JPWO2012102284A1 - 送信モジュール - Google Patents

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真悟 柳原
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俊二 吉見
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Abstract

スイッチ素子による損失を防止し、複数種類の送信信号を増幅して、より低損失に出力できるマルチバンドの送信モジュールを実現する。送信モジュール(10)は、パワーアンプ(11)およびマルチバンドアイソレータ(12)を備える。パワーアンプ(11)の出力端は、マルチバンドアイソレータ(12)の単一の入力端子へ接続している。マルチバンドアイソレータ(12)は、低周波数用の個別アイソレータ(120L)と、高周波数用の個別アイソレータ(120H)とを備える。個別アイソレータ(120L,120H)の各入力端は、マルチバンドアイソレータ(12)の単一の入力端子に接続している。個別アイソレータ(120L,120H)の各出力端は、それぞれにマルチバンドアイソレータ(12)の低周波数側の出力端子、および高周波数側の出力端子に接続している。

Description

本発明は、送信信号を増幅して出力する送信モジュール、特に、複数の周波数帯域の送信信号を増幅して出力可能なマルチバンドの送信モジュールに関する。
携帯電話機等に搭載されている無線通信モジュールは、送信信号を生成してアンテナへ出力する送信回路と、アンテナで受信した信号を増幅する受信回路とが備えられている。特に、現在マルチバンド対応の無線通信モジュールが要求されており、送信回路としては、それぞれに異なる周波数の送信信号を生成し、アンテナへ供給する必要がある。このため、特許文献1には、複数種類の送信信号を生成する送信信号発生器と、送信信号発生器からの送信信号を増幅するパワーアンプ(PA)と、PAから出力される送信信号を切り替えて、送信信号の種類毎に設けられたデュプレクサへ出力するスイッチ素子と、を備えた送信装置が開示されている。
特開2008−154201号公報
しかしながら、特許文献1に示すような送信装置(送信回路)では、PAによって増幅された送信信号を、スイッチ素子で切り替えて出力する構造となるため、当該スイッチ素子で発生する損失により、送信信号が不要に減衰してしまう。
したがって、本発明の目的は、スイッチ素子による損失を防止し、複数種類の送信信号を増幅して、より低損失に出力できるマルチバンドの送信モジュールを実現することにある。
この発明は、送信信号を増幅して出力する送信モジュールに関する。本発明の送信モジュールは、パワーアンプとマルチバンドアイソレータとを備える。パワーアンプは、異なる周波数帯域を利用した複数の送信信号を増幅する。マルチバンドアイソレータは、パワーアンプの出力端に接続している。マルチバンドアイソレータは、一つの入力端子に対して送信信号毎に異なる複数の出力端子を備え、入力端子と出力端子との間にそれぞれ個別アイソレータが接続されたマルチバンドアイソレータ、を備える。
この構成では、パワーアンプから出力された各周波数帯域の送信信号は、それぞれの送信信号に対応したアイソレータを通過して、個別の出力端子から出力される。これにより、従来の構成のようなスイッチ素子による損失は生じない。
また、この発明の送信モジュールでは、パワーアンプの出力端とマルチバンドアイソレータの入力端子との間に検波回路を備えることが好ましい。
この構成では、検波回路を備えることで、パワーアンプからの出力の一部をフィードバックでき、パワーアンプの出力を安定させる制御に用いることができる。この際、一つの検波回路で複数の送信信号のフィードバックが可能になる。
また、この発明の送信モジュールでは、マルチバンドアイソレータの出力端子に検波回路を備えることが好ましい。
この構成では、出力される送信信号毎にフィードバック制御が可能になり、さらにアイソレータでの損失を含んだ上でのフィードバック制御が可能になる。
また、この発明の送信モジュールでは、検波回路は、パワーアンプの出力端とマルチバンドアイソレータの入力端子とを接続する伝送線路電極を主線路とした方向性結合器であることが好ましい。
この構成では、パワーアンプとマルチバンドアイソレータとの間に接続する検波回路として、方向性結合器を用いた場合を示している。このような方向性結合器を用いることで、主線路をパワーアンプとマルチバンドアイソレータとの間の整合回路としても機能させることができる。これにより、パワーアンプからマルチバンドアイソレータへの伝送損失を抑制できる。
また、この発明の送信モジュールでは、方向性結合器は、パワーアンプ側から方向性結合器の入力端を見たインピーダンスと、方向性結合器の出力端からマルチバンドアイソレータ側を見たインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合機能を有する、ことが好ましい。
この構成では、パワーアンプと方向性結合器との間のインピーダンスマッチングと、方向性結合器とマルチバンドアイソレータとの間のインピーダンスマッチングとを適正に行うことができる。これにより、各送信信号を低損失に伝送することができる。
また、この発明の送信モジュールでは、方向性結合器は、パワーアンプ側から方向性結合器の入力端を見たインピーダンスが方向性結合器の出力端からマルチバンドアイソレータ側を見たインピーダンスよりも低くなるように形成されている、ことが好ましい。
この構成では、方向性結合器のインピーダンス設計の具体例を示している。通常、パワーアンプは低い出力インピーダンスで構成される。特に、最終段のFETを小さくする場合、出力インピーダンス(例えば約3Ω)が低くなる。一方、マルチバンドアイソレータは、送信信号に対してより高いインピーダンス(約50Ω)に設定されている。したがって、方向性結合器のパワーアンプ側を相対的に低インピーダンス(例えば約3Ω)とし、マルチバンドアイソレータ側を相対的に高インピーダンス(例えば約25Ω)にするインピーダンス変換を行うことで、送信信号の低損失な伝送が可能になる。また、パワーアンプを小型化できるので、当該パワーアンプが搭載される送信モジュールを小型化できる。
また、この発明の送信モジュールは、さらに次の構成を有することが好ましい。マルチバンドアイソレータは、高周波数帯域用の個別アイソレータと、低周波数帯域用の個別アイソレータとを備える。マルチバンドアイソレータの入力端子と、低周波数帯域用の個別アイソレータとの間に、インダクタとキャパシタとを用いた低域通過フィルタ回路が備えられている。
この構成では、低域通過フィルタにより、低周波数側の送信信号の通過および高周波数側の送信信号の減衰が行われるとともに、低周波数側の送信信号に対するインピーダンス変換が行われる。これにより、個別アイソレータのみによる急激なインピーダンス変換ではなく、低域通過フィルタと個別アイソレータとによる段階的なインピーダンス変換が行われるため、より低損失な送信信号の伝送が可能となる。
この発明によれば、複数種類の送信信号を増幅して、より低損失に出力することができるマルチバンドの送信モジュールを実現することができる。
第1の実施形態に係る送信モジュール10を含む通信モジュール1の回路構成図である。 第1の実施形態に係る送信モジュール10の外観斜視図である。 第2の実施形態に係る送信モジュール10Aの回路構成図である。 第3の実施形態に係る送信モジュール10Bの回路構成図である。 第4の実施形態に係る送信モジュール10Cの回路構成図である。 第5の実施形態に係る送信モジュール10Dの回路構成図である。
本発明の第1の実施形態に係る送信モジュール10について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、低周波数側の通信信号としてWCDMA850の通信信号もしくはWCDMA900の通信信号を用い、高周波数側の通信信号としてWCDMA1800の通信信号もしくはWCDMA1900の通信信号を用いる場合を示す。
図1は第1の実施形態に係る送信モジュール10を含む通信モジュール1の回路構成図である。図2は第1の実施形態に係る送信モジュール10の外観斜視図である。なお、図2では本実施形態における主要な実装型素子のみを記載し、それ以外の実装型素子(例えばスイッチ素子やデュプレクサ)については図示を省略している。
送信モジュール10は、図1、図2に示すような通信モジュール1に備えられる。通信モジュール1は、送信モジュール10、コントロールIC20、スイッチ素子30、デュプレクサ40H,40L、スイッチ素子50を備える。
コントロールIC20は、ベースバンドIC21およびRFIC22を備える。これらは、各周波数の送信信号、具体的には低周波数側通信の送信信号(第1送信信号)および高周波数側通信の送信信号(第2送信信号)を生成する。また、コントロールIC20は、デュプレクサ40H,40Lから出力された低周波数側通信の受信信号(第1受信信号)および高周波数側通信の受信信号(第2受信信号)を出力したり、復調したりする。また、コントロールIC20は、スイッチ素子30,50のスイッチング制御も行う。通信モジュール1は、例えばプリント基板などのマザー基板上に送信モジュール10や他の部品が実装されて構成され、コントロールIC20は、マザー基板上に実装される実装型ICで実現される。
コントロールIC20のRFIC22から出力された第1送信信号もしくは第2送信信号は、スイッチ素子30へ出力される。スイッチ素子30は、第1送信信号もしくは第2送信信号のいずれかを、スイッチング制御に応じて送信モジュール10へ出力する。
送信モジュール10は、パワーアンプ11、マルチバンドアイソレータ12を備える。パワーアンプ11は、第1送信信号および第2送信信号を、無線通信に適したレベルまで増幅可能なマルチバンド型の増幅回路である。パワーアンプ11は、図2に示すように、積層体900の天面に実装される実装型素子である。
第1送信信号もしくは第2送信信号は、パワーアンプ11の入力端に入力され、増幅されて、パワーアンプ11の出力端からマルチバンドアイソレータの入力端へ出力される。
マルチバンドアイソレータ12は、1入力2出力のアイソレータであり、第1送信信号に対応した個別アイソレータ120Lと、第2送信信号に対応した個別アイソレータ120Hとを備える。マルチバンドアイソレータ12としての単一の入力端子は、各個別アイソレータ120L,120Hの入力端に接続している。マルチバンドアイソレータ12の二つの出力端子は、それぞれに個別アイソレータ120L,120Hの出力端に接続している。
個別アイソレータ120L,120Hは、例えば特開2006−311455に示すように、フェライトコアと、当該フェライトコアに対して配設された電極パターンと、これらフェライトコアおよび電極パターンからなるコア部材を狭持する永久磁石とから形成されるコア部と、電極パターンの一方端部を入力端とし他方端部を出力端とした時にコア部と入力端もしくは出力端との間に配置されるキャパシタやインダクタ等の周辺回路とから構成されるアイソレータ素子である。この際、個別アイソレータ120Lは、第1送信信号の周波数帯域に対してのみ、入力端から出力端へのみ低損失に伝送するように、コア部材が形成されている。個別アイソレータ120Hは、第2送信信号の周波数帯域に対してのみ、入力端から出力端へのみ低損失に伝送するように、コア部材が形成されている。
なお、各個別アイソレータ120L,120Hの入力端と出力端の周辺回路は、伝送線路とグランド電位とを接続し、整合機能も有しており(図示せず)、個別アイソレータ120L,120Hの入力端と出力端におけるインピーダンス整合を行っている。
このような構成とすることで、個別アイソレータ120L,120Hを小型に構成することができる。そして、これら個別アイソレータ120L,120Hは、図2に示すように、積層体900に実装されている。したがって、マルチバンドアイソレータ12としての形状も小さくすることができる。
マルチバンドアイソレータ12は、パワーアンプ11から出力された第1送信信号を、個別アイソレータ120Lを介して、デュプレクサ40Lへ出力する。マルチバンドアイソレータ12は、パワーアンプ11から出力された第2送信信号を、個別アイソレータ120Hを介して、デュプレクサ40Hへ出力する。
このような構成とすることで、従来の構成に示すように、パワーアンプ11の直後にスイッチ素子を備えなくても、第1送信信号をデュプレクサ40Lへ出力し、第2送信信号をデュプレクサ40Hへ出力する、マルチバンドの送信モジュール10を実現することができる。そして、上述の構成を用いることで、スイッチ素子を必要としないので、当該スイッチ素子による損失が生じず、各送信信号のいずれに対しても低損失なマルチバンドの送信モジュール10を実現することができる。
デュプレクサ40Lは、例えばSAWデュプレクサによって実現され、送信側SAWフィルタと受信側SAWフィルタとから構成される。デュプレクサ40Lの送信側SAWフィルタは、第1送信信号の周波数帯域を通過帯域とし、第1受信信号の周波数帯域を含む他の周波数帯域を減衰帯域とするフィルタである。デュプレクサ40Lの受信側SAWフィルタは、第1受信信号の周波数帯域を通過帯域とし、第1送信信号の周波数帯域を含む他の周波数帯域を減衰帯域とするフィルタである。
デュプレクサ40Lに入力された第1送信信号は、送信側SAWフィルタを介してスイッチ素子50へ出力される。スイッチ素子50からの第1受信信号は、受信側SAWフィルタを通過して、コントロールIC20のRFIC22へ出力される。
デュプレクサ40Hも、通過帯域が異なるだけで、基本構成はデュプレクサ40Lと同じである。デュプレクサ40Hに入力された第2送信信号は、送信側SAWフィルタを介してスイッチ素子50へ出力される。スイッチ素子50からの第2受信信号は、受信側SAWフィルタを通過して、コントロールIC20のRFIC22へ出力される。
スイッチ素子50は、デュプレクサ40H,40Lに接続する個別端子と、外部のアンテナANTに接続する共通端子とを備え、スイッチ制御に基づいて、個別端子のいずれかを共通端子へ接続する。具体的には、低周波数側通信の送受信を行う場合には、デュプレクサ40LとアンテナANTを接続するように、低周波数通信用の個別端子と共通端子を接続する。高周波数側通信の送受信を行う場合には、デュプレクサ40HとアンテナANTを接続するように、高周波数通信用の個別端子と共通端子を接続する。
以上のような回路構成により、通信モジュール1が実現される。なお、当該通信モジュール1は、上述の説明で部分的に説明したが、図2に示すように、積層体900と実装型素子とから、図1に示す回路を機構的に実現している。積層体900は内部電極パターンが形成された誘電体層を所定層積層してなる。この内部電極パターンおよび層間を接続するビアホール電極により、実装型素子以外の回路構成を実現している。積層体900の天面には、コントロールIC20、パワーアンプ11、個別アイソレータ120L,120Hを実現する実装型素子が実装されている。また、図示しないが、デュプレクサ40L,40Hやスイッチ素子30,50を実現する実装型素子も実装されている。そして、これら実装型素子が実装された積層体900の天面は樹脂901により覆われており、天面および各実装型素子を外部環境から保護している。
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、生成する各周波数帯域の送信信号のいずれに対しても低損失に伝送して出力する通信モジュール1を実現できる。さらに、本実施形態の個別アイソレータ120L、120Hを用いることで、小型の通信モジュール1を実現することができる。
次に、第2の実施形態に係る送信モジュールについて、図を参照して説明する。図3は第2の実施形態に係る送信モジュール10Aの回路構成図である。なお、送信モジュール10Aを除く通信モジュールの基本的構成は、第1の実施形態の通信モジュールと同じであるので、必要箇所を除いて、説明は省略する。
本実施形態の送信モジュール10Aは、パワーアンプ11の出力端とマルチバンドアイソレータ12の入力端子との間に、検波回路13Aが接続された構成からなる。
検波回路13Aは、パワーアンプ11の出力端とマルチバンドアイソレータ12の入力端子とを接続する伝送線路電極に一方端が接続されたキャパシタCcを備える。キャパシタCcの他方端は、コントロールIC20へ接続されている。
このような構成とすることで、パワーアンプ11から出力された送信信号のレベルに応じたレベルのフィードバック信号がコントロールIC20へ出力される。コントロールIC20は、フィードバック信号のレベルに基づいて、パワーアンプ11への入力電力レベルを制御する。これにより、安定してレベルの送信信号をパワーアンプ11から出力することができる。
さらに、本実施形態の構成にすることで、第1送信信号および第2送信信号の双方に対して、単一の検波回路13Aで安定したレベルの送信信号を出力することが可能になる。これにより、通信モジュールを殆ど大型化することなく、複数周波数の送信信号に対するフィードバック制御を実行することができる。特に、図3に示すようなキャパシタCcのみの構成とし、積層体900の内層電極でキャパシタCcを実現すれば、フィードバック制御機能を有しながら、小型の通信モジュールを実現することができる。
次に、第3の実施形態に係る送信モジュールについて、図を参照して説明する。図4は第3の実施形態に係る送信モジュール10Bの回路構成図である。なお、送信モジュール10Bを除く通信モジュールの基本的構成は、第1の実施形態の通信モジュールと同じであるので、必要箇所を除いて、説明は省略する。
本実施形態の送信モジュール10Bは、各個別アイソレータ120L,120Hに、それぞれ検波回路13L,13Hが接続されている。
検波回路13Lは、個別アイソレータ120Lの出力端子と送信モジュール10Bの低周波数通信側の出力端子とを接続する伝送線路電極に一方端が接続されたキャパシタCc1を備える。キャパシタCc1の他方端は、コントロールIC20へ接続されている。キャパシタCc1は、第1送信信号の周波数帯域に準じてキャパシタンスが設定されている。
検波回路13Hは、個別アイソレータ120Hの出力端子と送信モジュール10Bの高周波数通信側の出力端子とを接続する伝送線路電極に一方端が接続されたキャパシタCc2を備える。キャパシタCc2の他方端は、コントロールIC20へ接続されている。キャパシタCc2は、第2送信信号の周波数帯域に準じてキャパシタンスが設定されている。
このような構成とすることで、マルチバンドアイソレータ12による損失を含んだ上で、送信信号毎に、パワーアンプ11の増幅率のフィードバック制御を行うことができる。
また、図4に示すように、検波回路13L,13HをキャパシタCc1もしくはキャパシタCc2のみの構成とし、積層体900の内層電極でキャパシタCc1,Cc2を実現すれば、検波回路が追加されても、小型の通信モジュールを実現することができる。
次に、第4の実施形態に係る送信モジュールについて、図を参照して説明する。図5は第4の実施形態に係る送信モジュール10Cの回路構成図である。なお、検波回路13Cを除く送信モジュールの基本的構成は、第2の実施形態の通信モジュールと同じであるので、必要箇所を除いて、説明は省略する。
本実施形態の検波回路13Cは、パワーアンプ11の出力端とマルチバンドアイソレータ12の入力端子とを接続する伝送線路電極を主線路とし、当該主線路に結合する副線路を備える方向性結合器からなる。副線路の一方端は、コントロールIC20へ接続され、他方端は所定のインピーダンスで終端されている。このような構成であっても、第2の実施形態と同様に、パワーアンプ11へのフィードバック制御が可能となる。
また、例えば、これら主線路と副線路とを積層体の内層電極パターンで形成すれば、通信モジュールを小型化することができる。
さらに、本実施形態の構成を用いることで、主線路の電極の長さや主線路と副線路との結合で生じるインダクタンスやキャパシタンスによって、方向性結合器からなる検波回路13Cをインピーダンス整合回路として機能させることもできる。
これにより、個別にパワーアンプ11とマルチバンドアイソレータ12との間のインピーダンス整合を行う整合回路を必要としない。したがって、より低損失な特性を有しながら、小型の送信モジュールおよび通信モジュールを実現することができる。
次に、第5の実施形態に係る送信モジュールについて、図を参照して説明する。図6は第5の実施形態に係る送信モジュール10Dの回路構成図である。なお、送信モジュール10Dを除く通信モジュールの基本的構成は、第1の実施形態の通信モジュールと同じであるので、必要箇所を除いて、説明は省略する。
本実施形態の送信モジュール10Dは、マルチバンドアイソレータ12Dの構成が、第1の実施形態のマルチバンドアイソレータ12と異なる。
マルチバンドアイソレータ12Dは、当該マルチバンドアイソレータ12Dの単一の入力端子と低周波数側の個別アイソレータ120Lの入力端との間に、低域通過フィルタ(LPF)121が接続されている。
LPF121は、マルチバンドアイソレータ12Dの単一の入力端子と低周波数側の個別アイソレータ120Lの入力端との間に直列接続されたインダクタL1と、当該インダクタL1の両端をグランドに接続するキャパシタC11,C12とからなるπ型の回路からなる。
LPF121は、インダクタL1、キャパシタC11,C12の素子値を適宜設定することで、第1送信信号の周波数帯域を通過帯域として、第2送信信号の周波数帯域を含む、当該通過帯域の高周波数帯側を減衰する特性を有する。これにより、個別アイソレータ120Lには、第1送信信号のみが入力され、第2送信信号は入力されない。
また、LPF121は、インダクタL1、キャパシタC11,C12の素子値を適宜設定することで、インピーダンス変換回路としても機能する。この際、パワーアンプ11の出力側(マルチバンドアイソレータ12の入力端子側)が、相対的に低インピーダンス(約5Ω)になり、個別アイソレータ120Lの入力側が相対的に高インピーダンス(約25Ω)になるように、LPF121を設定する。このような構成とすることで、第1送信信号に対して、LPF121と個別アイソレータ120Lの複数段により、段階的にインピーダンス変換が実行されるので、インピーダンス変換損失を低減することができる。これにより、さらに低損失な送信モジュールおよび通信モジュールを実現することができる。
なお、上述の各実施形態は、個別に特徴的な構成を示しているが、これらの各実施形態の構成を組み合わせても、上述の各実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
また、上述の実施形態では、低周波数側の通信信号としてWCDMA850の通信信号もしくはWCDMA900の通信信号を用い、高周波数側の通信信号としてWCDMA1800の通信信号もしくはWCDMA1900の通信信号を用いる例を示したが、低周波数側の通信信号としてWCDMA850を用い、高周波数側の通信信号としてWCDMA950の通信信号を用いるような構成に利用することもできる。ただし、上述の構成を用いる場合、低周波数側の通信信号の周波数帯域と高周波数側の通信信号の周波数帯域とが離間しているほど、より有効となる。また、WCDMA系の通信信号のみでなく、他の通信信号に対しても同様に、上述の構成を適用することができる。
また、上述の実施形態では、一入力二出力のマルチバンドアイソレータを例に説明したが、N=2以上の整数とし、一入力N出力のマルチバンドアイソレータに対しても、上述の構成を適用することができる。
1:通信モジュール、10,10A,10B,10C,10D:送信モジュール、11:パワーアンプ、12,12D:マルチバンドアイソレータ、13A,13H,13L:検波回路、13C:検波回路(方向性結合器)、20:コントロールIC、21:ベースバンドIC、22:RFIC、30,50:スイッチ素子、40H,40L:デュプレクサ、120L,120H:個別アイソレータ、121:低域通過フィルタ

Claims (7)

  1. 異なる周波数帯域を利用した複数の送信信号を増幅するパワーアンプと、
    該パワーアンプの出力端に接続し、一つの入力端子に対して、前記複数の送信信号毎に異なる出力端子を備え、前記入力端子と前記出力端子との間にそれぞれ個別アイソレータが接続されたマルチバンドアイソレータと、を備えた送信モジュール。
  2. 請求項1に記載の送信モジュールであって、
    前記パワーアンプの前記出力端と前記マルチバンドアイソレータの前記入力端子との間に検波回路を備えた、送信モジュール。
  3. 請求項1に記載の送信モジュールであって、
    前記マルチバンドアイソレータの前記出力端子に検波回路を備えた、送信モジュール。
  4. 請求項2に記載の送信モジュールであって、
    前記検波回路は、前記パワーアンプの出力端と前記マルチバンドアイソレータの入力端子とを接続する伝送線路電極を主線路とした方向性結合器である、送信モジュール。
  5. 請求項4に記載の送信モジュールであって、
    前記方向性結合器は、前記パワーアンプ側から前記方向性結合器の入力端を見たインピーダンスと、前記方向性結合器の出力端から前記マルチバンドアイソレータ側を見たインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合機能を有する、送信モジュール。
  6. 請求項5に記載の送信モジュールであって、
    前記方向性結合器は、前記パワーアンプ側から前記方向性結合器の入力端を見たインピーダンスが前記方向性結合器の出力端から前記マルチバンドアイソレータ側を見たインピーダンスよりも低くなるように形成されている、送信モジュール。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の送信モジュールであって、
    前記マルチバンドアイソレータは、高周波数帯域用の個別アイソレータと、低周波数帯域用の個別アイソレータとを備え、
    前記マルチバンドアイソレータの入力端子と、前記低周波数帯域用の個別アイソレータとの間に、インダクタとキャパシタとを用いた低域通過フィルタ回路が備えられている、送信モジュール。
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