JP6455528B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

本発明は、信号経路を流れる高周波信号を検出するための方向性結合器を備える高周波モジュールに関する。

図１２に示す従来の高周波回路５００は、アンテナＡＮＴと、受信回路５０１および送信回路５０２のいずれか一方とを切換接続するスイッチ回路５０３とを備え、制御端子５０３ａに入力される制御信号に基づいてスイッチ回路５０３の接続状態が切換制御される。アンテナＡＮＴと受信回路５０１とが接続された場合には、アンテナＡＮＴに入力された受信信号がフィルタ５０４を通過してローノイズアンプ５０５に入力される。また、アンテナＡＮＴと送信回路５０２とが接続された場合には、パワーアンプ５０６から出力された送信信号がアイソレータ５０７を通過してアンテナＡＮＴから出力される。

また、高周波回路５００には、送信信号が通過する信号経路５０２ａに主線路５０８ａが挿入された方向性結合器５０８が設けられており、主線路５０８ａに電磁界結合する副線路５０８ｂのアイソレーション側の端部（ポート）に終端抵抗Ｒが接続され、カップリング側の端部（ポート）にＡＰＣ（自動出力制御）回路５０９が接続されている。そして、パワーアンプ５０６から出力される送信信号の信号レベルがほぼ一定になるように、方向性結合器５０８により検出された送信信号の信号レベルに応じてＡＰＣ回路５０９から出力されるゲイン調整用の制御信号に基づいて、パワーアンプ５０６のゲインが調整される。

特開２００５−２９５５０３号公報（段落００３１〜００４２、図１など）

近年、携帯電話や携帯情報端末等の携帯通信端末、無線ＬＡＮ端末などの通信装置において、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆоｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：登録商標）規格、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）規格、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格など、それぞれ異なる通信規格による通信が行われる複数の通信システムを備え、複数の通信規格（マルチモード）による通信に対応した通信装置が提供されている。また、複数の通信システムを備えることによりマルチモードに対応した通信装置では、各通信システムに所定の周波数帯域が割り当てられており、複数の周波数帯域（マルチバンド）を利用して通信が行われる。また、このようにマルチモードに対応した通信装置では、それぞれ上記した通信規格による通信を行う各通信システムに加えて、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの信号を受信するための通信システムを備えるものも提供されている。

また、マルチモード、マルチバンドに対応した通信装置では、複数のマルチバンドアンテナを用いることにより、通信の品質および信頼性の向上や、通信速度の向上が図られている。例えば、ダイバーシティ方式では、同一の受信信号が複数のマルチバンドアンテナを用いて受信される。そして、各マルチバンドアンテナを用いて受信された複数の同一の受信信号が比較されて、各マルチバンドアンテナのうち最も受信状態が優れているマルチバンドアンテナを用いて通信が行われたり、複数のマルチバンドアンテナを用いて受信された複数の同一の受信信号を合成することにより受信信号に含まれるノイズが除去されることで、通信の品質および信頼性の向上が図られている。

また、例えば、キャリアアグリゲーション方式では、それぞれに互いに異なる周波数帯域が割り当てられた複数のマルチバンドアンテナを用いて通信が行われる。すなわち、通信に複数のマルチバンドアンテナが用いられて各周波数帯域が組み合わされて同時に使用されることで、通信容量の向上が図られている。

このように、複数の通信システムを備え、ダイバーシティ方式やキャリアアグリゲーション方式などの通信方式が採用されている通信装置では、高周波回路５００において、各通信システムそれぞれの所定の周波数帯域の送信信号の伝送特性をさらに向上させたり、所定の周波数帯域の送信信号がアンテナＡＮＴでの不整合などにより送信回路５０２側に反射して流入するのを抑制したりするため、各通信システムそれぞれから出力される複数の周波数帯域の送信信号や、送信信号がアンテナＡＮＴにおいて反射して戻ってくる複数の周波数帯域の高周波信号を方向性結合器５０８により精度よく検出する機能が要求されている。

この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、方向性結合器の結合出力の方向性を切り換えることができると共に、アイソレーション特性の向上を図ることにより高周波信号の検出精度を向上することができる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の高周波モジュールは、高周波回路の第１の信号経路に挿入された第１の主線路と、前記第１の主線路に電磁界結合する第１の副線路とを有する第１の方向性結合器と、前記第１の副線路における結合出力の方向性を切り換えるスイッチ手段とを備え、前記スイッチ手段は、前記第１の副線路の一端部に接続される第１の入力端子と、前記第１の副線路の他端部に接続される第２の入力端子と、前記第１の入力端子または前記第２の入力端子に入力された前記第１の副線路における結合出力が出力される出力端子と、抵抗値が異なる複数の第１の終端抵抗がそれぞれ１対１で対応して接続される複数の第１の抵抗切換端子と、抵抗値が異なる複数の第２の終端抵抗がそれぞれ１対１で対応して接続される複数の第２の抵抗切換端子と、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子のうちのいずれか１つと前記出力端子とを切換接続する方向性切換用スイッチ部と、前記第１の入力端子に並列に接続される抵抗値の異なる複数の第１の終端抵抗と、前記第２の入力端子に並列に接続される抵抗値の異なる複数の第２の終端抵抗と、前記方向性切換用スイッチ部により前記第２の入力端子が前記出力端子に接続されているときに、前記第１の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第１の入力端子に接続する第１の抵抗切換用スイッチ部と、前記方向性切換用スイッチ部により前記第１の入力端子が前記出力端子に接続されているときに、前記第２の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第２の入力端子に接続する第２の抵抗切換用スイッチ部とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、方向性切換用スイッチ部により第２の入力端子（第１の副線路の他端部）を出力端子に接続したときには、複数の第１の終端抵抗のうちの少なくとも１つを第１の入力端子（副線路の一端部）に第１の抵抗切換用スイッチ部により接続し、方向性切換用スイッチ部により第１の入力端子（副線路の一端部）を出力端子に接続したときには、複数の第２の終端抵抗のうちの少なくとも１つを第２の入力端子（副線路の他端部）に第２の抵抗切換用スイッチ部により接続することにより、第１の方向性結合器の第１の副線路における結合出力の方向性を切り換えることができる。

また、本発明においては、検出対象の高周波信号の周波数帯域や、第１の主線路に接続される高周波回路、負荷などの変動に応じて、第１の副線路における結合出力を他端部から第２の入力端子に入力する場合には、最適な抵抗値を有する第１の終端抵抗を第１の入力端子を介して副線路の一端部に接続し、第１の副線路における結合出力を一端部から第１の入力端子に入力する場合には、最適な抵抗値を有する第２の終端抵抗を第２の入力端子を介して副線路の他端部に接続する構成としている。このような構成にすることで、結合出力の周波数変化などを原因とする不整合を解消し第１の方向性結合器のアイソレーション特性を向上させて方向性を向上させることができ、高周波信号の検出精度を向上することができる。

また、前記スイッチ手段は、前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された第１のインダクタと、前記第２の入力端子と前記出力端子との間に接続された第２のインダクタとをさらに備えていてもよい。

このようにすると、第１の副線路における結合出力が他端部から第２の入力端子に入力される場合には、第１のインダクタと方向性切換用スイッチ部のオフ容量とにより、第１の入力端子と出力端子との間にＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路の共振周波数がアイソレーション特性を向上させたい周波数となるように第１のインダクタのインダクタンスを設定することにより、第２の入力端子に入力される信号の周波数における第１の入力端子と出力端子との間のアイソレーション特性を向上することができる。また、第１の副線路における結合出力が一端部から第１の入力端子に入力される場合には、第２のインダクタと方向性切換用スイッチ部のオフ容量とにより、第２の入力端子と出力端子との間にＬＣ並列共振回路が形成されるので、第１のインダクタと同様にして第２のインダクタのインダクタンスを設定することにより、第１の入力端子に入力される信号の周波数における第２の入力端子と出力端子との間のアイソレーション特性を向上することができる。

また、前記スイッチ手段は、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間に接続されたキャパシタをさらに備えていてもよい。

このようにすれば、第１の副線路の寄生インダクタンス成分とキャパシタとにより、第１の入力端子と第２の入力端子との間にＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路の共振周波数がアイソレーション特性を向上させたい周波数となるように第１の副線路の線路長や幅等の形状とキャパシタのキャパシタンスとを設定することにより、所望の周波数における第１の入力端子と第２の入力端子との間のアイソレーション特性を向上することができる。

また、複数の絶縁層が積層されて成り、前記第１の方向性結合器および前記スイッチ手段が設けられた多層基板を備え、前記スイッチ手段は前記多層基板に実装されたスイッチＩＣ部品により形成され、前記各第１の終端抵抗および前記各第２の終端抵抗が、前記スイッチＩＣ部品内に設けられていてもよい。

このように構成すると、スイッチＩＣ部品を多層基板に実装するだけで、第１の方向性結合器の方向性を切り換える回路を容易に形成することができる。

また、複数の絶縁層が積層されて成り、前記第１の方向性結合器および前記スイッチ手段が設けられた多層基板を備え、前記スイッチ手段は前記多層基板に実装されたスイッチＩＣ部品により形成され、前記各第１の終端抵抗および前記各第２の終端抵抗それぞれが、前記多層基板に実装されたチップ型部品により形成されていてもよい。

このように構成すると、スイッチＩＣ部品とチップ型部品とにより実用的な構成で第１の方向性結合器の方向性を切り換える回路を形成することができると共に、各第１、第２の終端抵抗のチップ型部品を取り換えるだけで容易に抵抗値を変更することができるので、抵抗値の設計自由度を大きくすることができる。

また、前記第１の副線路の一端部と前記第１の入力端子とを接続する第１の接続配線と、前記第１の副線路の他端部と前記第２の入力端子とを接続する第２の接続配線とが、それぞれ異なる前記絶縁層に形成されているとよい。

このように構成すれば、第１の接続配線と第２の接続配線とが電磁界結合するのを抑制することができるので、第１の入力端子と第２の入力端子との間のアイソレーション特性を向上させることができる。

また、前記第１の方向性結合器は前記多層基板に実装された表面実装部品により形成されていてもよい。

このようにすれば、表面実装部品を多層基板に実装するだけで、第１の方向性結合器を高周波回路に接続することができる。

また、第２の信号経路に挿入された第２の主線路と、前記第２の主線路に電磁界結合する第２の副線路とを有する第２の方向性結合器をさらに備え、前記スイッチ手段は、前記第２の副線路の一端部に接続される第３の入力端子と、前記第２の副線路の他端部に接続される第４の入力端子と、前記第３の入力端子に並列に接続される複数の第３の終端抵抗と、前記第４の入力端子に並列に接続される複数の第４の終端抵抗と、前記方向性切換用スイッチ部は、前記第１〜第４の入力端子のうちのいずれか１つと前記出力端子とを切換接続するものであり、前記方向性切換用スイッチ部により前記第４の入力端子が前記出力端子に接続されているときに前記第３の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第３の入力端子に接続する第３の抵抗切換用スイッチ部と、前記方向性切換用スイッチ部により前記第３の入力端子が前記出力端子に接続されているときに前記第４の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第４の入力端子に接続する第４の抵抗切換用スイッチ部とを備え、前記第１の副線路および前記第２の副線路のいずれかにおける結合出力の方向性が前記スイッチ手段により選択的に切り換えられるようにするとよい。

このように構成すると、第１、第２の主線路のそれぞれに設けられた第１、第２の方向性結合器により、第１、第２の主線路のそれぞれを両方向に通過する高周波信号を検出することができるので実用的である。

本発明によれば、方向性切換用スイッチ部により出力端子に接続される第１の副線路の端部を切り換えると共に、第１の副線路に接続される第１、第２の終端抵抗を第１、第２の抵抗切換用スイッチ部により切り換えることによって、第１の方向性結合器の第１の副線路における結合出力の方向性を切り換えることができると共に、第１の方向性結合器のアイソレーション特性を向上させることにより方向性を向上させて、高周波信号の検出精度を向上することができる。

本発明の第１実施形態にかかる高周波モジュールを示す断面図である。 図１の高周波モジュールが備える高周波回路を示す図である。 インダクタを追加することによるアイソレーション特性の向上について説明するための回路図である。 図３の回路の通過特性を示す図であり、（ａ）は信号出力側の線路の通過特性を示し、（ｂ）はアイソレーション側の線路の通過特性を示す図である。 図３の比較例を説明するための回路図である。 図５の回路の通過特性を示す図であり、（ａ）は信号出力側の線路の通過特性を示し、（ｂ）はアイソレーション側の線路の通過特性を示す図である。 キャパシタを追加することによるアイソレーション特性の向上について説明するための回路図である。 図７の回路の通過特性を示す図であり、（ａ）は信号出力側の線路の通過特性を示し、（ｂ）はアイソレーション側の線路の通過特性を示す図である。 図７の比較例を説明するための回路図である。 図９の回路の通過特性を示す図であり、（ａ）は信号出力側の線路の通過特性を示し、（ｂ）はアイソレーション側の線路の通過特性を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる高周波モジュールが備える高周波回路を示す図である。 従来の高周波モジュールが備える高周波回路を示す図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。なお、図１および図２では、本発明にかかる主要な構成のみが図示されており、説明を簡易なものとするために、その他の構成は図示省略されている。また、後の説明で参照する図１１についても、図２と同様に主要な構成のみが図示されているが、以下の説明においてはその説明は省略する。

（高周波モジュール）
図１および図２に示す高周波モジュール１は、複数の通信規格により複数の周波数帯域を利用して通信を行うマルチモード、マルチバンドに対応した通信装置（図示省略）に搭載され、このような通信装置は、ＧＳＭ規格、Ｗ−ＣＤＭＡ規格、ＬＴＥ規格、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格など、それぞれ異なる通信規格による通信を行う複数の通信システムや、それぞれ同一の通信規格で異なるバンド（周波数帯域）において通信を行う複数の通信システムを備えている。また、高周波モジュール１は、通信装置に設けられた複数のアンテナＡ１，Ａ２と、通信装置に搭載された複数の通信システム（図示省略）とを切換接続するものであり、複数の周波数帯域における通信信号を送受信可能に構成されてマルチバンドに対応したアンテナＡ１，Ａ２の後段に配置される。

また、高周波モジュール１は、第１、第２の方向性結合器３，４と、スイッチＩＣ５と、スイッチＩＣ部品６と、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４を形成するチップ型部品７と、第１、第２のキャパシタＣ１，Ｃ２を形成するチップ型部品８と、出力制御用回路（出力制御用部品）９とを備え、複数（例えば６層）の絶縁層２ａ〜２ｆが積層されて成る多層基板２を用いて構成されている。スイッチＩＣ５、スイッチＩＣ部品６、チップ型部品７，８、出力制御用回路（出力制御用部品）９は、多層基板２の実装面２１上に設けられた部品実装用のランド電極２２に実装され、多層基板２に設けられた配線電極１０を介して多層基板２の裏面２３に形成された複数の外部接続端子２４に電気的に接続される。

多層基板２は、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）多層基板や、ガラスエポキシ樹脂等により形成される樹脂多層基板などの一般的な多層基板により構成され、スイッチＩＣ５、スイッチＩＣ部品６の特性を調整したり整合回路や各種のフィルタ回路等を形成したりするためチップ型部品７，８などが必要に応じて多層基板２に実装される。また、ＣｕやＡｇなどを含む導電性材料により、ランド電極２２、外部接続端子２４、配線電極１０などの電極が多層基板２に形成されている。

配線電極１０は、６層の絶縁層２ａ〜２ｆそれぞれに必要に応じて形成された面内導体およびビア導体を備え、多層基板２に設けられたスイッチＩＣ５、スイッチＩＣ部品６、各チップ型部品７，８が、第１、第２の信号経路ＳＬ１，ＳＬ２や第１〜第４の接続配線１０ａ〜１０ｄなどを形成する配線電極１０により相互に電気的に接続される。また、第１、第２の方向性結合器３，４、整合回路および各種フィルタ回路等を形成するキャパシタやインダクタ等の回路素子などが配線電極１０により適宜形成される。なお、図１では方向性結合器４は図示省略されている。

方向性結合器３は、アンテナＡ１が接続されるアンテナ端子ＡＮＴ１ａ（外部接続端子２４）とスイッチＩＣ５の第１の共通端子ＡＮＴ１とを接続する第１の信号経路ＳＬ１に挿入された第１の主線路３１と、第１の主線路３１に電磁界結合する第１の副線路３２とを有している。また、第１の副線路３２の一端部３２ａとスイッチＩＣ部品６の第１の入力端子６ａとが第１の接続配線１０ａにより接続され、第１の副線路３２の他端部３２ｂとスイッチＩＣ部品６の第２の入力端子６ｂとが第２の接続配線１０ｂにより接続されている。また、図１に示すように、第１、第２の接続配線１０ａ，１０ｂそれぞれは、多層基板２の異なる絶縁層２ｄ，２ｆに形成されている。

方向性結合器４は、アンテナＡ２が接続されるアンテナ端子ＡＮＴ２ａ（外部接続端子２４）とスイッチＩＣ５の第２の共通端子ＡＮＴ２とを接続する第２の信号経路ＳＬ２に挿入された第２の主線路４１と、第２の主線路４１に電磁界結合する第２の副線路４２とを有している。また、第２の副線路４２の一端部４２ａとスイッチＩＣ部品６の第３の入力端子６ｃとが第３の接続配線１０ｃにより接続され、第２の副線路４２の他端部４２ｂとスイッチＩＣ部品６の第４の入力端子６ｄとが第４の接続配線１０ｄにより接続されている。また、図示省略されているが、第１、第２の接続配線１０ａ，１０ｂと同様に、第３、第４の接続配線１０ｃ，１０ｄそれぞれは、多層基板２の異なる絶縁層に形成されている。

スイッチＩＣ５は、図２に示すように、多層基板２に設けられた各アンテナ端子ＡＮＴ１ａ，ＡＮＴ２ａそれぞれに第１、第２の信号経路ＳＬ１，ＳＬ２により接続される第１、第２の共通端子ＡＮＴ１，ＡＮＴ２と、複数の切換端子５１とを有している。また、各アンテナ端子ＡＮＴ１ａ，ＡＮＴ２ａそれぞれにアンテナＡ１，Ａ２それぞれが個別に接続されることにより、各共通端子ＡＮＴ１，ＡＮＴ２それぞれに個別のアンテナＡ１，Ａ２それぞれが接続される。また、切換端子５１それぞれには、対応する通信システム（図示省略）が接続され、共通端子ＡＮＴ１，ＡＮＴ２のいずれかと、切換端子５１のいずれかとが切換接続されることにより、各通信システムが使用するアンテナＡ１，Ａ２を選択する。なお、スイッチＩＣ５の構成は周知であるため、その構成の詳細な説明は省略する。

スイッチＩＣ部品６（本発明の「スイッチ手段」に相当）は、方向性結合器３の第１の副線路３２および方向性結合器４の第２の副線路４２それぞれにおける結合出力の方向性を切り換えるものであり、第１〜第４の入力端子６ａ〜６ｄと、出力端子６ｅと、第１〜第４の入力端子６ａ〜６ｄのいずれか１つと出力端子６ｅとを切換接続する方向性切換用スイッチ部６２と、第１〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄとを備えている。

第１〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄは複数のスイッチを備え、スイッチそれぞれには、抵抗値が異なる複数の第１の終端抵抗が１対１に対応して接続されている。例えば、第１の抵抗切換用スイッチ部６３ａは第１〜第３のスイッチ素子６４ａ１〜６４ａ３を備えている。各スイッチ素子６４ａ１〜６４ａ３の一方端部は第１の入力端子６ａに接続され、他方端部のそれぞれは抵抗値が異なる複数の第１の終端抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の一端に接続されている。第２〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ｂ〜６３ｄも第１の抵抗切換用スイッチ部６３ａと同様な構成を備えているので相当符号を付すことにより、その詳細な構成の説明を省略する。なお、第１〜第４の終端抵抗それぞれの他端は、スイッチＩＣ部品６のグランド端子６ｆを介して多層基板２のグランド接続用電極に接続されている。

方向性切換用スイッチ部６２は、第１〜第４の入力端子６ａ〜６ｄそれぞれに１対１で対応して設けられたスイッチ６２ａ〜６２ｄを有している。また、各スイッチ６２ａ〜６２ｄは、それぞれの一端が対応する第１〜第４の入力端子６ａ〜６ｄに接続されると共に、それぞれの他端が出力端子６ｅに接続されている。また、この実施形態では、方向性切換用スイッチ部６２および第１〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄは、それぞれ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に必要に応じてインダクタおよびキャパシタ、レジスタが接続されることにより形成されている。

そして、方向性切換用スイッチ部６２により第２の入力端子６ｂが出力端子６ｅに接続されているときには、第１の終端抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のうちのいずれかが第１の抵抗切換用スイッチ部６３ａにより第１の入力端子６ａに接続される。また、方向性切換用スイッチ部６２により第１の入力端子６ａが出力端子６ｅに接続されているときには、第２の終端抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３のうちのいずれかが第２の抵抗切換用スイッチ部６３ｂにより第２の入力端子６ｂに接続される。この場合は、出力端子６ｅから第１の副線路３２における結合出力が出力される。

また、方向性切換用スイッチ部６２により第４の入力端子６ｄが出力端子６ｅに接続されているときには、第３の終端抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３のうちのいずれかが第３の抵抗切換用スイッチ部６３ｃにより第３の入力端子６ｃに接続される。また、方向性切換用スイッチ部６２により第３の入力端子６ｃが出力端子６ｅに接続されているときには、第４の終端抵抗Ｒ４１〜Ｒ４３のうちのいずれかが第４の抵抗切換用スイッチ部６３ｄにより第４の入力端子６ｄに接続される。この場合は、出力端子６ｅから第２の副線路４２における結合出力が出力される。

このように、方向性切換用スイッチ部６２および第１〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄの接続状態が切り換えられることにより、第１の副線路３２および第２の副線路４２のいずれかにおける結合出力の方向性がスイッチＩＣ部品６により選択的に切り換えられるようになっている。

また、図２に示すように、第１の入力端子６ａと出力端子６ｅとの間に第１のインダクタＬ１（例えば１００ｎＨ）が接続され、第２の入力端子６ｂと出力端子６ｅとの間に第２のインダクタＬ２（例えば１００ｎＨ）が接続され、第３の入力端子６ｃと出力端子６ｅとの間に第３のインダクタＬ３（例えば１００ｎＨ）が接続され、第４の入力端子６ｄと出力端子６ｅとの間に第４のインダクタＬ４（例えば１００ｎＨ）が接続されている。また、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４それぞれが多層基板２に実装されたチップ型部品７により形成されている。したがって、チップ型部品７を交換するだけで第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタンスを容易に調整することができるので、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタンスの調整範囲を変えることができる。なお、第１〜第４の終端抵抗と同様に、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４の少なくともいずれかがスイッチＩＣ部品６内に設けられていてもよい。

また、図２に示すように、第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間に第１のキャパシタＣ１（本発明の「キャパシタ」に相当、例えば０．３ｐＦ）が接続され、第３の入力端子６ｃと第４の入力端子６ｄとの間に第２のキャパシタＣ２（例えば０．３ｐＦ）が接続されている。また、第１、第２のキャパシタＣ１，Ｃ２それぞれが多層基板２に実装されたチップ型部品８により形成されている。したがって、チップ型部品８を交換するだけで第１、第２のキャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスを容易に調整することができるので、第１、第２のキャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスの調整範囲を大きくすることができる。なお、第１〜第４の終端抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同様に、第１、第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の少なくともいずれかがスイッチＩＣ部品６内に設けられていてもよい。

また、図２に示すように、出力制御用回路９がスイッチＩＣ部品６の出力端子６ｅに接続されている。例えば、第１、第２の方向性結合器３，４における主線路と副線路との電磁界結合量を２０ｄＢ程度にしておくと、主線路を通過する信号にほとんど影響を与えることなく主線路を通過する信号の一部を副線路から取り出すことができる。副線路から取り出した信号を出力端子６ｅから出力し、その出力信号に基づいて、スイッチＩＣ５の切換端子５１に接続されたパワーアンプ等に対してゲイン調整用の制御信号が出力制御用回路９から出力される。

（インダクタを追加することによるアイソレーション特性の改善）
図３〜図６を参照して第１のインダクタＬ１を追加することによりスイッチＩＣ部品６の第１の入力端子６ａと出力端子６ｅとを接続する経路と、第２の入力端子６ｂと出力端子６ｅとを接続する経路との間のアイソレーション特性が改善される点について説明する。なお、図４（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）それぞれの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は通過損失（ｄＢ）を示す。また、図４（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）それぞれにおいて、出力端子６ｅが第１ポートに相当し、入力端子６ａが第２ポートに相当し、入力端子６ｂが第３ポートに相当する。また、入力端子６ｂが第１の方向性結合器３の第１の副線路３２に接続されている場合を例に挙げて説明するが、入力端子６ａ，６ｃ，６ｄのいずれが第１の副線路３２または第２の副線路４２に接続されている場合も以下で説明する効果と同様の効果を奏することができるので、その説明は省略する。

図３において太い実線で示す信号経路である入力端子６ｂが方向性結合器３の副線路３２に接続されている場合には、副線路３２に接続された線路における通過特性（挿入損失）は、図４（ａ）に示すような特性を示し、図５のように第１、第２のインダクタＬ１，Ｌ２が設けられていない場合の図６（ａ）に示す副線路３２に接続された経路における通過特性（挿入損失）とほぼ同様の特性を示している。このように、副線路３２に接続された信号経路における挿入損失に、第２のインダクタＬ２はほぼ悪影響を与えていない。なお、本実施形態において、主線路３１を通過する通信信号の周波数帯域における中心周波数は、２．１７ＧＨｚである。

その一方で、図３中に太い波線で示す副線路３２に接続されない経路における通過特性は、同図中に示すスイッチ６２ａ（方向性切換用スイッチ部６２）のオフ容量Ｃｆと第１のインダクタＬ１とでＬＣ並列共振回路が形成されるため、図４（ｂ）に示すような特性を示す。なお、本実施形態においては、主線路３１を通過する信号の周波数帯域の中心周波数を２．１７ＧＨｚとしているため、ＬＣ並列共振回路の共振周波数が２．１７ＧＨｚになるようにインダクタＬ１の値を選択している。図５のように第１、第２のインダクタＬ１，Ｌ２が設けられていない場合の図６（ｂ）に示す副線路３２に接続されない線路における約−３４ｄＢ程度（２．１７ＧＨｚ）の通過特性と比較すると、図３の副線路３２に接続されない経路における通過特性は約−５６ｄＢ程度まで改善している。以上のように、第１、第２のインダクタＬ１，Ｌ２を追加することにより、主線路３１を通過する信号の周波数帯域において副線路３２に接続される経路の挿入損失を劣化させることなく、副線路３２に接続されない経路への信号の漏れを抑制できるため、第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂ間のアイソレーション特性を改善することができる。

（キャパシタを追加することによるアイソレーション特性の改善）
図７〜図１０を参照して第１のキャパシタＣ１を追加することによりスイッチＩＣ部品６の第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間のアイソレーション特性が改善される点について説明する。なお、図８（ａ），（ｂ）、図１０（ａ），（ｂ）それぞれの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は通過損失（ｄＢ）を示す。また、図８（ａ），（ｂ）、図１０（ａ），（ｂ）それぞれにおいて、出力端子６ｅが第１ポートに相当し、入力端子６ｂが第２ポートに相当し、入力端子６ａが第３ポートに相当する。なお、入力端子６ａが方向性結合器３に副線路３２と接続されている場合を例に挙げて説明するが、入力端子６ｂ〜６ｄのいずれが第１の副線路３２または第２の副線路４２と接続されている場合も以下で説明する効果と同様の効果を奏することができるので、その説明は省略する。

図７に示すように、入力端子６ａが方向性結合器３の副線路３２と接続されている場合には、同図中に太い実線で示す副線路３２と接続される経路における通過特性（挿入損失）は、図８（ａ）に示すような特性を示し、図９のように第１のキャパシタＣ１が設けられていない場合の図１０（ａ）に示すカップリング側の経路における通過特性（挿入損失）とほぼ同様の特性を示している。このように、副線路３２と接続されている経路における挿入損失に第１のキャパシタＣ１はほぼ悪影響を与えていない。

その一方で、図７中に太い波線で示す副線路３２と接続されない経路における通過特性（アイソレーション特性）は、同図中に示す副線路３２の寄生インダクタンス成分Ｌｆと第１のキャパシタＣ１とでＬＣ並列共振回路が形成されるため、図８（ｂ）に示すような特性を示す。図９のように第１のキャパシタＣ１が設けられていない場合の図１０（ｂ）に示す副線路３２と接続されない経路における約−４０ｄＢ程度のアイソレーション特性と比較すると、図７のアイソレーション側の線路におけるアイソレーション特性は約−４３ｄＢ程度まで改善している。以上のように、第１のキャパシタＣ１を追加することにより、副線路３２と接続される経路の挿入損失を劣化させることなく、アイソレーション特性を改善することができる。

以上のように、第１の信号経路ＳＬ１に設けられた第１の方向性結合器３の第１の副線路３２または第２の信号経路ＳＬ２に設けられた第２の方向性結合器４の第２の副線路４２の結合出力の方向性を切り換えることができるので、第１、第２の信号経路ＳＬ１，ＳＬ２それぞれを両方向に通過する高周波信号を検出することができる。

また、検出対象の高周波信号の周波数帯域や、第１の信号経路ＳＬ１に接続される高周波回路、負荷などの変動に応じて、第１の副線路３２における結合出力を他端部３２ｂから第２の入力端子６ｂに入力する場合には、最適な抵抗値を有する第１の終端抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のいずれかを第１の入力端子６ａを介して副線路３２の一端部３２ａに接続する。第１の副線路３２における結合出力を一端部３２ａから第１の入力端子６ａに入力する場合には、最適な抵抗値を有する第２の終端抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３のいずれかを第２の入力端子６ｂを介して副線路３２の他端部３２ｂに接続する。このような構成にすることにより、副線路の端部と方向性切換用スイッチ部６２との間のインピーダンスの不整合を改善し、第１の方向性結合器３のアイソレーション特性を改善して方向性を向上させることができる。これにより、第１の方向性結合器３における高周波信号の検出精度を向上することができる。

また、同様にして、第３の入力端子６ｃ（第２の副線路４２の一端部４２ａ）に接続される第３の終端抵抗Ｒ３または第４の入力端子６ｄ（第２の副線路４２の他端部４２ｂ）に接続される第４の終端抵抗Ｒ４を切り換えることにより、第２の副線路４２の端部と方向性切換用スイッチ部６２との間のインピーダンスの不整合を改善し、第２の方向性結合器４の方向性を改善してアイソレーション特性を向上させることができ。これにより、第２の方向性結合器４における高周波信号の検出精度を向上することができる。

また、第１の副線路３２における結合出力が他端部３２ｂから第２の入力端子６ｂに入力される場合には、第１のインダクタＬ１とスイッチ６２ａのオフ容量Ｃｆとにより、第１の入力端子６ａと出力端子６ｅとの間にＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路の共振周波数がアイソレーション特性を改善したい周波数となるように第１のインダクタＬ１のインダクタンスを設定することにより、第２の入力端子６ｂから入力された信号が第１の入力端子６ａ側へ回り込むことを防ぐことができる。また、第１の副線路３２における結合出力が一端部３２ａから第１の入力端子６ａに入力される場合には、第２のインダクタＬ２とスイッチ６２ｂのオフ容量Ｃｆとにより、第２の入力端子６ｂと出力端子６ｅとの間にＬＣ並列共振回路が形成されるので、第１のインダクタＬ１と同様にして第２のインダクタＬ２のインダクタンスを設定することにより、第１の入力端子６ａから入力された信号が第２の入力端子６ｂ側へ回り込むことを防ぐことができる。以上のように、第１の入力端子６ａと出力端子６ｅとを接続する経路に並列にインダクタＬ１を配置し、第２の入力端子６ｂと出力端子６ｅとを接続する経路に並列にインダクタＬ２を配置することにより、第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間のアイソレーション特性を改善することができる。

また、第１、第２のインダクタＬ１，Ｌ２と同様にして、第３のインダクタＬ３および第４のインダクタＬ４のインダクタンスを設定することにより、第３の入力端子６ｃと第４の入力端子６ｄとの間のアイソレーション特性を改善することができる。

また、第１の副線路３２の寄生インダクタンス成分と、第１の副線路３２に並列に接続された第１のキャパシタＣ１とにより、第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間にＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路の共振周波数がアイソレーション特性を向上させたい周波数となるように第１の副線路３２の線路長や幅等の形状と第１のキャパシタＣ１のキャパシタンスとを設定することにより、所望の周波数における第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間のアイソレーション特性を向上することができる。また、同様にして、第２の副線路４２の線路長や幅等の形状と第２のキャパシタＣ２のキャパシタンスとを設定することにより、所望の周波数における第３の入力端子６ｃと第４の入力端子６ｄとの間のアイソレーション特性を向上することができる。

また、複数の第１〜第４の終端抵抗がスイッチＩＣ部品６内に設けられていると、スイッチＩＣ部品６を多層基板２に実装するだけで、第１、第２の方向性結合器３，４の方向性を切り換える回路を容易に形成することができると共に、高周波モジュール１の小型化および第１、第２の方向性結合器３，４の特性の安定化を図ることができる。

また、第１の接続配線１０ａと第２の接続配線１０ｂとが、それぞれ異なる絶縁層２ｄ，２ｆに形成されているため、第１の接続配線１０ａと第２の接続配線１０ｂとが電磁界結合するのを抑制することができるので、第１の入力端子６ａと第２の入力端子６ｂとの間のアイソレーション特性を向上させることができる。また、同様に、第３の接続配線１０ｃと第４の接続配線１０ｄとが、それぞれ異なる絶縁層に形成されているため、第３の接続配線１０ｃと第４の接続配線１０ｄとが電磁界結合するのを抑制することができるので、第３の入力端子６ｃと第４の入力端子６ｄとの間のアイソレーション特性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について図１１を参照して説明する。この実施形態の高周波モジュール１が上記した第１実施形態と異なるのは、図１１に示すように、第１〜第４の終端抵抗が、多層基板２に実装されたチップ型部品１１により形成されている点である。また、第１の方向性結合器３が多層基板２に実装された表面実装部品１２により形成され、第２の方向性結合器４が多層基板２に実装された表面実装部品１３により形成されている。その他の構成および動作は上記した第１実施形態と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明は省略する。

このように構成すると、第１〜第４の終端抵抗の抵抗値を、チップ型部品１１を取り換えるだけで容易に変更することができるので、抵抗値の変更範囲を大きくすることができる。また、第１、第２の方向性結合器３、４を多層基板２の主面上に実装するため、多層基板に内蔵する構成に比べ、方向性結合器と多層基板内蔵の配線等との間のアイソレーション特性を改善することができる。

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、上記した構成がどのように組み合わされていてもよい。例えば、第１〜第４の終端抵抗や方向性結合器３，４などの回路素子の個数は上記した数に限定されるものではなく、通信装置が備える通信システムの数やアンテナＡ１，Ａ２の数などに応じて、必要な個数の回路素子を備えるようにすればよい。また、第１〜第４の各終端抵抗は、本実施形態においては、それぞれ３個の抵抗を備えている回路を示したが、各抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄは、それぞれ、その３個のうちの１つの抵抗を選択してもよいし、２つ以上の抵抗を同時に選択しても構わない。このように構成することで、終端抵抗の選択範囲を広くすることができる。

また、第１、第２の方向性結合器３，４およびスイッチＩＣ部品６が表面実装部品として一体的に構成されていてもよい。例えば、スイッチＩＣ部品６を形成する半導体基板上に第１、第２の方向性結合器３，４を配置することで、方向性結合器とスイッチＩＣの占有面積を小型化することができ、高周波モジュールを小型化することができる。

また、上記した実施形態では、方向性切換用スイッチ部６２および第１〜第４の抵抗切換用スイッチ部６３ａ〜６３ｄは、主として電界効果トランジスタにより形成されているが、ＰＩＮダイオードや、バイポーラトランジスタや静電誘導型トランジスタ等の各種のスイッチング素子により構成してもよい。

また、スイッチＩＣ５に接続されるアンテナは、上記したマルチバンド用のアンテナＡ１，Ａ２に限らず、使用する通信システムに使用される各バンドに対応したシングルバンド用の複数のアンテナをスイッチＩＣ５に接続してもよい。また、スイッチＩＣに接続されるアンテナや通信システムの数は、高周波モジュール１が搭載される通信装置の構成に応じて、適宜、最適な数に設定すればよい。

本発明は、信号経路を流れる高周波信号を検出するための方向性結合器が設けられた高周波回路を備える高周波モジュールに広く適用することができる。

１ 高周波モジュール
２ 多層基板
２ａ〜２ｆ 絶縁層
３ 第１の方向性結合器
３１ 第１の主線路
３２ 第１の副線路
４ 第２の方向性結合器
４１ 第２の主線路
４２ 第２の副線路
３２ａ，４２ａ 一端部
３２ｂ，４２ｂ 他端部
６ スイッチＩＣ部品（スイッチ手段）
６ａ 第１の入力端子
６ｂ 第２の入力端子
６ｃ 第３の入力端子
６ｄ 第４の入力端子
６ｅ 出力端子
６２ 方向性切換用スイッチ部
６３ａ 第１の抵抗切換用スイッチ部
６３ｂ 第２の抵抗切換用スイッチ部
６３ｃ 第３の抵抗切換用スイッチ部
６３ｄ 第４の抵抗切換用スイッチ部
１１ チップ型部品
１２，１３ 表面実装部品
１０ａ 第１の接続配線
１０ｂ 第２の接続配線
Ｃ１ 第１のキャパシタ（キャパシタ）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｒ１１〜Ｒ１３ 第１の終端抵抗
Ｒ２１〜Ｒ２３ 第２の終端抵抗
Ｒ３１〜Ｒ３３ 第３の終端抵抗
Ｒ４１〜Ｒ４３ 第４の終端抵抗
ＳＬ１ 第１の信号経路
ＳＬ２ 第２の信号経路

Claims (8)

1. 第１の信号経路に挿入された第１の主線路と、前記第１の主線路に電磁界結合する第１の副線路とを有する第１の方向性結合器と、
   前記第１の副線路における結合出力の方向性を切り換えるスイッチ手段とを備え、
   前記スイッチ手段は、
   前記第１の副線路の一端部に接続される第１の入力端子と、
   前記第１の副線路の他端部に接続される第２の入力端子と、
   前記第１の入力端子または前記第２の入力端子に入力された前記第１の副線路における結合出力が出力される出力端子と、
   前記第１の入力端子および前記第２の入力端子のうちのいずれか１つと前記出力端子とを切換接続する方向性切換用スイッチ部と、
   前記第１の入力端子に並列に接続される抵抗値の異なる複数の第１の終端抵抗と、
   前記第２の入力端子に並列に接続される抵抗値の異なる複数の第２の終端抵抗と、
   前記方向性切換用スイッチ部により前記第２の入力端子が前記出力端子に接続されているときに、前記第１の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第１の入力端子に接続する第１の抵抗切換用スイッチ部と、
   前記方向性切換用スイッチ部により前記第１の入力端子が前記出力端子に接続されているときに、前記第２の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第２の入力端子に接続する第２の抵抗切換用スイッチ部と
   を備えることを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記スイッチ手段は、
   前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された第１のインダクタと、
   前記第２の入力端子と前記出力端子との間に接続された第２のインダクタと
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記スイッチ手段は、
   前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間に接続されたキャパシタ
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール。
4. 複数の絶縁層が積層されて成り、前記第１の方向性結合器および前記スイッチ手段が設けられた多層基板を備え、
   前記スイッチ手段は前記多層基板に実装されたスイッチＩＣにより形成され、
   前記第１の終端抵抗および前記第２の終端抵抗が、前記スイッチＩＣ内に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波モジュール。
5. 複数の絶縁層が積層されて成り、前記第１の方向性結合器および前記スイッチ手段が設けられた多層基板を備え、
   前記スイッチ手段は前記多層基板に実装されたスイッチＩＣにより形成され、
   前記第１の終端抵抗および前記第２の終端抵抗が、前記多層基板に実装されたチップ型部品により形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波モジュール。
6. 前記第１の副線路の一端部と前記第１の入力端子とを接続する第１の接続配線と、前記第１の副線路の他端部と前記第２の入力端子とを接続する第２の接続配線とが、それぞれ異なる前記絶縁層に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の高周波モジュール。
7. 前記第１の方向性結合器は前記多層基板に実装された表面実装部品により形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の高周波モジュール。
8. 第２の信号経路に挿入された第２の主線路と、前記第２の主線路に電磁界結合する第２の副線路とを有する第２の方向性結合器をさらに備え、
   前記スイッチ手段は、
   前記第２の副線路の一端部に接続される第３の入力端子と、
   前記第２の副線路の他端部に接続される第４の入力端子と、
   前記第３の入力端子に並列に接続される複数の第３の終端抵抗と、
   前記第４の入力端子に並列に接続される複数の第４の終端抵抗と、
   前記方向性切換用スイッチ部は、前記第１〜第４の入力端子のうちのいずれか１つと前記出力端子とを切換接続するものであり、
   前記方向性切換用スイッチ部により前記第４の入力端子が前記出力端子に接続されているときに前記第３の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第３の入力端子に接続する第３の抵抗切換用スイッチ部と、
   前記方向性切換用スイッチ部により前記第３の入力端子が前記出力端子に接続されているときに前記第４の終端抵抗のうちの少なくとも１つを前記第４の入力端子に接続する第４の抵抗切換用スイッチ部とを備え、
   前記第１の副線路および前記第２の副線路のいずれかにおける結合出力の方向性が前記スイッチ手段により選択的に切り換えられる
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の高周波モジュール。

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