JPWO2015151329A1 - アンテナ整合装置 - Google Patents

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Abstract

ハイパスフィルタ(110)は、第1の端子(T1)に接続される一方端を有し、第1の周波数帯域の信号を通過させるためのフィルタである。第2の端子(T2)は、ハイパスフィルタ(110)の他方端に接続される。第1のスイッチ(310)は、ハイパスフィルタ(110)の他方端に接続される一方端を有する。第3の端子(T3)は、第1のスイッチ(310)の他方端に接続される。ローパスフィルタ(120)は、第1の端子(T1)に接続される一方端を有し、第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の信号を通過させるためのフィルタである。第4の端子(T4)は、ローパスフィルタ(120)の他方端に接続される。第2のスイッチ(320)は、ローパスフィルタ(120)の他方端に接続される一方端を有する。第5の端子(T5)は、第2のスイッチ(320)の他方端に接続される。

Description

本発明は、アンテナ整合装置に関する。
従来より、複数の周波数帯域(マルチバンド)に対応した携帯通信端末が実用に供されている。マルチバンドは、たとえば、比較的低い周波数帯域(ローバンド)と、比較的高い周波数帯域(ハイバンド)とが組合わされて構成される。携帯通信端末には、ローバンドおよびハイバンドの各バンドにおいて、良好な送受信特性が求められる。
特開2006−246070号公報(特許文献1)は、整合回路が切替えられる構成を有するアンテナ素子を開示する。この構成によって、アンテナ素子が複数のバンドのいずれかに整合される。
特開2008−160226号公報(特許文献2)は、複数のバンドのいずれかに整合される受信装置を開示する。この受信装置は、アンテナのインピーダンス変化に追従して整合回路のインピーダンスを調節する。
特開2006−246070号公報 特開2008−160226号公報
近年、複数の周波数帯域を同時に使用して送信および/または受信を行うことによって、携帯通信端末の通信速度を向上させる技術が開発されている。そのような技術の一例として、LTE(Long Term Evolution)Advanced規格(「LTE」は登録商標)で定められるキャリア・アグリゲーションと呼ばれる技術がある。以下、そのような技術を代表して、単に「キャリア・アグリゲーション」という。キャリア・アグリゲーションでは、各バンド、たとえばローバンドおよびハイバンドが同時に使用される。
特開2006−246070号公報(特許文献1)に記載のアンテナ素子および特開2008−160226号公報(特許文献2)に記載の受信装置は、いずれも、各バンドのうち1つのバンドに対して整合回路を適切に調節するように構成される。キャリア・アグリゲーション時に、1つのバンドに対して整合回路が調節されると、他のバンドに対しては適切な整合がなされない。その結果、他のバンドにおける送受信特性などが低下するので、キャリア・アグリゲーションによって達成される通信性能が損なわれる。
本発明の目的は、キャリア・アグリゲーション時の各バンドにおける送受信特性の低下を抑制することを可能にしたアンテナ整合装置を提供することである。
本発明は、ある局面において、第1の端子と、第2の端子と、第3の端子と、第4の端子と、第5の端子と、ハイパスフィルタと、ローパスフィルタと、第1のスイッチと、第2のスイッチとを備える、アンテナ整合装置である。ハイパスフィルタは、第1の端子に接続される一方端を有する。ハイパスフィルタは、第1の周波数帯域の信号を通過させるためのフィルタである。第2の端子は、ハイパスフィルタの他方端に接続される。第1のスイッチは、ハイパスフィルタの他方端に接続される一方端を有する。第3の端子は、第1のスイッチの他方端に接続される。ローパスフィルタは、第1の端子に接続される一方端を有する。ローパスフィルタは、第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の信号を通過させるためのフィルタである。第4の端子は、ローパスフィルタの他方端に接続される。第2のスイッチは、ローパスフィルタの他方端に接続される一方端を有する。第5の端子は、第2のスイッチの他方端に接続される。
上記構成のアンテナ整合装置は、たとえば、携帯通信端末に搭載されて、以下のように用いられる。第1の端子は、携帯通信端末の送受信回路に接続される。第2および第3の端子のいずれか一方には、ハイバンド用アンテナが接続される。第2および第3の端子には、ハイバンド用アンテナのための整合素子が接続される。第4および第5の端子のいずれか一方には、ローバンド用アンテナが接続される。第4および第5の端子には、ローバンド用アンテナのための整合素子が接続される。これにより、携帯通信端末の送受信回路と、ハイバンド用アンテナとは、整合素子を介するとともにハイパスフィルタ(またはハイパスフィルタおよび第1のスイッチ)を介して接続される。また、携帯通信端末の送受信回路と、ローバンド用アンテナとは、整合素子を介するとともにローパスフィルタ(またはローパスフィルタおよび第2のスイッチ)を介して接続される。整合素子によって、ハイバンドおよびローバンドのいずれのバンドにおいても、良好な整合がなされる。したがって、キャリア・アグリゲーション時に、たとえばローバンドおよびハイバンドが同時に使用されたとしても、キャリア・アグリゲーションによる通信性能が実現される。
本発明によれば、キャリア・アグリゲーション時の各バンドにおける送受信特性の低下を抑制し、通信性能を向上させることが可能になる。
実施の形態に係るアンテナ整合装置を説明するための図である。 アンテナ整合装置の応用例を説明するための図である。 アンテナ整合装置の別の応用例を説明するための図である。 実施の形態に係るアンテナ整合装置の変形例を説明するための図である。 位相回路によってもたらされる効果を概念的に説明するための図である。 多層基板に設けられるアンテナ整合装置の一例を説明するための図である。 多層基板21の層L1を示す図である。 多層基板21の層L2を示す図である。 多層基板21の層L3を示す図である。 多層基板21の層L4を示す図である。 多層基板21の層L5を示す図である。 多層基板21の層L6を示す図である。 多層基板21の層L7を示す図である。 多層基板21の層L8を示す図である。 多層基板21の層L9を示す図である。 多層基板21の層L10を示す図である。 多層基板21の層L11を示す図である。 多層基板21の層L12を示す図である。 多層基板21の層L13を示す図である。 多層基板21の層L14を示す図である。 多層基板21の層L15を示す図である。 多層基板21の層L16を示す図である。 図6に示すダイプレクサ100Aの通過特性(挿入損失)を説明するための図である。 図6に示すダイプレクサ100A、スイッチ回路11およびスイッチ回路12を含む構成のアイソレーション特性の実験結果を説明するための図である。 比較例としてのアイソレーション特性の実験結果を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、実施の形態に係るアンテナ整合装置を説明するための図である。図1を参照して、アンテナ整合装置20は、端子T1〜T6と、ダイプレクサ100と、位相回路210および220と、スイッチ310,320および330とを含む。
ダイプレクサ100は、ハイパスフィルタ(HPF)110と、ローパスフィルタ(LPF)120とを含む。HPF110は、ハイバンド(第1の周波数帯域)の信号を通過させるために用いられる。LPF120は、ローバンド(第2の周波数帯域)の信号を通過させるために用いられる。ローバンドの周波数はハイバンドの周波数よりも低い。ハイバンドの周波数帯域は、たとえば1500MHz〜3500MHz程度であり、ローバンドの周波数帯域は、たとえば600MHz〜1200MHz程度である。
ダイプレクサ100は、端子T1(第1の端子)に接続される。より具体的には、HPF110およびLPF120が端子T1に接続される。すなわち、HPF110は、端子T1に接続される一方端を有する。LPF120は、端子T1に接続される一方端を有する。
位相回路210(第1の位相回路)は、ハイバンドの信号の位相をシフト(回転)させる。位相をシフトさせる必要がない場合、アンテナ整合装置20は位相回路210を含まずに構成されてもよい。位相回路220(第2の位相回路)は、ローバンドの信号の位相をシフトさせるために用いられる。位相をシフトさせる必要がない場合、アンテナ整合装置20は位相回路220を含まずに構成されてもよい。位相回路については、後に図5を参照してさらに詳細に説明する。
端子T2(第2の端子)は、位相回路210を介してHPF110の他方端に接続される。アンテナ整合装置20が位相回路210を含まない場合、端子T2は、HPF110に直接接続される。
スイッチ310(第1のスイッチ)は、位相回路210を介してHPF110の他方端に接続される。アンテナ整合装置20が位相回路210を含まない場合、スイッチ310は、HPF110の他方端に直接接続される。すなわち、スイッチ310は、HPF110の他方端に接続される一方端を有する。
端子T3(第3の端子)は、スイッチ310の他方端に接続される。
端子T4(第4の端子)は、位相回路220を介して、LPF120の他方端に接続される。アンテナ整合装置20が位相回路220を含まない場合、端子T4は、LPF120の他方端に直接接続される。
同様に、スイッチ320(第2のスイッチ)は、位相回路220を介してLPF120の他方端に接続される。アンテナ整合装置20が位相回路220を含まない場合、スイッチ320は、LPF120の他方端に直接接続される。すなわち、スイッチ320は、LPF120の他方端に接続される一方端を有する。
端子T5(第5の端子)は、スイッチ320の他方端に接続される。
スイッチ330(第3のスイッチ)は、スイッチ320の他方端に接続される。すなわち、スイッチ330は、スイッチ320の他方端に接続される一方端を有する。
端子T6(第6の端子)は、スイッチ330の他方端に接続される。
アンテナ整合装置20は、たとえば携帯通信端末(図1には図示しない)に用いられる。とくに、アンテナ整合装置20は、キャリア・アグリゲーションに対応した携帯通信端末に好適に用いられる。
[応用例1]
図2は、アンテナ整合装置20の応用例を説明するための図である。アンテナ整合装置20は、携帯通信端末40の送受信回路30に接続される。具体的に、端子T1が送受信回路30に接続される。キャリア・アグリゲーション時、送受信回路30は、ローバンドの信号とハイバンドの信号を同時に処理することができる。キャリア・アグリゲーションによって、たとえば携帯通信端末40の通信速度が向上する。
キャリア・アグリゲーション時には、たとえば、HPF110からのハイバンドの信号が端子T1に入力されるとともに、送受信回路30からのハイバンドの信号が端子T1に出力される。同時に、LPF120からのローバンドの信号が端子T1に入力されるとともに、送受信回路30からのローバンドの信号が端子T1に出力される。すなわち、端子T1には、ハイバンドの信号が入力および出力されると同時にローバンドの周波数の信号が入力および出力される。
なお、HPF110からのハイバンドの信号は、ハイバンドにおける受信周波数の信号であり、送受信回路30からのハイバンドの信号は、ハイバンドにおける送信周波数の信号である。同様に、LPF120からのローバンドの信号は、ローバンドにおける受信周波数の信号であり、送受信回路30からのローバンドの信号は、ローバンドにおける送信周波数の信号である。
なお、受信のみのキャリア・アグリゲーション時には、ローバンドもしくはハイバンドのいずれかの信号のみ、送受信回路30から端子T1に出力されることもある。送信のみのキャリア・アグリゲーション時には、ローバンドもしくはハイバンドのいずれかの信号のみが端子T1に入力されることもある。
図2に示す例では、端子T3にはANT1が接続される。ANT1は、ハイバンドの信号の送受信を行なうためのハイバンド用アンテナである。
端子T2と端子T3との間にはインダクタ410が設けられる。インダクタ410は、ANT1のための整合素子である。スイッチ310が非導通状態(OFF)とされると、インダクタ410は、ANT1の整合素子として機能する。スイッチ310が導通状態(ON)とされると、インダクタ410は、スイッチ310によってバイパスされるため、ANT1の整合素子としては機能しない。ANT1の整合に必要でない場合には、インダクタ410を省略することも可能である。
送受信回路30とANT1とは、整合素子(インダクタ410)を介して接続され得る。図2に示す例では、インダクタ410がANT1に対してシリーズに接続され得る。インダクタ410がANT1の整合素子として機能することによって、ハイバンドにおける整合が改善される。これにより、ハイバンドにおいて良好な整合がなされる。
端子T5にはANT2が接続される。ANT2は、ローバンドの信号の送受信を行なうためのローバンド用アンテナである。
端子T4と端子T5との間にはインダクタ420が設けられる。インダクタ420は、ANT2のための整合素子である。スイッチ320がOFFとされると、インダクタ420は、ANT2の整合素子として機能する。スイッチ320がONとされると、インダクタ420は、スイッチ320によってバイパスされるため、ANT2の整合素子としては機能しない。ANT2の整合に必要でない場合には、インダクタ420を省略することも可能である。
端子T6にはインダクタ430の一方端が接続される。インダクタ430の他方端は、グランド(GND)に接続される。グランドは基準電位を有する。図2に示す例では、スイッチ330がONとされると、インダクタ430は、ANT2の整合素子として機能する。スイッチ330がOFFとされると、インダクタ430は、ANT2の整合素子としては機能しない。ANT2の整合に必要でない場合には、インダクタ430を省略し、端子T6をオープンとすることも可能である。
送受信回路30とANT2とは、整合素子(インダクタ420およびインダクタ430)を介して接続され得る。図2に示す例では、インダクタ420がANT2に対してシリーズに接続され、インダクタ430がANT2に対してシャントに接続され得る。インダクタ420およびインダクタ430がANT2の整合素子として機能することによって、ローバンドにおける整合が改善される。これにより、ローバンドにおいて良好な整合がなされる。
図2に示す例によれば、アンテナ整合装置20は、ハイバンドおよびローバンドの両方おいて良好な整合を実現する。したがって、キャリア・アグリゲーション時にローバンドおよびハイバンドが同時に使用されたとしても、携帯通信端末40では良好な通信性能が実現される。なお、図2では整合素子としてインダクタが示されるが、整合素子はインダクタに限られない。整合素子はたとえばキャパシタであってもよい。後述の図3および図4についても同様である。
[応用例2]
図3は、アンテナ整合装置20の別の応用例を説明するための図である。なお、図3および後述の図4においては携帯通信端末の図示は省略する。
図3に示す例では、端子T2にはANT1が接続される。
端子T3にはインダクタ440の一方端が接続される。インダクタ440の他方端は、グランドに接続される。スイッチ310がONとされると、インダクタ440は、ANT1の整合素子として機能する。スイッチ310がOFFとされると、インダクタ440は、ANT1の整合素子としては機能しない。ANT1の整合に必要でない場合には、インダクタ440を省略し、端子T3をオープンとすることも可能である。
送受信回路30とANT1とは、整合素子(インダクタ440)を含んで構成され得る。図3に示す例では、インダクタ440がANT1に対してシャントに接続され得る。インダクタ440がANT1の整合素子として機能することによって、ハイバンドにおける整合が改善される。これにより、ハイバンドにおいて良好な整合がなされる。
端子T4にはANT2が接続される。
端子T5にはインダクタ450の一方端が接続される。インダクタ450の他方端は、グランドに接続される。スイッチ320がONとされると、インダクタ450は、ANT2の整合素子として機能する。スイッチ320がOFFとされると、インダクタ450は、ANT2の整合素子としては機能しない。ANT2の整合に必要でない場合には、インダクタ450を省略し、端子T5をオープンとすることも可能である。
端子T6にはインダクタ460の一方端が接続される。インダクタ460の他方端は、グランドに接続される。インダクタ460を介してグランドに接続される。スイッチ330がONとされると、インダクタ460はANT2の整合素子として機能する。スイッチ330がOFFとされると、インダクタ460はANT2の整合素子としては機能しない。
送受信回路30とANT2とは、整合素子(インダクタ450およびインダクタ460)を介して接続され得る。図3に示す例では、インダクタ450およびインダクタ460が、ANT2に対してシャントに接続され得る。インダクタ450およびインダクタ460が整合素子として機能することによって、ローバンドにおける整合が改善される。これにより、ローバンドにおいて良好な整合がなされる。
図3に示す例によれば、アンテナ整合装置20は、ハイバンドおよびローバンドの両方において良好な整合を実現する。したがって、キャリア・アグリゲーション時にローバンドおよびハイバンドが同時に使用されたとしても、携帯通信端末では良好な通信性能が実現される。
応用例1(図2)では、インダクタ410がANT1に対してシリーズに、インダクタ420がANT2に対してシリーズに接続される。応用例2(図3)では、インダクタ440がANT1に対してシャントに、インダクタ450がANT2に対してシャントに接続される。このように、アンテナ整合装置20には整合素子がさまざまな態様で設けられる。したがって、整合の自由度が増す。
[変形例1]
図4は、実施の形態に係るアンテナ整合装置の変形例を説明するための図である。図4を参照して、アンテナ整合装置20Aは、端子T7,T8と、スイッチ340,350とをさらに含む点でアンテナ整合装置20(図1など)と異なる。アンテナ整合装置20Aの他の部分の構成は、図1などに示すアンテナ整合装置20の対応する部分と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
スイッチ340(第4のスイッチ)は、位相回路220を介して、LPF120の他方端に接続される。アンテナ整合装置20Aが位相回路220を含まない場合、スイッチ340は、LPF120の他方端に直接接続される。すなわち、スイッチ340は、LPF120の他方端に接続される一方端を有する。
端子T7(第7の端子)は、スイッチ340の他方端に接続される。
端子T7にはインダクタ470の一方端が接続される。インダクタ470の他方端は、グランドに接続される。スイッチ340がONとされると、インダクタ470は、ANT2の整合素子として機能する。スイッチ340がOFFとされると、インダクタ470は、ANT2の整合素子としては機能しない。ANT2の整合にインダクタ470が必要でない場合には、インダクタ470を省略し、端子T7をオープンとすることも可能である。
送受信回路30とANT2とは、整合素子(インダクタ420,インダクタ460およびインダクタ470)を介して接続され得る。図4に示す例では、インダクタ420がANT2に対してシリーズに接続され得るとともに、インダクタ460およびインダクタ470がANT2に対してシャントに接続され得る。アンテナ整合装置20Aがインダクタ420,インダクタ460およびインダクタ470の3つの整合素子を含むことで、図2または図3の構成に比べて、ローバンドにおいてさらに良好な整合がなされる。
スイッチ350(第5のスイッチ)は、スイッチ310の他方端に接続される。すなわち、スイッチ350は、スイッチ310の他方端に接続される一方端を有する。
端子T8(第8の端子)は、スイッチ350の他方端に接続される。
端子T8にはインダクタ480の一方端が接続される。インダクタ480の他方端は、グランドに接続される。スイッチ350がONとされると、インダクタ480はANT1の整合素子として機能する。スイッチ350がOFFとされると、インダクタ480はANT1の整合素子としては機能しない。ANT1の整合にインダクタ480が必要でない場合には、インダクタ480を省略し、端子T8をオープンとすることも可能である。
送受信回路30とANT1とは、整合素子(インダクタ410およびインダクタ480)を介して接続され得る。図4に示す例では、インダクタ410がANT1に対してシリーズに接続され得るとともに、インダクタ480がANT1に対してシャントに接続され得る。アンテナ整合装置20Aがインダクタ410およびインダクタ480の2つの整合素子を含むことで、図2または図3の構成に比べて、ハイバンドにおいてさらに良好な整合がなされる。
図4に示す構成においては、スイッチ340に代えて可変容量素子を配置してもよい。可変容量素子の容量を調節することで整合の自由度が増す。可変容量素子の容量を最小に調節し、可変容量素子のインピーダンスをハイインピーダンスとすることで、インダクタ470の整合素子としての機能を抑制することもできる。スイッチ350についても同様である。
アンテナ整合装置20Aは、図1などに示すアンテナ整合装置20と比較して、より多くの整合素子含む。これにより、ハイバンドおよびローバンドのいずれのバンドにおいて、アンテナ整合装置20と比較して、さらに良好な整合がなされる。したがって、キャリア・アグリゲーション時にローバンドおよびハイバンドが同時に使用されたとしても、携帯通信端末では良好な通信性能が実現される。
[位相回路の説明]
図1を参照して説明したように、アンテナ整合装置20は位相回路(位相回路210および位相回路220)を含んでもよい。
図5は、位相回路によってもたらされる効果を概念的に説明するための図である。説明の便宜上、図5には、アンテナ整合装置20のうち、端子T1,T3およびT5と、ダイプレクサ100と、位相回路220と、スイッチ310および320とが図示され、その他の構成は図示されない。端子T1には、送受信回路30が接続される。端子T3にはANT1が接続される。端子T5にはANT2が接続される。
キャリア・アグリゲーション時、たとえば送受信回路30は、ローバンドの送信信号を端子T1に供給(出力)すると同時に、ローバンドおよびハイバンドの受信信号を端子T1から受ける。もちろん、キャリア・アグリゲーション時には、送受信回路30は、さらにハイバンドの送信信号を端子T1に供給(出力)すると同時に、ローバンドおよびハイバンドの受信信号を端子T1から受けてもよい。
アンテナ整合装置20が位相回路210および位相回路220を含まない場合、送受信回路30からのローバンドの送信信号は、LPF120およびスイッチ320を通り、ANT2から送信される。このとき、スイッチ320において、送信信号の整数倍の高調波がスプリアスとして発生する可能性がある。たとえば、送信信号の3倍波がスプリアスとして発生する。スイッチ320で発生したスプリアスは、ANT2によって送信される(「3fo」として図示される)。具体的に、スイッチ320で発生した一部のスプリアスは直接端子T5を通りANT2に到達して送信され、残りのスプリアスはLPF120の一端(120−L)で反射したのちにスイッチ320および端子T5を通りANT2に到達して送信される。この現象は、同様に整数倍の高調波でも発生する。
スプリアスの周波数はハイバンドの周波数と重複し得る。先に述べたように、たとえば、ローバンドは600MHz〜1200MHz程度であり、ハイバンドは1500MHz〜3500MHz程度である。このため、たとえば、ローバンドのうち600MHz〜1167MHzの周波数の3倍波の周波数と、ハイバンドのうち1800MHz〜3500MHzの周波数とは重複する。ローバンドの3倍波とハイバンドとが重複する場合、ANT2によって送信されたスプリアスは、ANT1によって受信され、送受信回路30に到達する。送受信回路30に到達したスプリアスの影響により、ハイバンドにおける通信性能(たとえば受信感度)が低下する。3倍波以外でも、ローバンドの周波数の整数倍の周波数がハイバンドの周波数と重複する場合には、同様の問題がある。
アンテナ整合装置20が位相回路220を含む場合、スイッチ320で発生した一部のスプリアスは直接ANT2に到達して送信される。一方、残りのスプリアスは位相回路220を通り、LPF120の一端(120−L)で反射した後、再び位相回路220を通り、ANT2に到達して送信される。位相回路220が適切に設計されることで、ANT2に直接到達する一部のスプリアスと、LPF120で反射した後にANT2に到達する残りのスプリアスとが打消し合う。その結果、ANT2からはスプリアスがほとんど送信されず、ハイバンドにおける通信性能(たとえば受信感度)の低下が抑制される。
スプリアスの位相が位相回路220によって90度回転すると、ANT2に直接到達する一部のスプリアスと、LPF120で反射した後にANT2に到達する残りのスプリアスとが良好に打消し合う。したがって、好ましくは、位相回路220は、ハイバンド内の所定の周波数を有する信号の位相を90度シフト(回転)させるように構成される。位相回路220は、たとえばマイクロストリップラインなどの分布定数線路を含んで構成される。位相回路220は、インダクタおよびキャパシタなどからなる集中定数回路を含んで構成されてもよい。
スイッチ310とHPF110との間には、位相回路210が設けられてもよい。たとえば、ハイバンドの信号がANT1から送信される場合に、スイッチ310によってスプリアスが生じ得る。位相回路210を設けることによって、そのスプリアスを抑制できる。
[多層基板]
実施の形態に係るアンテナ整合装置は、たとえば基板を利用して構成される。基板は、たとえば多層基板とすることができる。実施の形態に係るアンテナ整合装置を実現する多層基板の例について、図6から図22を参照して説明する。
図6は、多層基板に設けられるアンテナ整合装置の一例を説明するための図である。図6を参照して、アンテナ整合装置20Bに含まれる各素子は、多層基板21に設けられる。アンテナ整合装置20Bは、端子T1〜T6およびT8と、ダイプレクサ100Aと、スイッチ回路11および12と、位相回路220Aと、制御端子CTL1〜CTL4と、電圧供給ラインPL0〜PL4(の少なくとも一部)と、キャパシタ13〜17とを含む。キャパシタ13〜17は、電圧供給ラインPL0〜PL4上のノイズを除去するためのバイパスコンデンサとしての役割を果たす。端子T1〜T6およびT8は、先に図1から図3を参照して説明したアンテナ整合装置20および図4を参照して説明したアンテナ整合装置20Aの端子T1〜T6,T8と同様の端子であるため、ここでは説明を繰り返さない。
ダイプレクサ100Aは、ハイパスフィルタ(HPF)110Aと、ローパスフィルタ(LPF)120Aとを含む。図6のダイプレクサ100A,HPF110AおよびLPF120Aは、たとえば図4のダイプレクサ100,HPF110およびLPF120にそれぞれ対応する。
HPF110Aは、キャパシタ1およびキャパシタ4と、インダクタ2およびインダクタ3とを含む。キャパシタ1とインダクタ2とは、ハイバンドの信号を通過させるようにL型に配置され、インダクタ2の一方端はグランドに接続されている。インダクタ3とキャパシタ4とは端子T2に対して直列に接続され、ローバンドの所定の周波数の信号を並列共振によって減衰させるように配置される。なお、HPF110Aは、たとえばSAW(Surface Accouustic Wave)フィルタで実現されてもよい。
LPF120Aは、インダクタ5およびインダクタ7と、キャパシタ6およびキャパシタ8とを含む。インダクタ5とキャパシタ6とは、ローバンドの周波数を通過させるようにL型に配置され、キャパシタ6の一方端はグランドに接続されている。インダクタ7とキャパシタ8とはインダクタ9に対して直列に接続され、ハイバンドの所定の周波数の信号を並列共振によって減衰させるように配置される。なお、LPF120Aは、たとえばSAWフィルタで実現されてもよい。
位相回路220Aは、ローバンドの信号の位相をシフトさせる。図6の位相回路220Aは、図4の位相回路220に対応する。位相回路220Aは、インダクタ9と、キャパシタ10とを含む。好ましくは、インダクタ9とキャパシタ10とは、ハイバンド内の所定の周波数を有する信号の位相を90度回転させる(シフトさせる)ようにL型に配置され、キャパシタ10の一方端はグランドに接続されている。
スイッチ回路11は、スイッチ11−1およびスイッチ11−2を含む。スイッチ11−1およびスイッチ11−2として、たとえばSPDT(Single Pole Double Through)スイッチが用いられる。スイッチ回路11は1チップに集積化され、IC(Integrated Circuit)として実現され得る。図6のスイッチ11−1およびスイッチ11−2は、たとえば図4のスイッチ310および350にそれぞれ対応する。
電圧供給ラインPL0,PL3およびPL4は、スイッチ回路11に電圧を供給するために設けられる。スイッチ回路11には、電圧供給ラインPL0,PL3およびPL4のいずれかを介して、電源電圧VDD、制御端子CTL3からの制御信号、および制御端子CTL4からの制御信号がそれぞれ供給される。電源電圧VDDは、スイッチ11−1およびスイッチ11−2に与えられる。制御端子CTL3からの制御信号によって、スイッチ11−1が制御され、制御端子CTL4からの制御信号によって、スイッチ11−2が制御される。
スイッチ回路12は、スイッチ12−1およびスイッチ12−2を含む。スイッチ11−1およびスイッチ11−2と同様に、スイッチ12−1およびスイッチ12−2として、たとえばSPDTスイッチが用いられる。スイッチ回路11と同様に、スイッチ回路12も1チップに集積化され、ICとして実現され得る。図6のスイッチ12−1およびスイッチ12−2は、たとえば図4のスイッチ320および330にそれぞれ対応する。
電圧供給ラインPL0,PL1およびPL2は、スイッチ回路12に電圧を供給するために設けられる。スイッチ回路12には、電圧供給ラインPL0,PL1およびPL2のいずれかを介して、電源電圧VDD、制御端子CLT1からの制御信号、および制御端子CLT2からの制御信号がそれぞれ供給される。電源電圧VDDは、スイッチ12−1およびスイッチ12−2に与えられる。制御端子CTL1からの制御信号によってスイッチ12−1が制御され、制御端子CTL2からの制御信号によってスイッチ12−2が制御される。
電圧供給ラインPL0〜PL4は、キャパシタ13〜17のいずれかを介してグランドに接続される。キャパシタ13〜17によって、たとえば電圧供給ラインPL0〜PL4の電圧が安定するとともに、電源のノイズまたはスイッチからのノイズを抑制することができる。したがって、スイッチ11−1,11−2,12−1および12−2の動作が安定する。
アンテナ整合装置20Bにおいて、キャパシタ4,6,8,10,14,15,16および17は、多層基板21の内層に形成される。
多層基板21の材料はとくに限定されないが、たとえばセラミックまたは樹脂などの誘電体(絶縁体)が挙げられる。適切な材料の選択により、多層基板21において、たとえば所望の誘電率が得られる。
図7から図22は、多層基板21の各層の配線パターン(レイアウト)を説明するための図である。これらの図に示す例では、多層基板21は16層の基板である。
多層基板21は層L1(図7)から層L16(図22)まで、この順に積層されて構成される。層L1から層L16は、多層基板21の厚み方向に沿って積層される。なお、図22に示す配線パターンは、層L16の面のうち、積層されたときに層L15側とは反対側の面における配線パターンを示す。つまり、図22に示す層L16は、表裏反転した状態で積層される。
層L1(図7)は、アンテナ整合装置20Bに含まれる素子のうち、ディスクリート部品、たとえばコンデンサおよびスイッチなどが実装される実装面を含む。層L16(図22)は、アンテナ整合装置20Bの外部(たとえば多層基板21が実装される他の基板)にアクセスするための端子を含む。
層L2(図8)から層L15(図21)は、多層基板21の内層である。内層には、層L1に実装される各ディスクリート部品の配置、および層L16に設けられる各端子の配置に応じて、必要な配線パターンが形成される。
図7から図22において白丸「○」で表される部分は、ビアホール(ビア)を示す。ビアは、多層基板21の各層の配線パターンを電気的に接続する。
図7を参照して、たとえば、層L1には、キャパシタ1および13と、インダクタ2,3,5,7および9と、スイッチ回路11および12とが、ディスクリート部品として設けられる。
なお、図7に示すスイッチ回路11は、図6には示されないロジック回路部11−3を含む。ロジック回路部11−3は、スイッチ11−1および11−2のための論理回路などを含む。電源電圧VDDと、スイッチ11−1および11−2を制御するための各制御信号とは、ロジック回路部11−3に入力される。同様に、スイッチ回路12は、図6に示されないロジック回路部12−3を含む。ロジック回路部12−3は、スイッチ12−1および12−2のための論理回路などを含む。電源電圧VDDと、スイッチ12−1および12−2を制御するための各制御信号とは、ロジック回路部12−3に入力される。
図8を参照して、たとえば、層L2には、電圧供給ラインPL0の一部と、電圧供給ラインPL2の一部と,電圧供給ラインPL3の一部とが配線パターンとして形成される。
図9を参照して、たとえば、層L3には、電圧供給ラインPL1の一部と、電圧供給ラインPL4の一部とが、配線パターンとして形成される。
図10を参照して、たとえば、層L4には、電圧供給ラインPL3の一部が、配線パターンとして形成される。
図11を参照して、たとえば、層L5には、キャパシタ4の電極の一部と、グランド面(GND)とが配線パターンとして形成される。層L5がグランド面を有することによって、たとえば各層の間のアイソレーションが確保される。
図12を参照して、たとえば、層L6には、キャパシタ4の電極の一部と、キャパシタ6の電極の一部と、キャパシタ10の一方の電極とが、配線パターンとして形成される。
図13を参照して、たとえば、層L7には、キャパシタ4の電極の一部と、キャパシタ8の電極とが、配線パターンとして形成される。
図14を参照して、たとえば、層L8には、キャパシタ4の電極の一部と、キャパシタ6の電極の一部とが、配線パターンとして形成される。
図15を参照して、たとえば、層L9には、グランド面が配線パターンとして形成される。層L9がグランド面を有することによって、たとえば各層の間のアイソレーションが確保される。
図16を参照して、たとえば、層L10には、配線パターンはほとんど形成されない。層L10は、配線パターンを増加させるための予備の層として利用されてもよい。
図17を参照して、たとえば、層L11には、グランド面が配線パターンとして形成される。層L11がグランド面を有することによって、たとえば各層の間のアイソレーションが確保される。
図18を参照して、たとえば、層L12には、キャパシタ14の電極と、キャパシタ15の電極と、電圧供給ラインPL1の一部と、電圧供給ラインPL3の一部とが、配線パターンとして形成される。
図19を参照して、たとえば、層L13には、グランド面が配線パターンとして形成される。層L13がグランド面を有することによって、たとえば各層の間のアイソレーションが確保される。
図20を参照して、たとえば、層L14には、キャパシタ16の電極と、キャパシタ17の電極と、電圧供給ラインPL2の一部と、PL4の一部とが、配線パターンとして形成される。
図21を参照して、たとえば、層L15には、グランド面が配線パターンとして形成される。層L15がグランド面を有することによって、たとえば各層の間のアイソレーションが確保される。
図22を参照して、たとえば、層L16には端子T1〜T6およびT8が設けられる。端子T1〜T6およびT8以外に、層L16には、アンテナ整合装置20Bの外部とアクセスするための種々の端子が設けられる。たとえば端子「VDD」は、スイッチ11−1,11−2,12−1および12−2に電源電圧VDDを供給するための端子である。端子「CTL1」、端子「CTL2」、端子「CTL3」、端子「CTL4」は、スイッチ12−1,12−2,11−1および11−2を制御するための各制御信号を供給するための端子である。端子「GND」は、アンテナ整合装置20Bに基準電位(GND)を供給するための端子である。
アンテナ整合装置20Bに含まれるいくつかのキャパシタは、多層基板21の異なる層に形成された互いに対向する複数の配線パターンを有する。
具体的に、キャパシタ4の一方の電極は層L5(図11)および層L7(図13)に形成され、他方の電極は層L6(図12)および層L8(図14)に形成される。キャパシタ6の一方の電極は層L6(図12)および層L8(図14)に形成され、他方の電極は層L5(図11)のグランド面および層L9(図15)のグランド面に含まれる。キャパシタ8の一方の電極は層L7(図13)に形成され、他方の電極は層L6(図12)および層L8(図14)のキャパシタ6の電極に含まれる。キャパシタ14および15の各々は、一方の電極が層L12(図18)に形成され、他方の電極が、層L11(図17)および層L13(図19)のグランド面に含まれる。キャパシタ16および17の各々は、一方の電極が層L14(図20)に形成され、他方の電極が層L13(図19)および層L15(図21)のグランド面に含まれる。
また、アンテナ整合装置20Bでは、多層基板21において、スイッチ11−1の一方端は、端子T2の上方に配置されて端子T2と接続され、他方端は、端子T3の上方に配置されて端子T3と接続される。スイッチ11−2の一方端は、端子T3の上方に配置されて端子T3と接続され、他方端は、端子T8の上方に配置されて端子T8と接続される。スイッチ12−1の一方端は、端子T4の上方に配置されて端子T4と接続され、他方端は、端子T5の上方に配置されて端子T5と接続される。スイッチ12−2の一方端は、端子T5の上方に配置されて端子T5と接続され、他方端は、端子T6の上方に配置されて端子T6と接続される。層L1(図7)に配置されたスイッチ11−1,11−2,12−1および12−2の各端子は、多層基板21においてほとんど配線パターンを介することなく、ほぼ最短距離で層L16(図22)の各端子に接続される。これにより、たとえば配線パターンの長さによって生じる寄生インダクタンスが低減される。
図7から図22を参照して、アンテナ整合装置20Bが多層基板21を用いて実現されることについて説明したが、多層基板21の配線パターンを適宜変更することで、図1に示すアンテナ整合装置20および図4に示すアンテナ整合装置20Aについても、同様に、多層基板21を用いて実現される。
[各バンド間のアイソレーション]
再び図6を参照して、アンテナ整合装置20Bでは、ハイバンドにおけるスイッチ12−1およびスイッチ12−2と、ローバンドにおけるスイッチ11−1およびスイッチ11−2との間のアイソレーションを大きくすることが好ましい。先に述べたように、各スイッチにはたとえばSPDTスイッチが用いられ、それらは1チップに集積化され得る。しかし、ハイバンドにおけるスイッチ12−1およびスイッチ12−2と、ローバンドにおけるスイッチ11−1およびスイッチ11−2とのすべてを1チップに集積化すると、両バンドの間のアイソレーションの確保が困難になる。そこで、アンテナ整合装置20Bでは、図7に示すように、ハイバンドにおけるスイッチ12−1およびスイッチ12−2を含むスイッチ回路12と、ローバンドにおけるスイッチ11−1およびスイッチ11−2を含むスイッチ回路11とを個別に設けている。この構成の効果について、次に図23〜図25を参照して説明する。
図23は、図6に示すダイプレクサ100Aの通過特性(挿入損失)を説明するための図である。図23に示すグラフの「H」はハイバンド側の経路の通過特性を示し、「L」はローバンド側の経路の通過特性を示す。「H」は、図6に示す端子T1と端子T2との間の通過特性である。「L」は、図6に示す端子T1と端子T4との間の通過特性(位相回路220Aの特性は考慮されないものとする)である。
図23に示すように、ハイバンド側の通過特性Hは、ハイバンド(1500MHz以上)において良好な通過特性を示し、ローバンド(1200MHz以下)において良好な減衰特性を示す。ローバンド側の通過特性Lは、ローバンドにおいて良好な通過特性を示し、ハイバンドにおいて良好な減衰特性を示す。
図24は、図6に示すダイプレクサ100A、スイッチ回路11およびスイッチ回路12を含む構成のアイソレーション特性の実験結果を説明するための図である。図24に示されたアイソレーション特性は、たとえば端子T3と端子T5との間の挿入損失(位相回路220Aの特性は考慮されないものとする)に対応する。このとき、スイッチ11−1とスイッチ12−1とはONとされた状態で、アイソレーション特性が測定される。図24に示す例では、図7に示すように、スイッチ回路11およびスイッチ回路12は個別に設けられる。
図24に示すように、ハイバンド(1500MHz以上)とローバンド(1200MHz以下)とにおいて、最大で−50dB程度の減衰量(すなわちアイソレーション)が得られていることがわかる。このアイソレーションは、次に説明する比較例よりも大きい。したがって、実施の形態によれば、良好なアイソレーション特性が実現される。
図25は、比較例としてのアイソレーション特性を説明するための図である。図25は、図6に示すスイッチ回路11およびスイッチ回路12が、1チップに集積化された場合のアイソレーション特性の実験結果を示す。
図25に示すように、ハイバンド(1500MHz以上)とローバンド(1200MHz以下)とにおいて、最大でも−28dB程度のアイソレーションしか得られないことがわかる。
このように、ハイバンドのスイッチとローバンドのスイッチとを1チップに集積化して設けると、図25に示すようにハイバンドとローバンドとの間のアイソレーションの確保が難しくなる。図7に示すアンテナ整合装置20Bのように、ハイバンドのスイッチ12−1およびスイッチ12−2と、ローバンドのスイッチ11−1およびスイッチ11−2とを個別に設けることで、図24に示すように、ハイバンドとローバンドとの間のアイソレーションが確保される。
なお、実施の形態に係るアンテナ整合装置に含まれるスイッチは、いずれも可変容量素子に置き換えてもよい。すなわち、先に図4を参照して説明したスイッチ340および350と同様に、図1〜図5に示される構成において、スイッチ310,320,330に代えて可変容量素子を配置することが可能である。同様に、図6に示される構成において、スイッチ11−1,11−2,12−1および12−2に代えて可変容量素子を配置することが可能である。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,4,6,8,10,13〜17 キャパシタ、2,3,5,7,9,410,420,430,440,450,460,470,480 インダクタ、T1〜T8 端子、11,12 スイッチ回路、11−1,11−2,12−1,12−2,310,320,330,340,350 スイッチ、11−3,12−3 ロジック回路部、21 多層基板、20,20A,20B アンテナ整合装置、30 送受信回路、40 携帯通信端末、100,100A ダイプレクサ,110,110A ハイパスフィルタ(HPF)、120,120A ローパスフィルタ(LPF)、210,220,220A 位相回路、PL0〜PL4 電圧供給ライン。
端子T6にはインダクタ460の一方端が接続される。インダクタ460の他方端は、グランドに接続される。スイッチ330がONとされると、インダクタ460はANT2の整合素子として機能する。スイッチ330がOFFとされると、インダクタ460はANT2の整合素子としては機能しない。
LPF120Aは、インダクタ5およびインダクタ7と、キャパシタ6およびキャパシタ8とを含む。インダクタ5とキャパシタ6とは、ローバンドの所定の周波数の信号を通過させるようにL型に配置され、キャパシタ6の一方端はグランドに接続されている。インダクタ7とキャパシタ8とはインダクタ9に対して直列に接続され、ハイバンドの所定の周波数の信号を並列共振によって減衰させるように配置される。なお、LPF120Aは、たとえばSAWフィルタで実現されてもよい。
スイッチ回路11は、スイッチ11−1およびスイッチ11−2を含む。スイッチ11−1およびスイッチ11−2として、たとえばSPDT(Single Pole Double Throw)スイッチが用いられる。スイッチ回路11は1チップに集積化され、IC(Integrated Circuit)として実現され得る。図6のスイッチ11−1およびスイッチ11−2は、たとえば図4のスイッチ310および350にそれぞれ対応する。
電圧供給ラインPL0,PL1およびPL2は、スイッチ回路12に電圧を供給するために設けられる。スイッチ回路12には、電圧供給ラインPL0,PL1およびPL2のいずれかを介して、電源電圧VDD、制御端子CTL1からの制御信号、および制御端子CTL2からの制御信号がそれぞれ供給される。電源電圧VDDは、スイッチ12−1およびスイッチ12−2に与えられる。制御端子CTL1からの制御信号によってスイッチ12−1が制御され、制御端子CTL2からの制御信号によってスイッチ12−2が制御される。
図20を参照して、たとえば、層L14には、キャパシタ16の電極と、キャパシタ17の電極と、電圧供給ラインPL2の一部と、電圧供給ラインPL4の一部とが、配線パターンとして形成される。

Claims (11)

  1. 第1の端子と、
    前記第1の端子に接続される一方端を有し、第1の周波数帯域の信号を通過させるためのハイパスフィルタと、
    前記第1の端子に接続される一方端を有し、前記第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の信号を通過させるためのローパスフィルタと、
    前記ハイパスフィルタの他方端に接続される第2の端子と、
    前記ハイパスフィルタの前記他方端に接続される一方端を有する第1のスイッチと、
    前記第1のスイッチの他方端に接続される第3の端子と、
    前記ローパスフィルタの他方端に接続される第4の端子と、
    前記ローパスフィルタの前記他方端に接続される一方端を有する第2のスイッチと、
    前記第2のスイッチの他方端に接続される第5の端子とを備える、アンテナ整合装置。
  2. 前記第1の端子には、前記第1の周波数帯域の信号が入力および出力されると同時に前記第2の周波数帯域の信号が入力および出力される、請求項1に記載のアンテナ整合装置。
  3. 前記第2のスイッチの前記他方端に接続される一方端を有する第3のスイッチと、
    前記第3のスイッチの他方端に接続される第6の端子とをさらに備える、請求項1または請求項2に記載のアンテナ整合装置。
  4. 前記ローパスフィルタの前記他方端に接続される一方端を有する第4のスイッチと、
    前記第4のスイッチの他方端に接続される第7の端子とをさらに備える、請求項3に記載のアンテナ整合装置。
  5. 前記ローパスフィルタの前記他方端と前記第2のスイッチの前記一方端との間に設けられる位相回路をさらに備える、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ整合装置。
  6. 前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタは、インダクタおよびキャパシタを含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ整合装置。
  7. 前記インダクタは、基板に設けられる配線パターンを有する、請求項6に記載のアンテナ整合装置。
  8. 前記基板は、多層基板であり、
    前記多層基板は、少なくとも1つの前記スイッチに電圧を供給するための電圧供給ラインと、前記電圧供給ラインに設けられるバイパスコンデンサとを含み、
    前記バイパスコンデンサは、前記多層基板の異なる層に形成されて互いに対向する複数の配線パターンを有する、請求項7に記載のアンテナ整合装置。
  9. 前記位相回路は、前記第2の周波数帯域内の所定の周波数を有する信号の位相を90度回転させるように構成される、請求項5に記載のアンテナ整合装置。
  10. 少なくとも1つの前記位相回路は、分布定数線路を含む、請求項5に記載のアンテナ整合装置。
  11. 少なくとも1つの前記位相回路は、集中定数回路を含む、請求項5に記載のアンテナ整合装置。
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