは、平衡信号を不平衡信号に変換し、また、不平衡信号を平衡信号に変換する機能を有する。
ここで、例えばダイプレクサとバランとを組み合わせた複合回路が開発、製品化されている（例えば特許文献１を参照）。このように、各回路部品が一体化された複合回路が実現されることにより、この複合回路を搭載する無線通信端末等の電子機器が小型化されるというメリットがある。
例えば、特許文献１の複合回路は、一つのバラン部と分波・合成回路部（ダイプレクサ部）とから構成される。バラン部は、４本の線路部から構成され、一つの不平衡伝送線路と、一対の平衡伝送線路とにより構成されている。分波・合成回路部は、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタの組み合わせによって構成されている。この複合回路は、バラン部の不平衡伝送線路に、その分波・合成回路部の、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタが並列接続されて構成されている。
特開2002-217036号公報
特許文献１に記載の複合回路では、回路構成上、分波・合成回路部を通過する全ての周波数帯域の信号がバランを通過する。したがって、バラン部の通過特性を広帯域にする必要がある。近年では、周波数帯域の数の増加に伴い、バラン部の通過特性の益々の広帯域化が求められている。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、広帯域化に対応した高性能な複合回路、回路素子、回路基板、および通信装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る複合回路は、分波／合成部と、バラン部とを具備する。
前記分波／合成部は、異なる複数の周波数帯域を持つ平衡信号のうち正相信号が通る第１分波／合成部と、前記平衡信号のうち逆相信号が通る第２分波／合成部とを有する。
前記バラン部は複数のバラン要素で構成される。それらバラン要素の各々は、前記第１分波／合成部および前記第２分波／合成部にそれぞれ接続された、一の周波数帯域の前記正相信号および逆相信号がそれぞれ通る線路で構成される一対の平衡線路と、一つの不平衡線路とを有する。
この複合回路では、第１分波／合成部により、それぞれ異なる複数の周波数帯域の信号に分波され、または／および、それらの信号が合成される。そして、それら複数の周波数帯域の信号がそれぞれ通過可能に構成された複数のバラン部により、平衡−不平衡変換が行われる。これにより、広帯域化に対応した高精度な平衡−不平衡変換を行うことができる複合回路を実現することができる。
「分波／合成部」は、信号を分波および合成することのうち少なくとも一方を行う機能を有する。
前記第１分波／合成部は、第１ローパスフィルタと、第１ハイパスフィルタとを有してもよい。
前記第２分波／合成部は、前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数を持つ第２ローパスフィルタと、前記第１ハイパスフィルタのカットオフ周波数を持つ第２ハイパスフィルタとを有してもよい。
これにより、複数のバラン要素への信号の通過帯域を実質的にそれぞれ同じとすることができる。
前記複合回路は、前記不平衡線路に接続され、前記周波数帯域ごとの減衰極を形成する減衰回路部をさらに具備してもよい。
本発明に係る回路素子は、導電パターンがそれぞれ形成された複数のシートが積層された積層体を具備する。
前記積層体は、第１回路パターン部と、第２回路パターン部とを有する。
前記第１回路パターン部は、上記の分波／合成回路を構成する。
前記第２回路パターン部は、上記のバラン部を構成する。
これにより、広帯域化に対応した高精度な平衡−不平衡変換を行うことができる複合回路を実現することができる。
前記積層体は、グランド電極が形成されたグランド電極シートを含んでいてもよい。また、前記グランド電極シートと、前記積層体のうち、前記第２回路パターン部の、前記グランド電極以外の導電パターンが形成された１以上のシートとの間に、前記積層体のうち、前記第１回路パターン部の、前記グランド電極以外の導電パターンが形成された１以上のシートが配置されてもよい。
これにより、バラン部を構成する第２回路パターン部の導電パターンを、グランド電極から離すことができる。その結果、バラン部を構成するストリップラインとグランド電極との寄生容量の発生が抑制される。したがって、回路素子の小型、薄型化を実現しながらも、広帯域化を達成することができる。
少なくとも前記第２回路パターン部は、第１エリアと、第２エリアとを有してもよい。
前記第１のエリアは、前記複数の周波数帯域を持つ信号のうち第１周波数帯域の信号が通過する線路で構成される。
前記第２のエリアは、前記積層体の積層方向から見て前記第１エリアから分割されて配置され、前記複数の周波数帯域を持つ信号のうち前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域を信号が通過する線路で構成される。
通過帯域周波数によってエリアを分割することにより、第１周波数帯域信号と第２周波数帯域信号の電磁結合を抑制することができる。
前記第１回路パターン部の一部を構成するインダクタ電極は、前記積層体の積層方向から見て前記第１エリアおよび前記第２エリアに分割されて設けられていてもよい。
第２回路パターン部だけでなく、第１回路パターン部の一部も同様に、通過帯域周波数によってエリアを分割することにより、上記電磁結合の抑制に寄与する。
前記第２回路パターン部の前記第１エリアおよび第２エリアをそれぞれ構成する線路のの長さがそれぞれ異なっていてもよい。
すなわち、第１および第２バラン要素において、異なる周波数に応じた平衡線路長が設計される。これにより、第１エリアを構成する線路と、第２エリアを構成する線路とを、それぞれ同じ枚数のシートに形成することができ、素子の低背化（薄型化）を実現することができる。
前記積層体は、第１シートと、第２シートとを含んでいてもよい。
前記第１シートは、前記第２回路パターン部の一部を構成し、第１の厚みを有する。
前記第２シートは、記１以上の第１シートと、前記第１回路パターン部を構成するシートとの間に配置され、前記第２回路パターン部の一部を構成し、前記第１の厚みより厚い第２の厚みを有する。
これにより、分波／合成部とバラン部との距離を所定以上に保つことができる。その結果、バラン部を構成する第２回路パターン部の線路と、分波／合成部を構成するインダクタが電磁結合して信号がリークし、減衰特性が悪化する、という事態を防ぐことができる。
本発明に係る回路基板は、基板と、上記の第１回路パターン部と、上記の第２回路パターン部とを具備する。
前記基板に、前記第１回路パターン部および前記第２回路パターン部の少なくとも一方を構成する線路のうち少なくとも一部の線路が形成されている。
本発明に係る通信装置は、異なる複数の周波数帯域の信号が入力され、または前記信号を出力するアンテナと、上記の複合回路とを具備する。
以上、本発明によれば、広帯域化に対応した高性能な複合回路、回路素子、回路基板、および通信装置を実現することができる。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る複合回路を機能的、概念的に示すブロック図である。図１Ｂは、従来の複合回路を機能的、概念的に示すブロック図である。 図２は、複合回路を示す回路図である。 図３は、回路素子の通過特性を示すグラフである。 図４は、複合回路を構成する回路部品である回路素子の例を示す斜視図である。 図５は、回路素子の分解斜視図である。 図６は、回路素子の積層方向で見た透視図である。 図７は、ダイプレクサ部とバラン部との距離を変動させた際の減衰特性を示すグラフである。 図８は、ダイプレクサ部とバラン部との距離を所定値以上に保つための回路素子の変形構成例を示す。 図９は、本発明の他の実施形態に係る複合回路を機能的、概念的に示すブロック図である。 図１０Ａ、Ｂは、図９に示す複合回路の回路素子の導電パターンが形成される各エリアの配置例を示す。 図１１は、上記複合回路または回路素子を搭載した通信装置の一例として、無線通信端末機の構成を示すＲＦブロックである。 図１２は、図１１に示した無線通信端末機の変形例に係る構成のＲＦブロックである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
１．複合回路
（１）複合回路の機能的構成
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る複合回路を機能的、概念的に示すブロック図である。複合回路１０は、周波数帯域ごとの信号の分波および／または合成を行うダイプレクサ部（分波／合成部）２０を備える。具体的には、ダイプレクサ部２０は、第１ダイプレクサ部（第１分波／合成部）２０Ａおよび第２ダイプレクサ部（第２分波／合成部）２０Ｂとで構成されている。
複合回路１０は、平衡信号を不平衡信号に変換し、また、不平衡信号を平衡信号に変換するバラン部４０を備える。バラン部４０は、複数のバラン要素として、例えば第１バラン要素４１および第２バラン要素４２を有する。
複合回路１０は、不平衡信号がそれぞれ入力（出力でもよい。以下同じ。）される、低周波側端子５３'および高周波側端子５４'を備え、また、平衡信号が出力（入力でもよい。以下同じ。）される共通端子５１'および５２'を備える。
外部から複合回路１０に入力される不平衡信号は、異なる複数の周波数帯域をそれぞれ持つ信号である。本実施形態では、異なる複数の周波数帯域として、比較的低い低周波帯域の信号（低周波帯域信号）と、比較的高い高周波帯域の信号（高周波帯域信号）を想定している。低周波側端子５３'には低周波帯域信号が入力され、高周波側端子５４'には高周波帯域信号が入力される。
第１バラン要素４１は、低周波側端子５３'に接続されている。第２バラン要素４２は、高周波側端子５４'に接続されている。
共通端子５１'、５２'は、平衡信号端子であり、互いに逆相の信号（正相信号および逆相信号）が出力される端子である。以降では、説明の便宜上、共通端子５１'は正相の信号が通る端子であり、共通端子５２'はその逆相の信号が通る端子とする。
第１ダイプレクサ部２０Ａ、第２ダイプレクサ部２０Ｂの低周波側端子３３は、第１バラン要素４１の低周波側の平衡端子３５に接続される。第１ダイプレクサ部２０Ａ、第２ダイプレクサ部２０Ｂの高周波側端子３４は、第２バラン要素４２の高周波側の平衡端子３６に接続される。
（２）複合回路のハードウェア構成（回路構成）
図２は、複合回路１０を示す回路図である。バラン部４０は、対応する周波数範囲ごとに設けられた、低周波帯域側の第１バラン要素４１と高周波帯域側の第２バラン要素４２とを有する。第１バラン要素４１、第２バラン要素４２は、各々、一つの不平衡線路４５と、一対の平衡線路４６、４６とを備えている。
バラン部４０の不平衡線路４５は、伝送線路Ｌ１１、Ｌ１４で構成される。これら不平衡線路４５の一端は不平衡端子５３および５４に接続され、他端はグランドに接続されている。一対の平衡線路４６は、伝送線路Ｌ１２、Ｌ１３、伝送線路Ｌ１５、Ｌ１６で構成される。つまり一対の平衡線路４６、４６は複数組設けられ、この複合回路１０は、複数対の平衡線路を備える。一対の平衡線路４６の一端はグランドに接続され、他端は、ダイプレクサ部２０に接続される。符号５５、５５はグランド端子である。
伝送線路Ｌ１１〜Ｌ１６は、それぞれ所望の周波数に対して、おおよそ1/4波長に相当するような電気長を有している。Ｌ１１とＬ１２、Ｌ１３が電磁結合しており、Ｌ１４とＬ１５、Ｌ１６が電磁結合している。
低周波側の不平衡線路４５にはインダクタＬ３の一端が接続され、インダクタＬ３の他端は、キャパシタＣ５の一方の電極に接続されている。キャパシタＣ５の他方の電極はグランドに接続されている。高周波側の不平衡線路４５にはキャパシタＣ６が接続され、これと並列にグランドとの間にインダクタＬ４が接続されている。これらインダクタＬ３、Ｌ４、キャパシタＣ５、Ｃ６の値により、バラン部４０のインピーダンスマッチング設計が行われる。また、これらのインダクタＬ３、Ｌ４、キャパシタＣ５、Ｃ６により、各バラン部４０のフィルタ通過特性ごとの適切な減衰極が形成され、これらは、「減衰回路部」として機能する。
ダイプレクサ部２０は、各々、２次のローパスフィルタ２１と、１次のハイパスフィルタ２２とで構成されている。第１ダイプレクサ部２０Ａの第１ローパスフィルタ２１ａは、インダクタＬ１とキャパシタＣ３とで構成される。第２ダイプレクサ部２０Ｂの第２ローパスフィルタ２１ｂは、インダクタＬ２とキャパシタＣ４とで構成される。第１ダイプレクサ部２０Ａの第１ハイパスフィルタ２２ａは、キャパシタＣ１で構成される。第２ダイプレクサ部２０Ｂの第２ハイパスフィルタ２２ｂは、キャパシタＣ２で構成される。
ローパスフィルタ２１の一端は、一対の平衡線路４６の一方を構成する伝送線路Ｌ１２、Ｌ１３に接続され、他端は、平衡端子５１、５２に接続される。同様に、ハイパスフィルタ２２の一端は、一対の平衡線路４６の他方を構成する伝送線路Ｌ１５、Ｌ１６に接続され、他端は、平衡端子５１、５２に接続される。
第１ローパスフィルタ２１ａおよび第２ローパスフィルタ２１ｂのカットオフ周波数は実質同じになるように、インダクタＬ１、Ｌ２、キャパシタＣ３、Ｃ４が設計されている。同様に、第１ハイパスフィルタ２２ａおよび第２ハイパスフィルタ２２ｂのカットオフ周波数は実質同じになるように、キャパシタＣ１、Ｃ２が設計されている。
また、ローパスフィルタ２１のインダクタＬ１、Ｌ２、キャパシタＣ３、Ｃ４は、ハイパスフィルタ２２の通過帯域内でインピーダンスが増大するような設計となっている。また、ハイパスフィルタ２２のキャパシタＣ１、Ｃ２は、ローパスフィルタ２１の通過帯域内でインピーダンスが増大するような設計となっている。
（３）複合回路の動作
不平衡端子５３、５４にそれぞれ不平衡信号Ｓ１、Ｓ２が入力される。そうすると、これら不平衡信号Ｓ１、Ｓ２は、バラン部４０で平衡信号に変換され、ダイプレクサ部２０に入力されて合成される。そして信号は、平衡端子５１、５２に平衡信号Ｓ３として出力される。
逆に、平衡端子５１、５２に平衡信号Ｓ３が入力されると、ダイプレクサ部２０にて低周波帯域信号と高周波帯域信号に分波されバラン部４０に入力される。バラン部４０で平衡信号が不平衡信号に変換され、不平衡信号Ｓ１、Ｓ２として不平衡端子５３、５４に出力される。
このように、複合回路１０を使用すれば、一つの平衡信号を低周波帯域信号および高周波帯域信号の２つの不平衡信号に分波することができる。また、逆に、２つの異なる周波数帯域の不平衡信号を一つの平衡信号に合成することができる。
バラン回路には、平衡−不平衡変換を高精度に行うための最適な周波数帯域の通過特性が存在する。ローパスフィルタ２１およびハイパスフィルタ２２には、通過特性がそれぞれ最適化された第１バラン要素４１および第２バラン要素４２が接続される。これにより、挿入損失が低く、かつ。平衡−不平衡変換の精度が高い複合回路１０が得られる。すなわち、本実施形態によれば、広帯域化に対応した高性能な複合回路１０を実現することができる。
図１Ｂは、上記特許文献１の図１に示された複合回路を機能的に示すブロック図である。この特許文献１の複合回路では、一つのバランと一つのダイプレクサとが接続されるだけなので、本実施形態のような広帯域化を実現することはできない。
２．従来の複合回路との比較
図３は、回路素子１０Ａの通過特性を示すグラフである。実線２０１が低周波帯域側の通過特性を示し、実線２０２が高周波帯域側の通過特性を示している。なお、本実施形態では低周波帯域側の通過帯域を699〜960MHz、高周波帯域側の通過帯域を1710〜2690MHzとした。比較のため、図１Ｂに示した従来の複合回路を用いた場合の通過特性も、破線２０３、２０４で示している。
従来の複合回路を用いた場合、低周波通過帯域内で最大2dB、高周波通過帯域内で最大6dBの挿入損失を生じる。これは、一つのバランを用いて低周波帯域および高周波帯域の信号を不平衡・平衡変換するために起こり、一つのバランの通過特性の広帯域にすることが困難であることに起因する。
一方、本実施形態に係る回路素子１０Ａでは、低周波通過帯域内で最大1.2dB、高周波通過帯域内で最大1.1dBの挿入損失となった。この複合回路１０を使用した回路素子１０Ａにより最大4.9dB（6dBから1.1dBへの改善）もの挿入損失が改善され、高性能の複合回路部品を得ることができる。
３．複合回路を具現化する回路素子
（１）回路素子の全体構成
図４は、図２に示した複合回路１０を構成する回路部品である回路素子の例を示す斜視図である。図５は、この回路素子１０Ａの分解斜視図である。回路素子１０Ａは、後述するように複数の誘電体シートが積層された積層体１００を備える素子である。
図４に示すように、例えばこの回路素子１０Ａの積層体１００の一面（実装基板に搭載される面である被実装面）には、上述した平衡端子５１、５２、不平衡端子５３、５４およびそのグランド端子５５が設けられている。
図５に示すように、回路素子１０Ａは、ドクターブレード（Doctor Blade）方式など種々の方式により作製されたシート状の誘電体シート１０１〜１１１の上に、導電性ペーストを使い所望の導電パターン（電極パターン）が形成される。説明の便宜上、導電パターンが形成された誘電体シートを、以下では単に「シート」と言う。積層体１００は、最下部のシート１０１から最上部のシート１１１まで順に積層されて構成されている。
誘電体は、例えば、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）などから適宜選択される。
積層体１００は、主にダイプレクサ部２０を構成する第１回路パターン部１１と、バラン部４０を構成する第２回路パターン部１２とを備える。なお、図５において、グランド電極９９が形成されたシート１０１であるグランド電極シートは、作図の都合上、第１回路パターン部１１側に配置されている。グランド電極９９は図示しないビアホール（Via hole）等を介してグランド端子５５、５５に電気的に接続される。
誘電体シート１０２の上にキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５をそれぞれ構成するキャパシタ電極８３、８４、８５が形成される。キャパシタ電極８１ｂ、８２ｂ、８６ｂは、誘電体シート１０３上に形成されるキャパシタ電極８１ａ、８２ａ、８６ａと対を成して上記キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ６を構成する。
なお、キャパシタ電極８６ｂは、接続電極９３を介して不平衡端子５４に接続される。キャパシタ電極８１ａ、８２ａは、ビアホールを介して平衡端子５１、５２に接続される。
誘電体シート１０５上には、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３をそれぞれ構成するインダクタ電極７１、７２、７３が形成されている。インダクタ電極７４は、インダクタＬ４を構成する。
インダクタ電極７１、７２の一端は、誘電体シート１０４上に形成された接続電極９１、９２を介して平衡端子５１、５２に接続される。それらの他端は、キャパシタ電極８３、８４に接続される。インダクタ電極７３の一端は、不平衡端子５３に接続され、他端はキャパシタ電極８５に接続される。インダクタ電極７４の一端は、キャパシタ電極８６ｂに接続され、他端は、グランド電極９９に接続される。
インダクタ電極７１、７４、７３は、共通の一つの誘電体シート上に形成されているが、複数の誘電体シートにわたって形成されていても同様の効果が得られる。このことはバラン部について同様である。インダクタのＱ値の改善を見込んで、インダクタ電極を二重に形成し導電率を低くする構造も考えられる。
シート１０４の厚みが、他のシート１０１〜１０３、１０５の厚みより厚くなっている。このような構成により、例えばインダクタ電極７１、７４、７３が、シート１０１上のグランド電極９９に近接することによってインダクタのＱ値（Q factor）が劣化する、という懸念を解消することができる。シート１０４の厚みは、100μm以上あることが好ましい。
バラン部４０を構成するシート１０６〜１１１のうち、シート１０６（第２のシート）の厚み（第２の厚み）は、他のシート１０７〜１１１（１以上の第１のシート）の厚み（第１の厚み）より厚くなっている。その理由については後述する。第２の厚みを有するシートは、１枚だけでなく複数あってもよい。
誘電体シート１０６上には、ストリップライン電極６３ａ、６５ａが形成される。ストリップライン電極６３ａ、６５ａは、誘電体シート１０７上に形成されるストリップライン電極６３ｂ、６５ｂに接続される。ストリップライン電極６３ａ、６３ｂは、伝送線路Ｌ１３を構成し、その一端はインダクタ電極７２に接続され、その他端はグランド電極９９に接続される。ストリップライン電極６５ａ、６５ｂは、伝送線路Ｌ１５を構成し、その一端はキャパシタ電極８１ｂに接続され、その他端はグランド電極９９に接続される。
誘電体シート１０８上には、ストリップライン電極６１ａ、６６ａが形成される。ストリップライン電極６１ａ、６６ａは、誘電体シート１０９上に形成されるストリップライン電極６１ｂ、６６ｂに接続される。ストリップライン電極６１ａ、６１ｂは、伝送線路Ｌ１１を構成し、その一端はインダクタ電極７３に接続され、その他端はグランド電極９９に接続される。ストリップライン電極６６ａ、６６ｂは、伝送線路Ｌ１６を構成し、その一端はキャパシタ電極８２ｂに接続され、その他端はグランド電極９９に接続される。
誘電体シート１１０上には、ストリップライン電極６２ａ、６４ａが形成される。ストリップライン電極６２ａ、６４ａは、誘電体シート１１１上に形成されるストリップライン電極６２ｂ、６４ｂに接続される。ストリップライン電極６２ａ、６２ｂは、伝送線路Ｌ１２を構成し、その一端はインダクタ電極７１に接続され、他端はグランド電極９９に接続される。ストリップライン電極６４ａ、６４ｂは、伝送線路Ｌ１４を構成し、その一端はキャパシタ電極８６ａに接続され、その他端はグランド電極９９に接続される。
上記各電極は、スクリーン印刷法や転写方式などにより誘電体シート上に形成される。電極材料としては、Ag、Pd、Pt、Cu、Ni、Au、Ag-Pd、Ag-Pt等からなる。これらの電極が誘電体シートに形成された後、熱加圧による積層や、接着剤を用いた密着積層が行われることにより、積層体１００が得られる。
積層体１００が例えば700℃以上の高温で焼成される。必要に応じて積層体１００にスクリーン印刷法や転写方式などで外部端子電極が形成されてもよい。その後、必要に応じてメッキが施されて、回路素子１０Ａが得られる。
ここで、先行文献１の複合回路では、バラン部がグランド電極に挟まれており、バランに使用されるストリップライン電極はグランド電極との間に寄生容量を生じる。この寄生容量はバラン部の通過特性を広帯域にすることを阻害し、かつ、素子の小型化、薄型化によりこの寄生容量が増大する。よって先行文献１の複合回路では、れ以上、素子を小型化、広帯域化にすることが難しく、近年のマルチバンド向け携帯端末においては、挿入損失の大きい複合回路となる。
そこで、本実施形態に係る回路素子１０Ａでは、グランド電極９９が形成されたシート１０１と、バラン部４０との間に、ダイプレクサ部２０が配置されている。より詳細には、シート１０１と、バラン部４０を構成する第２回路パターン部１２のシート１０６〜１１１（シート１０１以外）との間に、ダイプレクサ部２０を構成する第１回路パターン部１１のシート１０２〜１０５（シート１０１以外）が配置されている。
この構成により、バラン部４０を構成する各ストリップライン電極およびグランド電極９９間で生じる寄生容量を最小限にすることができる。したがって、回路素子１０Ａの小型、薄型化を実現しながらも、バラン部４０の通過特性の広帯域化を達成することができる。
もちろん、次に列挙するような場合には、バラン部４０とグランド電極９９との間に、ダイプレクサ部２０を配置しなくても、上記のような問題は生じない。
グランド電極９９とバラン部４０の充分な距離を確保できる場合、
誘電体シートの材料として、低誘電率材料、例えば比誘電率が5以下の材料等を使用し、寄生容量を抑えることができる場合、
バラン部４０、もしくはバラン部４０とグランド電極９９との間に部分的に誘電率の低い材料（例えば異種材料）を挿入してこれらを接合する場合。
（２）周波数帯域ごとの導電パターンのエリアの設定
図６は、回路素子１０Ａの積層方向で見た透視図である。図では、わかりやすいように、導電パターンとして、バラン部４０のストリップライン電極、およびダイプレクサ部２０のインダクタ電極のみを示している。
これらストリップライン電極およびインダクタ電極は、第１周波数帯域としての低周波帯域エリア（第１エリア）と、第２周波数帯域としての高周波帯域エリア（第２エリア）に分割されている。すなわち、低周波帯域の回路に用いられるバラン部４０を構成するストリップライン電極６１〜６３、およびローパスフィルタ２１等を構成するインダクタ電極７１〜７３は、低周波帯域エリアに形成されている。高周波帯域の回路に使用されているバラン部４０を構成するストリップライン電極６４〜６６、およびハイパスフィルタ２２等を構成するインダクタ電極７４は、高周波帯域エリアに形成されている。
これらストリップライン電極およびインダクタ電極は電磁結合を生じやすい。したがって、これらのストリップライン電極やインダクタ電極を同一エリアに形成した場合、電磁結合により信号がリークしダイプレクサ部の機能を損なうおそれがある。そこで、通過帯域周波数によってエリアを分割することにより高周波帯域信号と低周波帯域信号の電磁結合を抑制することができる。
また、低周波帯域信号の波長が高周波帯域信号の波長に比べて長いことから、低周波帯域エリアのストリップライン電極およびインダクタ電極の長さが、高周波帯域エリアのそれに比べ、長く設計される。その結果、積層方向から見て、低周波帯域エリアの導電パターンを包絡する面積（包絡面積）は、高周波帯域エリアの導電パターンを包絡する面積（包絡面積）より大きくなる。このような構成によれば、低周波帯域エリアを構成する線路と、高周波帯域エリアを構成する線路とを、それぞれ同じ枚数のシートに形成することができ、素子の低背化（薄型化）を実現することができる。
（３）ダイプレクサ部とバラン部との距離の設定
ここで上述したように、バラン部４０を構成するシート１０６〜１１１のうち、シート１０６の厚みを厚くした理由について述べる。シート１０６は、バラン部４０を構成する１以上のシート１０７〜１１１と、ダイプレクサ部２０の一部を構成するシート１０５との間に配置される。すなわち、このシート１０６は、バラン部４０の、最もダイプレクサ部２０寄りに配置されるシートである。
このシート１０６の厚みを他のものより厚くすることにより、ダイプレクサ部２０とバラン部４０との距離を所定値以上に保つことができる。以下、これについて説明する。
ここでいう距離とは、バラン部４０を構成する線路の包絡部（包絡表面）と、ダイプレクサ部２０を構成する線路の包絡部（包絡表面）との間の最も近い位置での距離である。
図７は、ダイプレクサ部とバラン部との距離を変動させた際の減衰特性を示すグラフである。ダイプレクサ部を構成するローパスフィルタは、高周波帯域周波数（本実施形態では1710MHz〜2690MHz）を減衰させ、ハイパスフィルタは、低周波帯域周波数（本実施形態では699〜960MHz）を減衰させる。グラフ上、減衰量が負の無限大（negative infinity）方向に向かうほど、高い減衰特性を得られていることを意味し、良好な性能を持つダイプレクサといえる。
図７から、ダイプレクサ部とバラン部との距離が短いほど減衰特性が悪く、距離が長いほど減衰特性が良好であることが確認できる。これは、ダイプレクサ部とバラン部との距離が近接すると、バラン部を構成するストリップライン電極と、ダイプレクサ部を構成するインダクタ電極とが電磁結合し、信号がリークすることにより減衰特性が悪化すると考えられるからである。
ダイプレクサ部の減衰特性が充分に確保されていたとしても信号のリークによって結果的にダイプレクサ部の減衰特性が悪化したようになってしまう。この減衰特性の悪化を防ぐためには、ダイプレクサ部とバラン部との距離を少なくとも50μm以上確保する必要がある。本実施形態では、上述のようにシート１０６の厚みを所定の厚みとすることにより、ダイプレクサ部とバラン部との距離を所定値以上に確保することができる。本実施形態では、ダイプレクサ部２０とバラン部４０との距離を100μm確保されている。
以上のように、良好な減衰特性を得るためには、ダイプレクサ部２０とバラン部４０との距離は、50μm以上、100μm以上、さらには200μm以上確保されることが望ましい。その上限としては、回路素子が大型化しすぎない程度の値が考慮され、例えば500μm〜1mmである。
図８は、ダイプレクサ部とバラン部との距離を所定値以上に保つための回路素子の変形構成例を示す。この図では、回路素子１６０Ａを、主にバラン部を構成する第１積層体１６１と、主にダイプレクサ部を構成する第２積層体１６１とに分離して示す。第１積層体１６１、第２積層体１６２は、上述のように複数のシートが積層されてそれぞれ構成される。
バラン部を構成する第１積層体１６１は、積層方向（図中縦方向）から見て、例えば仮想的に４つのエリアに分割されている。４つのエリアのうち例えば対角線に沿って配置された２つのエリアに低周波帯域エリア１６１ａおよび高周波帯域エリア１６１ｂがそれぞれ配置され、これらのエリア１６１ａ、１６１ｂに導電パターンが形成されている。
ダイプレクサ部を構成する第２積層体１６２も同様に、第１積層体１６１の４つのエリアに対応するように、仮想的に４つのエリアに分割されている。４つのエリアのうち、第１積層体１６１の対角線と交わる別の対角線に沿って配置された２つのエリアに、低周波帯域用のインダクタ電極が形成されるエリア１６２ａおよび高周波帯域用のインダクタ電極が形成されるエリア１６２ｂがそれぞれ配置されている。
このように、高周波帯域側のエリアと低周波帯域側のエリアとが分けられることにより、上記実施形態と同様に、低周波帯域信号と高周波帯域信号の電磁結合を抑制することができる。また、このような構成によれば、回路素子１６０Ａのフットプリントは大きくなるが、ダイプレクサ部のインダクタ電極とバラン部との距離を所定値以上に保つことができ、減衰特性の悪化を防ぐことができる。
４．他の実施形態に係る複合回路
上記実施形態では、ダイプレクサ部２０として、異なる二つの周波数帯域の信号をそれぞれ分波・合成するダイプレクサ部２０が用いられた。しかし、これに限定されるものではなく、異なる三つ以上の周波数帯域を持つ信号を分波・合成するマルチプレクサ等を用いることもできる。例として、図９は、主に三つの周波数帯域を持つ信号を分波および合成することのうち少なくとも一方を行うマルチプレクサ部２２０を備えた複合回路２１０の構成を示す。マルチプレクサ部２２０は、第１分波／合成部としての第１マルチプレクサ部２２０Ａ、第２分波／合成部としての第２マルチプレクサ部２２０Ｂを有する。
また、複合回路２１０は、バラン部２４０を備える。バラン部２４０は、低周波帯域、高周波帯域、およびそれらの間の周波数帯域（以下、中周波という。）を持つ信号（の正相信号および逆相信号）が通る平衡線路にそれぞれ接続された３つのバラン要素を有する。具体的には、バラン部２４０は、低周波帯域の信号が通る第１バラン要素２４１、中周波帯域信号が通る第２バラン要素２４２、および高周波帯域の信号が通る第３バラン要素２４３を有する。
図１０Ａ、Ｂは、図９に示す複合回路２１０の回路素子２１０Ａ、２１０Ｂの導電パターンが形成される各エリアの配置例を示す。これらの図に示すように、低周波、中周波、高周波の各帯域の信号が通る線路がエリア２１１、２１２、２１３ごとに分割されて配置される。これら低周波エリア２１１、中周波エリア２１２、高周波エリア２１３の面積、つまり線路が形成される領域の包絡面積は、上述のように、周波数が低い信号が通るエリアほど、大きくなる（線路が長くなる）。
図１０Ａに示す回路素子２１０Ａの例では、一方向に、低周波帯域エリア２１１、中周波帯域エリア２１２、高周波帯域エリア２１３がこの順で配列される。
図１０Ｂに示す回路素子２１０Ｂの例では、最も短い線路を有する高周波帯域エリア２１３と、その次に短い線路を有する中周波帯域エリア２１２とが一方向に配列されている。また、その中、高周波帯域エリア２１２、２１３の配列方向に直交する方向に、最も長い線路を有する低周波帯域エリア２１１が、中、高周波帯域エリア２１２、２１３の組に対して配置されている。
このような構成の複合回路２１０および回路素子２１０Ａ，Ｂであっても、上記実施形態に係る複合回路と同様の効果が得られる。
５．通信装置
図１１は、上記実施形態に係る複合回路１０、または回路素子１０Ａを搭載した通信装置の一例として、携帯電話機に代表される無線通信端末機の構成を示すＲＦブロックである。
この無線通信端末機１の構成は、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）およびＬＴＥ通信方式に対応した携帯電話端末の構成である。ここでは、Ｗ−ＣＤＭＡおよびＬＴＥを例に挙げているが、例えば、ＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile Communications）に対応した回路ブロックがあってもよい。
本実施形態におけるＷ−ＣＤＭＡおよびＬＴＥ通信方式では、Low Band AはBand-5（824〜894Hz）に、Low Band BはBand-8（880〜960Hz）に、Low Band CはBand-20（791〜845Hz）に対応し、High Band AはBand-1（1920〜2170Hz）に、High Band BはBand-3（1710〜1880Hz）に、High Band CはBand-7（2500〜2690Hz）に対応している。
無線通信端末機１は、アンテナ３０１、ダイプレクサ３０２、カプラ３０３、アンテナスイッチ３０４、デュプレクサ３０５、スイッチ３０６、ＰＡ３０７（パワーアンプ）、ＩＣ３０８（RF Chipset）、バランスダイプレクサ３１０等を備える。バランスダイプレクサ３１０が、上記実施形態に係る複合回路１０に相当する。
カプラ３０３、アンテナスイッチ３０４、スイッチ３０６、ＰＡ３０７については、それぞれ、低周波帯域信号用および高周波帯域信号用がある。図中、上半分に示した要素が低周波帯域信号用であり、下半分に示した要素が高周波帯域信号用である。
無線通信端末機１は、図１１に示す構成以外にマイクロホン、スピーカ、ディスプレイ、各種センサなどを備えているが、本実施形態における説明では不要であるため図示を省略した。
アンテナ３０１を介して入力される受信信号は、ダイプレクサ３０２によって低周波帯域信号および高周波帯域信号に分波され、分波された各信号がカプラ３０３を通過する。これら低周波帯域信号、高周波帯域信号は、アンテナスイッチ３０４によって選択された周波数帯域の回路（デュプレクサ３０５等）を介して、ＩＣ３０８に入力される。デュプレクサ３０５に入力される受信信号（RX）は、所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号が図示しないローノイズアンプに出力される。デュプレクサ３０５は、受信信号および送信信号（TX）を分波および合成する機能を有する。ローノイズアンプは、入力される受信信号を増幅し、これをＩＣ３０８に出力する。ＩＣ３０８は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行い、また、無線通信端末機１内の各部の動作を制御する。
一方、信号を送信する場合は、ＩＣ３０８は送信信号を生成する。生成された送信信号は、ＰＡ３０７で増幅されてデュプレクサ３０５に入力される。デュプレクサ３０５は、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号を通過させる。デュプレクサ３０５から出力される送信信号は、アンテナスイッチ３０４を介してカプラ３０３を通過し、ダイプレクサ３０２によって他の周波数帯域の送信信号と合成されアンテナ３０１から外部に出力される。
送信時において、各信号がカプラ３０３を通過する際に、微量ではあるが一定の割合（1%程度）で送信信号の中から電力が抽出される。抽出された電力は、バランスダイプレクサ３１０（複合回路１０）で他の周波数帯域の抽出信号と合成され、不平衡−平衡変換される。バランスダイプレクサ３１０から出力された平衡信号は、ＩＣ３０８の電力検出部３０９へフィードバックされる。ＩＣ３０８は、この抽出された電力をモニタリングしながらＰＡ３０７の増幅度を調整し安定した送信信号を得る。
このように無線通信端末機１がバランスダイプレクサ３１０（複合回路１０）を備えることで、複数の周波数帯域に対応した通信装置を実現することができる。
図１２は、図１１に示した無線通信端末機１の変形例に係る構成のＲＦブロックである。この例に係る無線通信端末機２は、図１１に示した無線通信端末機１のモノポールアンテナ３０１に代えて、ダイポールアンテナ３１１が利用される。この場合、ダイポールアンテナ３１１の端子にも、上記バランスダイプレクサ３１０（複合回路１０）が接続される。
６．他の実施形態、変形例
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
上記実施形態では、インダクタ電極７１、７２、７３、７４は、渦巻き状の形状でかつ誘電体シート１０５上のみに形成された。しかし、より高いインダクタンス値を得るために、インダクタ電極を複数の誘電体シートに形成し螺旋状（螺旋状とは積層方向に立体的なものを意味する。）に形成することによっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、インダクタのＱ値の改善のため、インダクタ電極を二重に形成し導電率を低くする構造も実現可能である。
ダイプレクサ部２０では、例えば、各ローパスフィルタ２１やハイパスフィルタ２２の次数（段数）を必要に応じて変更することもできる。バラン部４０として、上記実施形態のようにストリップライン等を使用した分布定数型バランだけでなく、チップインダクタやチップキャパシタを使用した集中定数型バランを用いることもできる。
同様に、キャパシタ電極８１〜８６においても本実施例では２つの誘電体シート１０２、１０３上に形成したが、必要とされる容量値に応じて３つ以上の誘電体シートにキャパシタ電極を形成することも可能である。
上記実施形態では省略したが、誘電体シート１１１上にさらに誘電体シートを積み重ね、その上に方向確認用の認識マークなどが形成されてもよい。
上記実施形態では、導電パターンが形成された誘電体シートが積層されて一つの回路素子１０Ａが構成され、これにより複合回路１０が構成された。しかし、複合回路１０の導電部の一部を構成するインダクタ、キャパシタ、その他の電極が、例えば回路基板（半導体基板、樹脂実装基板等）上に形成されてもよい。この場合、基板上に形成される素子は、インダクタ、キャパシタ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子、その他のフィルタ素子として形成され得る。
誘電体シートの素材はセラミックスに限定されるものではなく、樹脂材料やガラス材料などシート化が可能なものであれば、同様の効果が得られることは明白である。
図１１、１２の無線通信端末機は単なる例示であり、少なくとも本実施形態に係る複合回路を備えた通信装置であれば、他の構成を有する通信装置であっても本実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
１、２…無線通信端末機
１０、２１０…複合回路
１０Ａ、１６０Ａ、２１０Ａ、２１０Ｂ…回路素子
１１…第１回路パターン部
１２…第２回路パターン部
２０…ダイプレクサ部
２０Ａ…第１ダイプレクサ部
２０Ｂ…第２ダイプレクサ部
２１…ローパスフィルタ
２２…ハイパスフィルタ
４０、２４０…バラン部
４１、４２、２４１、２４２、２４３…バラン要素
６１〜６６…ストリップライン電極
７１〜７４…インダクタ電極
８１〜８６…キャパシタ電極
９９…グランド電極
１００、１６１、１６２…積層体
１０１〜１１１…誘電体シート（シート）
１６１ａ、２１１…低周波帯域エリア
１６１ｂ、２１３…高周波帯域エリア
１６２ａ…低周波帯域用のインダクタ電極が形成されるエリア
１６２ｂ…高周波帯域用のインダクタ電極が形成されるエリア
２２０…マルチプレクサ部
２２０Ａ…第１マルチプレクサ部
２２０Ｂ…第２マルチプレクサ部
３０１…アンテナ（モノポールアンテナ）
３１０…バランスダイプレクサ（複合回路）
３１１…ダイポールアンテナ

Claims (11)

  1. 分波／合成部と、バラン部とを具備し、
    前記分波／合成部は、異なる複数の周波数帯域を持つ平衡信号のうち正相信号が通る第１分波／合成部と、前記平衡信号のうち逆相信号が通る第２分波／合成部とを有し、
    前記バラン部は複数のバラン要素で構成され、それらバラン要素の各々は、前記第１分波／合成部および前記第２分波／合成部にそれぞれ接続された、一の周波数帯域の前記正相信号および逆相信号がそれぞれ通る線路で構成される一対の平衡線路と、一つの不平衡線路とを有する
    複合回路。
  2. 請求項１に記載の複合回路であって、
    前記第１分波／合成部は、第１ローパスフィルタと、第１ハイパスフィルタとを有し、
    前記第２分波／合成部は、前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数を持つ第２ローパスフィルタと、前記第１ハイパスフィルタのカットオフ周波数を持つ第２ハイパスフィルタとを有する
    複合回路。
  3. 請求項１または２に記載の複合回路であって、
    前記複数の不平衡線路にそれぞれ接続され、前記周波数帯域ごとの減衰極を形成する減衰回路部をさらに具備する
    複合回路。
  4. 導電パターンがそれぞれ形成された複数のシートが積層された積層体を具備し、
    前記積層体は、分波／合成部を構成する第１回路パターン部と、バラン部を構成する第２回路パターン部とを有し、
    前記第１回路パターン部の前記分波／合成部は、異なる複数の周波数帯域を持つ平衡信号のうち正相信号が通る第１分波／合成部と、前記平衡信号のうち逆相信号が通る第２分波／合成部とを有し、
    前記バラン部は複数のバラン要素で構成され、それらバラン要素の各々は、前記第１分波／合成部および前記第２分波／合成部にそれぞれ接続された、一の周波数帯域の前記正相信号および逆相信号がそれぞれ通る線路で構成される一対の平衡線路と、一つの不平衡線路とを有する
    回路素子。
  5. 請求項４に記載の回路素子であって、
    前記積層体は、グランド電極が形成されたグランド電極シートを含み、
    前記グランド電極シートと、前記積層体のうち、前記第２回路パターン部の、前記グランド電極以外の導電パターンが形成された１以上のシートとの間に、前記積層体のうち、前記第１回路パターン部の、前記グランド電極以外の導電パターンが形成された１以上のシートが配置される
    回路素子。
  6. 請求項４または５に記載の回路素子であって、
    少なくとも前記第２回路パターン部は、
    前記複数の周波数帯域を持つ信号のうち第１周波数帯域の信号が通過する線路で構成される第１エリアと、
    前記積層体の積層方向から見て前記第１エリアから分割されて配置され、前記複数の周波数帯域を持つ信号のうち前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域を信号が通過する線路で構成される第２エリアと
    を有する
    回路素子。
  7. 請求項６に記載の回路素子であって、
    前記第１回路パターン部の一部を構成するインダクタ電極は、前記積層体の積層方向から見て前記第１エリアおよび前記第２エリアに分割されて設けられる
    回路素子。
  8. 請求項６または７に記載の回路素子であって、
    前記第２回路パターン部の前記第１エリアおよび第２エリアをそれぞれ構成する線路のの長さがそれぞれ異なる
    回路素子。
  9. 請求項４から８のうちいずれか１項に記載の回路素子であって、
    前記積層体は、
    前記第２回路パターン部の一部を構成し、第１の厚みを有する１以上の第１シートと、
    前記１以上の第１シートと、前記第１回路パターン部を構成するシートとの間に配置され、前記第２回路パターン部の一部を構成し、前記第１の厚みより厚い第２の厚みを有する第２シートと
    を含む
    回路素子。
  10. 基板と、
    分波／合成部を構成する第１回路パターン部と、
    バラン部を構成する第２回路パターン部とを具備し、
    前記第１回路パターン部の前記分波／合成部は、異なる複数の周波数帯域を持つ平衡信号のうち正相信号が通る第１分波／合成部と、前記平衡信号のうち逆相信号が通る第２分波／合成部とを有し、
    前記バラン部は複数のバラン要素で構成され、それらバラン要素の各々は、前記第１分波／合成部および前記第２分波／合成部にそれぞれ接続された、一の周波数帯域の前記正相信号および逆相信号がそれぞれ通る線路で構成される一対の平衡線路と、一つの不平衡線路とをそれぞれ有し、
    前記基板に、前記第１回路パターン部および前記第２回路パターン部を構成する少なくとも一部の線路が形成されている
    回路基板。
  11. 異なる複数の周波数帯域の信号が入力され、または前記信号を出力するアンテナと、
    分波／合成部と、バラン部とを有する複合回路とを具備し、
    前記複合回路の前記分波／合成部は、前記異なる複数の周波数帯域を持つ平衡信号のうち正相信号が通る第１分波／合成部と、前記平衡信号のうち逆相信号が通る第２分波／合成部とを有し、
    前記複合回路の前記バラン部は複数のバラン要素で構成され、それらバラン要素の各々は、前記第１分波／合成部および前記第２分波／合成部にそれぞれ接続された、一の周波数帯域の前記正相信号および逆相信号がそれぞれ通る線路で構成される一対の平衡線路と、一つの不平衡線路とをそれぞれ有する
    通信装置。
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