JPWO2017077852A1 - 分波装置及びその設計方法 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る分波装置は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器(10)と、増幅器(10)の出力端子に共通に設けられ、かつ、複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路(70)と、複数の信号経路(70)に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタ(50)とを備え、複数の受信信号の周波数帯域における増幅器(10)の利得の各々が、複数の送信信号の周波数帯域における増幅器(10)の利得の各々よりも小さい。

Description

本発明は、分波装置及びその設計方法に関し、特に3以上のマルチバンド化に対応できる分波装置及びその設計方法に関する。
従来、送信周波数帯域と受信周波数帯域とが互いに異なる無線通信機の送信機において、増幅器を備える分波装置を組み込む構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。この送信機(分波装置)では、増幅器の前段にインピーダンス整合・位相調整回路を設けることにより、増幅器に入力される送信信号の位相を予め定められた位相範囲内の位相に調整する。これにより、この送信機によれば受信周波数帯域のノイズ成分を抑制することができる。
特開2007−181021号公報
近年の通信機に用いられる分波装置には、複数の通信帯域(バンド帯)への対応、いわゆるマルチバンド化が要求されている。
しかしながら、共通の増幅器を用いて上記従来の分波装置をマルチバンド化した構成では、受信感度が劣化する通信帯域の信号経路が生じる場合がある。
このような問題を解消するため、例えば、各通信帯域の信号経路に上記のインピーダンス整合・位相調整回路をそれぞれ設ける構成が考えられる。しかし、この構成であっても、さらなるマルチバンド化にともなって通信帯域の信号経路の数が増えた場合、送信信号の位相を適切な位相範囲内に調整することが難しくなる。そのため、この構成であっても、送受信端子間のアイソレーションが劣化し、受信周波数帯域のノイズ成分を抑制することが難しく、受信感度が劣化する通信帯域が生じ得る。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる分波装置及びその設計方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る分波装置は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタとを備え、複数の前記受信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得の各々が、複数の前記送信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得の各々よりも小さい。
これによれば、増幅器で増幅された信号は、複数の受信信号の周波数帯域のいずれについても、複数の送信信号の周波数帯域のいずれよりも小さくなる。このため、送受信フィルタを介して受信側へ漏れる受信信号の周波数帯域の信号を抑制することができる。つまり、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。
また、上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る分波装置は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタとを備え、前記増幅器の出力インピーダンスで正規化した第一のスミスチャートにおいて、前記出力端子から前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における全ての第一の負荷インピーダンスは、前記増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置することにしてもよい。
このように、第一のスミスチャートにおいて、第一の負荷インピーダンスが増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置することにより、複数の受信信号の周波数帯域における増幅器の利得のいずれについても、複数の送信信号の周波数帯域における増幅器の利得のいずれよりも小さくすることができる。よって、上述と同様の効果が奏される。つまり、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。
また、前記第一のスミスチャートにおいて、前記第一の負荷インピーダンスは前記最大点から位相が90度以上異なる領域に位置することにしてもよい。
このように、第一のスミスチャートにおいて、第一の負荷インピーダンスが増幅器の利得の最大点から位相が90度以上異なる領域に位置することにより、受信信号の周波数帯域内での増幅器の利得を抑制しつつ、かつ、当該利得の均一化が図られる。このため、同一の通信帯域内における受信感度の変動を抑制することができる。
また、さらに、複数の前記受信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得は、複数の前記送信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得よりも小さいことにしてもよい。
これにより、受信感度が劣化する通信帯域を一層生じにくくすることができる。
また、さらに、前記出力端子と前記複数の信号経路の共通ノードとの間に設けられた共通整合回路と、前記共通ノードと前記複数の送受信フィルタとの間の前記複数の信号経路に設けられた複数の個別整合回路とを備えることにしてもよい。
このように複数の信号経路に個別に設けられた複数の個別整合回路によって、共通整合回路の出力端から個別整合回路側を見た受信信号の周波数帯域での負荷インピーダンスを高精度に調整することができる。このため、共通整合回路によってインピーダンス整合を図りやすい位相に負荷インピーダンスを調整することができる。
また、前記複数の信号経路のインピーダンスで正規化した第二のスミスチャートにおいて、前記共通ノードから前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における第二の負荷インピーダンスは、位相が略一致することにしてもよい。
これにより、共通整合回路の出力端から個別整合回路側を見た受信信号の周波数帯域(受信信号帯域)での負荷インピーダンスの位相が略一致する。このため、増幅器の出力端子において、当該周波数帯域のインピーダンスを複数の通信帯域について同一条件で整合を図ることができる。つまり、同一の整合回路によって、複数の通信帯域についてインピーダンス整合を図ることができる。このため、共通整合回路によって、複数の通信帯域における受信信号の周波数帯域を含む広帯域でのインピーダンス整合を図ることができる。
また、前記複数の個別整合回路の各々は、前記第二のスミスチャートにおいて、当該個別整合回路を設けることによる前記第二の負荷インピーダンスの位相回転量が小さくなるように構成されていることにしてもよい。
このように位相回転量が小さくなるように個別整合回路を構成することにより、良好なインピーダンス整合が容易に図られるとともに、個別整合回路の小型化が図られる。
また、前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、前記第二のスミスチャートにおいて前記第二の負荷インピーダンスの前記位相回転量が小さくなるようなハイパスフィルタ型及びローパスフィルタ型の整合回路のうちのいずれかで構成されていることにしてもよい。
また、前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、配線またはインダクタにより構成されていることにしてもよい。
これによれば、回路構成の簡素化及び小型化が図られる。
また、前記共通整合回路及び前記複数の個別整合回路の各々は、インダクタ及びコンデンサから構成される1段以上のLCフィルタを有し、前記複数の個別整合回路の各々は、前記共通整合回路よりも段数の多いLCフィルタを有することにしてもよい。
このように共通整合回路よりもLCフィルタの段数が多い複数の個別整合回路を設けることにより、共通整合回路の出力端から個別整合回路側を見た受信信号の周波数帯域(受信信号帯域)での負荷インピーダンスを高精度に調整しつつ、共通整合回路の簡素化及び小型化が図られる。
また、前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、対応する送受信フィルタに内蔵されていることにしてもよい。
これによれば、分波装置の簡素化及び小型化が図られる。
また、さらに、前記共通整合回路と前記複数の個別整合回路との間に設けられ、前記複数の信号経路の各々を前記共通ノードと選択的に接続または開放状態にするスイッチを備えることにしてもよい。
また、前記スイッチは、前記複数の信号経路のうち2以上の信号経路を前記共通ノードと接続することにしてもよい。
これによれば、異なる通信帯域を同時に使用する、いわゆるキャリアアグリゲーション(CA)方式に適用することができる。
また、本発明の一態様に係る分波装置の設計方法は、次のような分波装置の設計方法である。つまり、分波装置は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタと、前記出力端子と前記複数の信号経路の共通ノードとの間に設けられた共通整合回路と、前記共通ノードと前記複数の送受信フィルタとの間の前記複数の信号経路に設けられた複数の個別整合回路とを備える。また、分波装置の設計方法は、前記複数の信号経路のインピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、前記共通ノードから前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスについての位相が略一致するように、前記複数の個別整合回路の素子値を調整する第一の調整ステップと、前記第一の調整ステップの後、前記増幅器の出力インピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、前記出力端子から前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスが前記増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置するように、前記共通整合回路の素子値を調整する第二の調整ステップとを含む。
本発明に係る分波装置等によれば、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。
図1は、実施の形態に係るPAモジュールの回路構成図である。 図2Aは、実施の形態において、増幅器の出力端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。 図2Bは、実施の形態において、スイッチの選択端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。 図3Aは、実施の形態において、増幅器の出力端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。 図3Bは、実施の形態において、スイッチの選択端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。 図4は、実施の形態の比較例に係るPAモジュールの回路構成図である。 図5Aは、実施の形態の比較例において、増幅器の出力端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。 図5Bは、実施の形態の比較例において、スイッチの選択端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。 図6Aは、実施の形態の比較例において、増幅器の出力端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。 図6Bは、実施の形態の比較例において、スイッチの選択端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。 図7は、実施の形態及び比較例におけるBand20でのアイソレーション特性を示すグラフである。 図8は、変形例1に係るPAモジュールの回路構成図である。 図9は、変形例2に係るPAモジュールの回路構成図である。 図10は、変形例3に係るPAモジュールの回路構成図である。 図11は、変形例4に係るPAモジュールの回路構成図である。 図12は、変形例5に係るPAモジュールの回路構成図である。 図13は、分波装置の設計方法を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態、設計方法、および設計方法の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の実施の形態において、「接続される」とは、直接接続される場合だけでなく、他の素子等を介して電気的に接続される場合も含まれる。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
また、以下の実施の形態及び変形例では、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器を備える分波装置として、PA(Power Amplifier)モジュールを例に説明する。
(実施の形態)
[1. 構成]
本実施の形態に係るPAモジュールは、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)等から入力された送信信号を増幅してアンテナ等に出力するモジュールである。具体的には、当該PAモジュールは、3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅可能なモジュールであって、例えば、LTE(Long Term Evolution)等の通信規格に準拠した携帯電話等の小型の無線通信機器に搭載される。
図1は、本実施の形態に係るPAモジュール1の回路構成図である。なお、同図では、送信入力端子Ptx、アンテナ端子Pant.、及び、受信出力端子Prx1〜Prx4に入力または出力される信号を破線で囲んで示している。
同図に示すPAモジュール1は、送受信する通信帯域(Band)を切り替え可能なマルチバンド対応のPAモジュールである。
同図に示すように、PAモジュール1は、送信入力端子Ptxに入力された3以上の通信帯域の送信信号を増幅してアンテナ端子Pant.から出力する。さらに、PAモジュール1は、アンテナ端子Pant.に入力された当該3以上の通信帯域の受信信号を受信出力端子Prx1〜Prx4から出力する。
本実施の形態では、PAモジュール1は、例えば、Band26(送信信号の帯域:814−849MHz、受信信号の帯域:859−894MHz)、Band8(送信信号の帯域:880−915MHz、受信信号の帯域:925−960MHz)、Band20(送信信号の帯域:832−862MHz、受信信号の帯域:791−821MHz)、及び、Band12(送信信号の帯域:699−716MHz、受信信号の帯域:729−746MHz)の4つの通信帯域に対応する。
つまり、送信入力端子Ptxは、当該4つの通信帯域の送信信号が入力される。図1では、送信入力端子Ptxに入力される信号(送信信号)を矩形状に破線で囲んで示し、例えば、Band26の送信信号については「B26Tx」と表記している。
また、アンテナ端子Pant.からは、当該4つの通信帯域の送信信号が出力され、かつ、当該4つの通信帯域の受信信号が入力される。図1では、アンテナ端子Pant.から出力される信号または入力される信号(送信信号または受信信号、つまり送受信信号)を矩形状及び角丸の矩形状の二重破線で囲んで示し、例えば、Band26の送受信信号については「B26TRx」と表記している。
また、受信出力端子Prx1〜Prx4からは、当該4つの通信帯域の受信信号が出力される。図1では、受信出力端子Prx1〜Prx4の各々から出力される信号(受信信号)を角丸の矩形状の破線で囲んで示し、例えば、Band26の受信信号については「B26Rx」と表記している。
なお、送信信号、受信信号及び送受信信号の表記について、Band26を例に説明したが、これ以外の通信帯域の上記信号の表記についても、当該通信帯域に対応する数字を用いて同様に表記している。また、以降に示す他の図についても同様に表記している。また、以降に示す他の図では、送信信号及び受信信号の周波数帯域として、上記信号の表記を用いている場合がある。
以下、PAモジュール1の具体的な構成について説明する。
図1に示すように、本実施の形態では、PAモジュール1は、増幅器10と、共通整合回路20と、スイッチ30と、複数の個別整合回路40を有する個別整合回路群40Gと、複数の送受信フィルタ50と、スイッチ60と、複数の信号経路70とを備える。
増幅器10は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する、例えばマルチバンド対応のPAICである。本実施の形態では、増幅器10は、4つの通信帯域(ここではBand26、Band4、Band20、Band12)の送信信号を増幅する。
増幅器10は、SiやGaAs等の半導体基板を用いて作製された、広帯域増幅回路等の電力増幅回路を備える。電力増幅回路は、例えば、多段接続されたFET(Field Effect Transistor)やHBT(Heterojunction Bipolar Transistor)等の増幅素子を有し、半導体基板に形成される。なお、電力増幅回路は、複数の増幅素子の段間や入力端部あるいは出力端部に配置された整合回路を有してかまわない。
共通整合回路20は、増幅器10の出力端子と複数の信号経路70(本実施の形態では4つの信号経路71〜74)の共通ノードとの間に設けられた整合回路である。ここで、共通ノードとは、複数の信号経路70が束ねられたノードであり、本実施の形態ではスイッチ30の共通端子である。
共通整合回路20は、増幅器10の出力インピーダンスと当該共通ノードとのインピーダンス整合(マッチング)を図る回路である。ここで、共通整合回路20は、所定の条件を満たすように構成(設計)されているが、この条件については後述するため、以下では共通整合回路20の具体的な構成の一例について説明する。なお、以下で説明する共通整合回路20の構成は一例であり、後述する所定の条件を満たせば、どのような構成であってもかまわない。
一般的に整合回路は直列リアクタンス素子と並列リアクタンス素子とを有する。本実施の形態の共通整合回路20は、当該直列リアクタンス素子として、増幅器10側から順にインダクタL1及びコンデンサC2を有し、当該並列リアクタンス素子として、インダクタL1とコンデンサC2との接続ノードをグランドにシャントするコンデンサC1を有する、T型回路で構成されている。
スイッチ30は、共通整合回路20と複数の個別整合回路40(本実施の形態では4つの個別整合回路41〜44)との間に設けられ、複数の信号経路70の各々を共通ノードと選択的に接続または開放状態にする、分波器である。つまり、スイッチ30は、共通整合回路20の出力端子と個別整合回路群40Gとの接続を切り替える。
スイッチ30は、例えば、1つの共通端子と4つの選択端子とを有し、1つの共通端子は、共通整合回路20の出力端子に接続され、4つの選択端子は、それぞれ、個別整合回路41〜44の一方の端子に接続されている。スイッチ30は、例えば、RFICの制御信号に応じて、4つの選択端子のうちのいずれか1つを共通端子と接続させる。
このスイッチ60は、スイッチ60と共に、PAモジュール1の通信帯域を切り替える帯域切り替えスイッチとして機能する。
個別整合回路40は、共通ノードと複数の送受信フィルタ50との間の複数の信号経路70に設けられた整合回路である。本実施の形態では、4つの個別整合回路40(個別整合回路41〜44)が、4つの信号経路70(信号経路71〜74)に設けられている。
ここで、複数の個別整合回路40の各々は、所定の条件を満たすように構成(設計)されている。この所定の条件については後述するため、以下では個別整合回路40の具体的な構成の一例について説明する。なお、以下で説明する個別整合回路40の構成は一例であり、後述する所定の条件を満たせば、どのような構成であってもかまわない。
複数の個別整合回路40は、それぞれ、PAモジュール1に入力される送信信号の各通信帯域に対応する。
具体的には、個別整合回路41は、Band26に対応して信号経路71に設けられた整合回路であり、スイッチ30と送受信フィルタ51とのインピーダンス整合を図る回路である。本実施の形態では、個別整合回路41は、スイッチ30側から順に、直列リアクタンス素子であるインダクタL11と、並列リアクタンス素子であるC11と、直列リアクタンス素子であるL12と、並列リアクタンス素子であるC12とを有する。つまり、個別整合回路41は、2段のLCフィルタで構成されたLPF型(ローパスフィルタ型)の整合回路である。
個別整合回路42は、Band8に対応して信号経路72に設けられた整合回路であり、スイッチ30と送受信フィルタ52とのインピーダンス整合を図る回路である。本実施の形態では、個別整合回路42は、個別整合回路41と同様に、2段のLCフィルタで構成されたLPF型(ローパスフィルタ型)の整合回路であり、インダクタL21、L22とコンデンサC21、C22とを有する。
個別整合回路43は、Band20に対応して信号経路73に設けられた整合回路であり、スイッチ30と送受信フィルタ53とのインピーダンス整合を図る回路である。本実施の形態では、個別整合回路43は、スイッチ30側から順に、並列リアクタンス素子であるインダクタL31と、直列リアクタンス素子であるコンデンサC31と、並列リアクタンス素子であるインダクタL32とを有する。つまり、個別整合回路43は、π型のLCフィルタで構成されたHPF型(ハイパスフィルタ型)の整合回路である。
個別整合回路44は、Band12に対応して信号経路74に設けられた整合回路であり、スイッチ30と送受信フィルタ54とのインピーダンス整合を図る回路である。本実施の形態では、個別整合回路44は、個別整合回路41と同様に、2段のLCフィルタで構成されたLPF型(ローパスフィルタ型)の整合回路であり、インダクタL41、L42とコンデンサC41、C42とを有する。
なお、このように構成される個別整合回路40の段数は特に限定されず、例えば、個別整合回路41、42、44の各々は、1段のLCフィルタで構成されていてもかまわないし、3段以上のLCフィルタで構成されていてもかまわない。また、例えば、個別整合回路43はπ型の構成に限らず、T型の構成であってもかまわないし、L型の構成であってもかまわない。また、各個別整合回路40を構成するLCフィルタの段数は同じであってもかまわないし、異なっていてもかまわない。
複数の送受信フィルタ50は、複数の信号経路70に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する、SAWフィルタ等によって構成される例えばデュプレクサである。具体的には、各送受信フィルタ50は、個別整合回路40に接続される送信端子と、スイッチ60を介してアンテナ端子Pant.に接続される共通端子と、対応する通信帯域の受信出力端子Prx1〜Prx4に接続される受信端子とを有する。本実施の形態では、4つの送受信フィルタ50(送受信フィルタ51〜54)が、4つの信号経路70(信号経路71〜74)に設けられている。
送受信フィルタ51は、Band26に対応して信号経路71に設けられ、Band26の送信信号と受信信号とを分離する。具体的には、送受信フィルタ51は、個別整合回路41から送信端子に入力された送信信号を、Band26の送信信号の帯域でフィルタリングして共通端子から出力する。また、送受信フィルタ51は、アンテナ端子Pant.からスイッチ60を介して共通端子に入力された受信信号を、Band26の受信信号の帯域でフィルタリングして受信出力端子Prx1に出力する。
なお、送受信フィルタ52〜54の各々については、当該送受信フィルタ52〜54が設けられる信号経路70ならびに分離する送信信号及び受信信号の通信帯域が異なる点を除いて、送受信フィルタ51とほぼ同様であるため、詳細な説明については省略する。
スイッチ60は、複数の送受信フィルタ50とアンテナ端子Pant.との間に設けられ、複数の信号経路70の各々をアンテナ端子Pant.と選択的に接続または開放状態にする。スイッチ60は、本実施の形態では、4つの選択端子と1つの共通端子とを有し、4つの選択端子は、それぞれ、4つの送受信フィルタ51〜54の送信端子に接続されている。スイッチ60は、例えば、RFICの制御信号に応じて、4つの選択端子のうちのいずれか1つを共通端子と接続させる。
複数の信号経路70は、増幅器10の出力端子に共通に設けられ、かつ、複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する、マイクロストリップライン等の伝送路(配線)である。本実施の形態では、複数の信号経路70は、スイッチ30によって増幅器10の出力端子に接続可能に設けられている。
以上のようなPAモジュール1は、例えば、次のような複合モジュールとして構成される。
具体的には、複合モジュールは、低温焼結セラミック基板(LTCC基板:Low Temperature Co-fired Ceramics基板)またはガラスエポキシ基板を積層して形成した樹脂多層基板等の回路基板を有する。このような回路基板上に、ICまたはチップ部品等として、増幅器10、共通整合回路20、スイッチ30、個別整合回路群40G及びスイッチ60等が実装される。また、これらのICまたはチップ部品等は、エポキシ樹脂等の封止樹脂によって封止される。なお、回路基板上または封止樹脂上に、SAWフィルタ等で構成される送受信フィルタ50が実装されてもかまわない。
[2. 特性]
次に、このように構成されたPAモジュール1の特性について、説明する。
まず、送信信号の帯域におけるPAモジュール1の特性について、図2A及び図2Bを用いて説明する。
図2Aは、本実施の形態に係るPAモジュール1において、増幅器10の出力端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。
ここで、送信信号帯域とは、各通信帯域(バンド)の送信信号の帯域を指し、例えば、Band26の送信信号帯域は814−849MHzである。また、等利得円は、送信信号帯域において増幅器10の利得が一定となる点をプロットした線である。同図では、最大利得点(図中のMax Gain)38.4dBから1dB間隔で等利得円が示されている。
また、同図に示すスミスチャートは、増幅器10の出力インピーダンス(本実施の形態では3Ω)で正規化した第一のスミスチャートである。また、同図に示す負荷インピーダンスは、増幅器10の出力端子から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の第一の負荷インピーダンス(図1中の負荷インピーダンスZ(PAout))である。同図には、複数の送信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の送信信号)における上記の負荷インピーダンスが示されている。
同図に示すように、いずれの通信帯域においても、送信信号帯域での負荷インピーダンスZ(PAout)が第一のスミスチャートの中心部に位置している。
また、同図に示す等利得円と各通信帯域の負荷インピーダンスZ(PAout)との関係から、増幅器10はいずれの通信帯域の送信信号についても、同等の利得で増幅することが分かる。
図2Bは、本実施の形態に係るPAモジュール1において、スイッチ30の選択端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。
具体的には、同図に示すスミスチャートは、複数の信号経路70の特性インピーダンス(本実施の形態では50Ω)で正規化した第二のスミスチャートである。また、同図に示す負荷インピーダンスは、スイッチ30の選択端子端面から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の第二の負荷インピーダンス(図1中の負荷インピーダンスZ(SW))である。同図には、複数の送信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の送信信号)における上記の負荷インピーダンスが示されている。
同図に示すように、いずれの通信帯域においても、送信信号帯域での負荷インピーダンスZ(SW)が第二のスミスチャートの中心部に位置している。
次に、受信信号の帯域におけるPAモジュール1の特性について、図3A及び図3Bを用いて説明する。
図3Aは、本実施の形態に係るPAモジュール1において、増幅器10の出力端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。
ここで、受信信号帯域とは、各通信帯域(バンド)の受信信号の帯域を指し、例えば、Band26の受信信号帯域は859−894MHzである。また、等利得円は、受信信号帯域において増幅器10の利得が一定となる点をプロットした線である。同図では、最大利得点(図中のMax Gain)39dBから1dB間隔で等利得円が示されている。
また、同図に示すスミスチャート及び負荷インピーダンスは、図2Aと同様に第一のスミスチャート及び第一の負荷インピーダンスである。同図には、複数の受信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の受信信号)における上記の負荷インピーダンスZ(PAout)が示されている。
図3Aを図2Aと比較すると、図3Aに示す複数の受信信号(本実施の形態ではBand26、Band8、Band20、Band12の受信信号)の周波数帯域における増幅器10の利得の各々は、図2Aに示す複数の送信信号(本実施の形態ではBand26、Band8、Band20、Band12の送信信号)の周波数帯域における増幅器10の利得の各々よりも小さい。つまり、受信信号帯域の全ての利得(Rx帯利得)は、送信信号帯域の全ての利得(Tx帯利得)よりも小さくなっている。
言い換えると、本実施の形態に係るPAモジュール1において、上述した共通整合回路20は、Rx帯利得とTx利得とが、このような関係を満たすように構成されている。
具体的には、図3Aに示すように、複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(PAout)の軌跡(図中のB8Rx、B12Rx、B20Rx、B26Rxで示される軌跡)は、増幅器10の利得が31dB未満の領域に位置している。これに対して、図2Aに示すように、複数の送信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(PAout)の軌跡(図中のB8Tx、B12Tx、B20Tx、B26Txで示される軌跡)は、増幅器10の利得が33dB以上の領域に位置している。つまり、複数の受信信号各々の周波数帯域における下限周波数から上限周波数にわたる増幅器10の利得範囲のいずれについても、複数の送信信号各々の周波数帯域における下限周波数から上限周波数にわたる増幅器10の利得範囲のいずれよりも小さくなっている。つまり、受信信号帯域の全ての利得範囲は、送信信号帯域の全ての利得範囲よりも小さくなっている。
本発明においては、図3Aに示すように、増幅器10の出力インピーダンスで正規化した第一のスミスチャートにおいて、複数の受信信号の周波数帯域における全ての負荷インピーダンスZ(PAout)は、増幅器10の利得の最大点(最大利得点)から位相が45度以上異なる領域に位置する。
言い換えると、本実施の形態に係るPAモジュール1において、上述した共通整合回路20は、複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(PAout)が増幅器10の利得の最大点に対してこのような関係を満たすように構成されている。
具体的には、図3Aに示す第一のスミスチャートにおいて、最大利得点の位相をφとすると、複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(PAout)の軌跡は、φ+45°以上かつφ−45°以下の位相領域に位置する。ここで、負荷インピーダンスZ(PAout)の軌跡は受信信号の周波数帯域が広いほど長くなるが、本実施の形態では、軌跡の全てがφ+45度以上かつφ−45度以下の位相領域に位置する。
つまり、図3Aに示す第一のスミスチャートにおいて、複数の受信信号各々の周波数帯域における下限周波数から上限周波数にわたって、負荷インピーダンスZ(PAout)は、最大利得点から位相が45度以上異なる領域に位置する。
さらに、図3Aに示すように、第一のスミスチャートにおいて、負荷インピーダンスZ(PAout)は、増幅器10の利得の最大点(最大利得点)から位相が90度以上異なる領域に位置することが好ましい。つまり、上記の軌跡は、第一のスミスチャートにおいてφ+90°以上かつφ−90°以下の位相領域に位置することが好ましい。
図3Bは、本実施の形態に係るPAモジュール1において、スイッチ30の選択端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。
具体的には、同図に示すスミスチャート及び負荷インピーダンスは、図2Bと同様に第二のスミスチャート及び第二の負荷インピーダンスである。同図には、複数の受信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の受信信号)における上記の負荷インピーダンスZ(SW)が示されている。
同図に示すように、複数の信号経路70の特性インピーダンスで正規化した第二のスミスチャートにおいて、複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(SW)は、位相が略一致する。つまり、第二のスミスチャートにおいて、スイッチ30の共通端子から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスも、位相が略一致することとなる。ここで、「略一致」とは、完全に一致しているだけでなく、概ね一致していることも含み、例えば、誤差または周波数帯域の帯域幅の違いにより完全に一致していないことも含まれる。
言い換えると、本実施の形態に係るPAモジュール1において、上述した複数の個別整合回路40は、対応する通信帯域の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスZ(SW)の位相が略一致するような条件で構成されている。すなわち、複数の個別整合回路40の各々は、第二のスミスチャートにおいて、負荷インピーダンスZ(SW)の位相条件が任意の位相範囲に揃うように構成されている。
具体的には、個別整合回路40は、直列リアクタンス素子及び並列リアクタンス素子の素子値が大きいほど、当該個別整合回路40による位相回転量が大きくなる。このため、負荷インピーダンスZ(SW)の位相を任意の位相範囲まで移動させる位相回転量が大きい場合には、個別整合回路40に、大きい素子値の直列リアクタンス素子及び並列リアクタンス素子を設ければよい。
また、本実施の形態では、複数の個別整合回路40の各々は、複数の信号経路70の特性インピーダンスで正規化した第二のスミスチャートにおいて、当該個別整合回路40を設けることによる負荷インピーダンスZ(SW)の位相回転量が小さくなるように構成されている。
具体的には、複数の個別整合回路40の各々は、第二のスミスチャートにおいて負荷インピーダンスZ(SW)の位相回転量が小さくなるようなHPF型及びLPF型の整合回路のうちのいずれかで構成されている。ここで、個別整合回路40を設けることによる負荷インピーダンスZ(SW)の位相回転方向は、当該個別整合回路40がHPF型の場合に第二のスミスチャートにおいて左回転となり、LPF型の場合に第二のスミスチャートにおいて右回転となる。このため、個別整合回路40は、第二のスミスチャートにおいて、右回転及び左回転のうち、上記の任意の位相範囲まで移動させる位相回転量が小さい回転方向となるように、HPF型またはLPF型で構成されている。
例えば、本実施の形態では、個別整合回路40を設ける前の状態において、Band26、Band8及びBand12の負荷インピーダンスZ(SW)は、上記の任意の位相範囲までの位相回転量が左回転よりも右回転の方が小さい領域に位置している。このため、Band26、Band8及びBand12に対応する個別整合回路41、42、44は、上述のようにLPF型で構成されている。一方、個別整合回路40を設ける前の状態において、Band20の負荷インピーダンスZ(SW)は、上記の任意の位相範囲までの位相回転量が右回転よりも左回転の方が小さい領域に位置している。このため、Band20に対応する個別整合回路43は、上述のようにHPF型で構成されている。
[3. 効果等]
次に、本実施の形態に係るPAモジュール1の効果について、本実施の形態の比較例に係るPAモジュールを用いて、本願発明者が本発明に至った経緯に基づいて説明する。
本願発明者は、特許文献1に記載された従来の分波装置のように、複数の通信帯域の各々について、位相調整回路を設けることによって、増幅器10から出力された送信信号に起因する受信信号のノイズ成分を抑制する構成を考えた。
図4は、このような考えに基づいて構成された比較例に係るPAモジュール1Aの回路構成図である。同図に示すPAモジュール1Aは、実施の形態に係るPAモジュール1に比べて、共通整合回路20A及び複数の個別整合回路40Aの構成が異なる。
具体的には、同図に示す複数の個別整合回路40A(ここでは4つの個別整合回路41A〜44A)は、増幅器10から出力された信号の位相を調整するためのインダクタである。
また、同図に示す共通整合回路20Aは、スイッチ30側から順に、直列リアクタンス素子であるインダクタLA1、並列リアクタンス素子であるコンデンサCA1、直列リアクタンス素子であるインダクタLA2、並列リアクタンス素子であるコンデンサCA2、及び、直列リアクタンス素子であるコンデンサCA3を有する。
次に、このように構成されたPAモジュール1Aの特性について、説明する。
まず、送信信号帯域におけるPAモジュール1Aの特性について、図5A及び図5Bを用いて説明する。
図5Aは、比較例に係るPAモジュール1Aにおいて、増幅器10の出力端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。
具体的には、同図に示すスミスチャートは、図2Aと同様に、増幅器10の出力インピーダンスで正規化した第一のスミスチャートである。また、同図に示す負荷インピーダンスは、本比較例において、増幅器10の出力端子から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の負荷インピーダンス(図4中の負荷インピーダンスZ’(PAout))である。同図には、複数の送信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の送信信号)における上記の負荷インピーダンスが示されている。
同図に示すように、いずれの通信帯域においても、送信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)が第一のスミスチャートの中心部に位置している。
また、同図に示す等利得円と各通信帯域の負荷インピーダンスZ’(PAout)との関係から、増幅器10はいずれの通信帯域の送信信号についても、同等の利得で増幅することが分かる。
図5Bは、比較例に係るPAモジュール1Aにおいて、スイッチ30の選択端子端面における送信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。
具体的には、同図に示すスミスチャートは、図2Bと同様に、複数の信号経路70の特性インピーダンス(本実施の形態では50Ω)で正規化した第二のスミスチャートである。また、同図に示す負荷インピーダンスは、スイッチ30の選択端子端面から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の負荷インピーダンス(図4中の負荷インピーダンスZ’(SW))である。同図には、複数の送信信号の周波数帯域(つまり、複数の通信帯域の送信信号)における上記の負荷インピーダンスが示されている。
同図に示すように、いずれの通信帯域においても、送信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(SW)が第二のスミスチャートの中心部に位置している。
このように、比較例のような構成であっても、送信信号帯域でのPAモジュール1Aの特性については特に問題は生じない。しかしながら、本願発明者は、マルチバンド対応のPAモジュールの開発を進めるにあたり、比較例のようなPAモジュール1Aでは、受信感度が劣化する場合があることに気付いた。
そこで、本願発明者は、受信感度が劣化する要因を特定するために、複数の通信帯域について、受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)及びZ’(SW)を測定した。
図6A及び図6Bは、このような負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。つまり、図6Aは、比較例に係るPAモジュール1Aにおいて、増幅器10の出力端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンス及び等利得円を示すスミスチャートである。また、図6Bは、比較例に係るPAモジュール1Aにおいて、スイッチ30の選択端子端面における受信信号帯域での負荷インピーダンスを示すスミスチャートである。
なお、図6Aに示すスミスチャートは、図2Aと同様に、増幅器10の出力インピーダンスで正規化した第一のスミスチャートである。また、図6Bに示すスミスチャートは、図2Bと同様に、複数の信号経路70の特性インピーダンス(本実施の形態では50Ω)で正規化した第二のスミスチャートである。
図6Aに示すように、いずれの通信帯域においても、受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)は第一のスミスチャートの周辺部に位置している。このことは、送信特性の観点からは、何ら問題ない。
しかしながら、本願発明者は、このことが受信感度の劣化の要因になり得ることに気付いた。
すなわち、図6Aに示す等利得円と各通信帯域の受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)との関係から、本願発明者は、増幅器10の利得の大きい領域に負荷インピーダンスZ’(PAout)が位置する通信帯域が存在し得ることに気付いた。例えば、Band20に着目すると、受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)が最大利得点(図6A中のMax Gain)の比較的近い領域に位置している。
このことから、本願発明者は、受信信号帯域における増幅器10の利得が大きいことが、受信感度の劣化の要因になり得るという考えに至った。
このことから、本願発明者は、実施の形態に係るPAモジュール1の第一の着想を得た。つまり、複数の受信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれについても、複数の送信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれよりも小さくするという着想を得た。
さらに、本願発明者は、増幅器10の利得の大きい領域に負荷インピーダンスZ’(PAout)が位置する通信帯域が存在する要因として、次のようなことに気付いた。
すなわち、図6Aに示すように、第一のスミスチャート上において、複数の通信帯域における受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)は、位相がバラついている。このため、例えばBand20のように、第一のスミスチャート上において、増幅器10の利得の最大点と比較的近い領域に負荷インピーダンスZ’(PAout)が位置する通信帯域が存在してしまう。
このことから、本願発明者は、実施の形態に係るPAモジュール1の第二の着想を得た。つまり、複数の通信帯域における受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(PAout)を、第一のスミスチャート上において所定の位相領域内に位置させるという着想を得た。
さらに、本願発明者は、上記の要因として、次のようなことに気付いた。
すなわち、図6Bに示すように、比較例のPAモジュール1Aでは、スイッチ30の選択端子端面から複数の送受信フィルタ50側を見た場合の受信信号帯域での負荷インピーダンスZ’(SW)が、複数の通信帯域間で互いに位相がバラついている。このため、共通整合回路20Aを設けて複数の通信帯域について同様に位相を回転させた負荷インピーダンスZ’(PAout)についても、負荷インピーダンスZ’(SW)の位相のバラつきと同程度だけ位相がバラつくこととなる。
このことから、本願発明者は、第二の着想を実現させる態様として、第二のスミスチャートにおいて、負荷インピーダンスZ’(SW)の位相のバラつきを抑制する、すなわち位相条件を揃えるという着想を得た。
以上説明したように、本実施の形態の分波装置(本実施の形態ではPAモジュール1)では、複数の受信信号(本実施の形態ではBand26、Band8、Band20、Band12の受信信号)の周波数帯域における増幅器10の利得の各々が、複数の送信信号(本実施の形態ではBand26、Band8、Band20、Band12の送信信号)の周波数帯域における増幅器10の利得の各々よりも小さくなっている。
これにより、増幅器10で増幅された信号は、複数の受信信号の周波数帯域のいずれについても、複数の送信信号の周波数帯域のいずれよりも小さくなる。このため、送受信フィルタ50を介して受信側へ漏れる受信信号の周波数帯域の信号(Rx帯ノイズ)を抑制することができる。つまり、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。ここで、送受信端子間のアイソレーションとは、送信信号が入力される端子と受信信号が出力される端子との間のアイソレーションを指し、本実施の形態では、送信入力端子Ptx−受信出力端子Prxi(ただし、i=1〜4)との間のアイソレーションを指す。
このような効果を示す一例について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態及び比較例におけるBand20でのアイソレーション特性を示すグラフである。具体的には、同図には、小信号動作時のBand20における、送信入力端子Ptx−受信出力端子Prx3間のアイソレーションが示されている。
同図に示すように、本実施の形態(図中の実施例と記載)は、比較例と比べて、Band20の受信信号帯域(791−821MHz)において、アイソレーションが11dB以上改善されている。このようなアイソレーションの改善によって、Band20の受信感度を向上させることができる。すなわち、比較例ではBand20に受信感度の劣化が生じていたが、本実施の形態では当該劣化を抑制することができるため、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。
なお、ここではBand20のアイソレーション特性の改善について説明したが、他の通信帯域についても、同様の改善またはアイソレーション特性の維持が図られる。
特に、本実施の形態によれば、図2A及び図2Bと図5A及び図5Bとから明らかなように、比較例と比べて送信特性を劣化させることなく維持することができる。つまり、本実施の形態によれば、良好な送信特性を維持しつつ、受信側へ漏れる受信信号の周波数帯域の信号(Rx帯ノイズ)を抑制することができる。
また、本実施の形態では、増幅器10の出力インピーダンス(本実施の形態では3Ω)で正規化した第一のスミスチャートにおいて、増幅器10の出力端子から複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の受信信号の周波数帯域における第一の負荷インピーダンスZ(PAout)は、増幅器10の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置する(図3A参照)。
このように、第一のスミスチャートにおいて、第一の負荷インピーダンスZ(PAout)が増幅器10の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置することにより、複数の受信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれについても、複数の送信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれよりも小さくすることができる。よって、上述と同様の効果が奏される。つまり、マルチバンド化を図りつつ、送受信端子間のアイソレーションの劣化を抑制し、受信感度が劣化する通信帯域を生じにくくすることができる。
また、本実施の形態では、第一のスミスチャートにおいて、複数の受信信号の周波数帯域における全ての第一の負荷インピーダンスZ(PAout)は、増幅器10の利得の最大点から位相が90度以上異なる領域に位置することが好ましい(図3A参照)。
このように、第一のスミスチャートにおいて、第一の負荷インピーダンスZ(PAout)が増幅器10の利得の最大点から位相が90度以上異なる領域に位置することにより、受信信号の周波数帯域内での増幅器10の利得を抑制しつつ、かつ、当該利得の均一化が図られる。このため、同一の通信帯域内における受信感度の変動を抑制することができる。
また、本実施の形態では、増幅器10と複数の信号経路の共通ノード(本実施の形態ではスイッチ30の共通端子)との間に共通整合回路20と、複数の信号経路70に設けられた複数の個別整合回路40とを備える。
このように複数の信号経路70に個別に設けられた複数の個別整合回路40によって、共通整合回路20の出力端から個別整合回路40側を見た受信信号の周波数帯域(受信信号帯域)での負荷インピーダンスを高精度に調整することができる。このため、共通整合回路20によってインピーダンス整合を図りやすい位相に負荷インピーダンスを調整することができる。
また、本実施の形態では、複数の信号経路70のインピーダンス(本実施の形態では特性インピーダンス50Ω)で正規化した第二のスミスチャートにおいて、複数の受信信号の周波数帯域における第二の負荷インピーダンスZ(SW)は、位相が略一致する(図3B参照)。
これにより、共通整合回路20の出力端から個別整合回路40側を見た受信信号の周波数帯域(受信信号帯域)での負荷インピーダンスの位相が略一致する。このため、増幅器10の出力端子において、当該周波数帯域のインピーダンスを複数の通信帯域について同一条件で整合を図ることができる。つまり、同一の整合回路によって、複数の通信帯域についてインピーダンス整合を図ることができる。このため、共通整合回路20によって、複数の通信帯域における受信信号の周波数帯域を含む広帯域でのインピーダンス整合を図ることができる。
また、本実施の形態では、複数の個別整合回路40の各々は、上記の第二のスミスチャートにおいて位相回転量が小さくなるように構成されている。
一般的に、整合回路による位相回転量が大きくなるほど、当該整合回路による伝送損失(ロス)が大きくなる。また、特にインピーダンス整合を図る周波数帯域が広帯域の場合、位相回転量が大きくなるほど、周波数帯域内について良好なインピーダンス整合を図ることが困難となる。また、位相回転量が大きくなるほど、整合回路を構成するリアクタンス素子の素子値も大きくなるため、整合回路が大型化する虞がある。
そこで、位相回転量が小さくなるように個別整合回路40を構成することにより、良好なインピーダンス整合が容易に図られるとともに、個別整合回路40の小型化が図られる。
具体的には、本実施の形態では、複数の個別整合回路40のうち1以上の個別整合回路40(本実施の形態では、複数の個別整合回路40の全て)の各々は、上記の位相回転量が小さくなるようなHPF型及びLPF型の整合回路のうちいずれかで構成されている。
なお、個別整合回路40をHPF型及びLPF型のいずれで構成するかについては、上記の位相回転量に応じた構成に限らず、例えば、送信信号の周波数帯域と受信信号の周波数帯域との周波数の大小関係に応じた構成であってもかまわない。具体的には、送信信号の周波数帯域の中心周波数が受信信号の周波数帯域の中心周波数より低い通信帯域(例えば、Band26、Band8、Band12等)に対応する個別整合回路40(本実施の形態では個別整合回路41、42、44)については、LPF型の整合回路で構成する。一方、送信信号の周波数帯域の中心周波数が受信信号の周波数帯域の中心周波数以上の通信帯域(例えば、Band20等)に対応する個別整合回路40(本実施の形態では個別整合回路43)については、HPF型の整合回路で構成してもかまわない。
また、PAモジュールの構成は、上記実施の形態と異なる態様であってもかまわない。つまり、PAモジュールは、以下の(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように構成されていればよく、詳細な構成については上記実施の形態に限定されない。
(i)複数の受信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれも、複数の送信信号の周波数帯域における増幅器10の利得のいずれよりも小さい。
(ii)上記の第一のスミスチャートにおいて、上記の第一の負荷インピーダンスZ(PAout)が増幅器10の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置する。
そこで、以下、実施の形態における各種の変形例について、図8〜図12を用いて説明する。
(変形例1)
まず、変形例1について説明する。上記実施の形態では、複数の個別整合回路40の各々は2段のLCフィルタであったが、複数の個別整合回路の各々は1段のLCフィルタであってもかまわない。以下、本変形例では、このように構成されたPAモジュールについて説明する。
図8は、変形例1に係るPAモジュール2の回路構成図である。
同図に示すPAモジュール2は、実施の形態のPAモジュール1に比べて、個別整合回路群40Gに代わり、複数の個別整合回路240を有する個別整合回路群240Gを備える。
同図に示すように、複数の個別整合回路240(本変形例では4つの個別整合回路241〜244)の各々は、1段のLCフィルタで構成されている。具体的には、個別整合回路241、242、244は、直列リアクタンス素子であるインダクタと、並列リアクタンス素子であるコンデンサとから構成されるLPF型のLCフィルタを有する。また、個別整合回路243は、直列リアクタンス素子であるコンデンサと、並列リアクタンス素子であるインダクタとから構成されるHPF型のLCフィルタを有する。
このように構成された本変形例に係るPAモジュール2であっても、上記の(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように複数の個別整合回路240が構成されることで、実施の形態1と同様の効果が奏される。
また、本変形例によれば、複数の個別整合回路240の各々が1段のLCフィルタで構成されることにより、回路構成の簡素化及び小型化が図られる。
(変形例2)
次に、変形例2について説明する。上記実施の形態及び変形例1では、複数の個別整合回路の各々はLCフィルタであったが、複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、配線またはインダクタにより構成されていてもかまわない。以下、本変形例では、このように構成されたPAモジュールについて説明する。
図9は、変形例2に係るPAモジュール3の回路構成図である。
同図に示すPAモジュール3は、変形例1に係るPAモジュール2に比べて、個別整合回路群240Gに代わり、複数の個別整合回路340を有する個別整合回路群340Gを備える。
同図に示すように、複数の個別整合回路340のうち1以上の個別整合回路340は、インダクタにより構成されている。具体的には、本実施の形態では、個別整合回路343は、直列リアクタンス素子であるインダクタL331により構成されている。つまり、個別整合回路343は、インダクタL331によって負荷インピーダンスZ(SW)の位相を回転させて任意の位相範囲まで移動させる。
なお、他の個別整合回路341、342、344については、変形例1の個別整合回路241、242、244と同様であるため、説明を省略する。
このように構成された本変形例に係るPAモジュール3であっても、上記の(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように複数の個別整合回路340が構成されることで、実施の形態1と同様の効果が奏される。
また、本変形例によれば、1以上の個別整合回路340(本変形例では1つの個別整合回路340)がインダクタL331により構成されることにより、回路構成の簡素化及び小型化が図られる。
なお、本変形例では、1以上の個別整合回路340がインダクタL331により構成されるとしたが、この個別整合回路340は配線であってもかまわない。このような配線によって構成される個別整合回路340は、配線の電気長によって規定される位相回転量で負荷インピーダンスZ(SW)の位相を回転させて任意の位相範囲まで移動させることができる。
また、本変形例では、複数の個別整合回路340のうち1つの個別整合回路340がインダクタまたは配線により構成されているとしたが、このように構成される個別整合回路の数は限定されず、複数であってもかまわない。
(変形例3)
次に、変形例3について説明する。上記実施の形態及び変形例では、共通整合回路20はT型回路で構成されているとしたが、共通整合回路20の構成はこれに限定されず、例えば、1段のLCフィルタで構成されていてもかまわない。以下、本変形例では、このように構成されたPAモジュールについて説明する。
図10は、変形例3に係るPAモジュール4の回路構成図である。
同図に示すPAモジュール4は、実施の形態に係るPAモジュール1に比べて、共通整合回路20に代わり、1段のLCフィルタで構成された共通整合回路420を備える。具体的には、共通整合回路420は、増幅器10側から順に、直列リアクタンス素子であるインダクタL401及びコンデンサC402を有する。つまり、共通整合回路420は、インダクタL401及びコンデンサC402によって負荷インピーダンスZ(PAout)の位相を回転させる。
ここで、上述したように、複数の個別整合回路40の各々は2段のLCフィルタによって構成されている。つまり、複数の個別整合回路40の各々は、共通整合回路420よりも段数の多いLCフィルタを有する。
このように構成された本変形例に係るPAモジュール4であっても、上記の(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように共通整合回路420が構成されることで、実施の形態1と同様の効果が奏される。
また、本変形例によれば、共通整合回路420よりもLCフィルタの段数が多い複数の個別整合回路40を設けることにより、共通整合回路420の出力端から個別整合回路40側を見た受信信号の周波数帯域(受信信号帯域)での負荷インピーダンスを高精度に調整しつつ、共通整合回路420の簡素化及び小型化が図られる。
(変形例4)
次に、変形例4について説明する。上記実施の形態及び変形例では、個別整合回路は送受信フィルタ50と別に設けられていたが、個別整合回路は送受信フィルタに内蔵されていてもかまわない。以下、本変形例では、このように構成されたPAモジュールについて説明する。
図11は、変形例4に係るPAモジュール5の回路構成図である。
同図に示すPAモジュール5は、実施の形態に係るPAモジュール1に比べて、個別整合回路群40Gを備えず、複数の送受信フィルタ50に代わり複数の送受信フィルタ550(本変形例では4つの送受信フィルタ551〜554)を備える。
複数の送受信フィルタ550は、整合回路内蔵型の例えばデュプレクサである。具体的には、実施の形態における複数の個別整合回路40の各々は、対応する送受信フィルタ550に内蔵されている。例えば、実施の形態においてBand26に対応した個別整合回路41は、本変形例においてBand26に対応する送受信フィルタ551に内蔵されている。同様に、その他の個別整合回路42〜44も対応する送受信フィルタ552〜554に内蔵されている。
このように構成された本変形例に係るPAモジュール5であっても、上記の(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように複数の送受信フィルタ550が構成されることで、実施の形態1と同様の効果が奏される。
また、本変形例によれば、実施の形態1における複数の個別整合回路40の各々は、対応する送受信フィルタ550に内蔵されている。これにより、PAモジュール6の簡素化及び小型化が図られる。
なお、本変形例では、実施の形態1における複数の個別整合回路40の各々が対応する送受信フィルタ550に内蔵されるとしたが、内蔵される個別整合回路40の数は1以上であればよく、送受信フィルタ550に内蔵されない個別整合回路40があってもかまわない。
(変形例5)
次に、変形例5について説明する。上記実施の形態及び変形例では、PAモジュールはスイッチ30及びスイッチ60を備えたが、PAモジュールはこのようなスイッチを備えない構成であってもかまわない。また、上記実施の形態及び変形例では、PAモジュールは4つの通信帯域(Band)に対応するマルチバンド対応の構成であったが、PAモジュールは3つの通信帯域に対応するマルチバンド対応の構成であってもかまわない。以下、本変形例では、このように構成されたPAモジュールについて説明する。
図12は、変形例5に係るPAモジュール6の回路構成図である。
同図に示すPAモジュール6は、3つの通信帯域の送信信号を増幅するモジュールである。また、PAモジュール6は、実施の形態に係るPAモジュール1に比べてスイッチ30及びスイッチ60を備えない。つまり、上記実施の形態では、複数の信号経路70はスイッチ30によって共通ノードに束ねられたが、本変形例では、複数の信号経路70は共通ノードに直接束ねられている。
このように構成された本変形例に係るPAモジュール6であっても、共通整合回路20及び個別整合回路40等によって、(i)及び(ii)の少なくとも一方を満たすように構成されることで、実施の形態1と同様の効果が奏される。
(その他の変形例)
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係るPAモジュールについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態及びその変形例には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及びその変形例に施したものや、異なる実施の形態及びその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
また、上記説明では、PAモジュールを例に説明したが、本発明は、PAモジュールを構成する各構成要素がモジュール化されていない分波装置に適用してもかまわない。
また、上記実施の形態では、PAモジュールが上記の(i)及び(ii)の両方を満たす場合を例に説明したが、PAモジュールはこれらの少なくとも一方を満たしていればかまわない。ただし、これらの両方を満たすことにより、受信感度が劣化する通信帯域を一層生じにくくすることができる。
また、上記実施の形態では、スイッチ30、60は、複数の選択端子(上記説明では4つの選択端子)のいずれか1つを共通端子と接続させるとしたが、これに限らない。例えば、スイッチ30、60は、複数の選択端子うち2以上を共通端子と接続させてもかまわない。つまり、スイッチ30は、複数の信号経路70のうち2以上の信号経路70を共通ノードと接続してもかまわない。
このような構成にすることにより、異なる通信帯域を同時に使用する、いわゆるキャリアアグリゲーション方式に適用することができる。
また、上記の説明では、複数の信号経路70が束ねられて1つのアンテナ端子Pant.に接続されていたが、アンテナ端子の数はこれに限らず、複数であってもかまわない。つまり、PAモジュール等の分波装置は、例えば通信帯域に応じた複数のアンテナに接続されてもかまわない。
また、本発明は、PAモジュール等の分波装置の設計方法として実現されてもよい。ここで、当該分波装置は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタと、出力端子と複数の信号経路の共通ノードとの間に設けられた共通整合回路と、共通ノードと複数の送受信フィルタとの間の複数の信号経路に設けられた複数の個別整合回路とを備える。
図13は、このような分波装置の設計方法を示すフローチャートである。
同図に示すように、このような分波装置の設計方法は複数の信号経路のインピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、共通ノードから複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスについての位相が略一致するように、複数の個別整合回路の素子値を調整する第一の調整ステップ(S10)と、第一の調整ステップ(S10)の後、増幅器の出力インピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、出力端子から複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスが増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置するように、共通整合回路の素子値を調整する第二の調整ステップ(S20)とを含む。
このような分波装置の設計方法は、例えばCAD装置等のコンピュータにおいて実行される。また、当該設計方法は、設計者によるコンピュータとの対話的な操作によって、当該コンピュータにおいて実行されてもかまわない。
本発明は、マルチバンド化に対応できるPAモジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1A、2、3、4、5、6 PAモジュール
10 増幅器
20、20A、420 共通整合回路
30、60 スイッチ
40、40A、41〜44、41A〜44A、240〜244、340〜344 個別整合回路
40G、240G、340G 個別整合回路群
50〜54、550〜554 送受信フィルタ
70〜74 信号経路
Pant. アンテナ端子
Ptx 送信入力端子
Prx1〜Prx4 受信出力端子
増幅器10は、互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する、例えばマルチバンド対応のPAICである。本実施の形態では、増幅器10は、4つの通信帯域(ここではBand26、Band、Band20、Band12)の送信信号を増幅する。
このスイッチ30は、スイッチ60と共に、PAモジュール1の通信帯域を切り替える帯域切り替えスイッチとして機能する。
具体的には、個別整合回路41は、Band26に対応して信号経路71に設けられた整合回路であり、スイッチ30と送受信フィルタ51とのインピーダンス整合を図る回路である。本実施の形態では、個別整合回路41は、スイッチ30側から順に、直列リアクタンス素子であるインダクタL11と、並列リアクタンス素子であるコンデンサC11と、直列リアクタンス素子であるインダクタL12と、並列リアクタンス素子であるコンデンサC12とを有する。つまり、個別整合回路41は、2段のLCフィルタで構成されたLPF型(ローパスフィルタ型)の整合回路である。
具体的には、複合モジュールは、低温焼結セラミック基板(LTCC基板:Low Temperature Co-fired Ceramic基板)またはガラスエポキシ基板を積層して形成した樹脂多層基板等の回路基板を有する。このような回路基板上に、ICまたはチップ部品等として、増幅器10、共通整合回路20、スイッチ30、個別整合回路群40G及びスイッチ60等が実装される。また、これらのICまたはチップ部品等は、エポキシ樹脂等の封止樹脂によって封止される。なお、回路基板上または封止樹脂上に、SAWフィルタ等で構成される送受信フィルタ50が実装されてもかまわない。
言い換えると、本実施の形態に係るPAモジュール1において、上述した共通整合回路20は、Rx帯利得とTx利得とが、このような関係を満たすように構成されている。
また、同図に示す共通整合回路20Aは、増幅器10側から順に、直列リアクタンス素子であるインダクタLA1、並列リアクタンス素子であるコンデンサCA1、直列リアクタンス素子であるインダクタLA2、並列リアクタンス素子であるコンデンサCA2、及び、直列リアクタンス素子であるコンデンサCA3を有する。
また、本変形例によれば、実施の形態1における複数の個別整合回路40の各々は、対応する送受信フィルタ550に内蔵されている。これにより、PAモジュールの簡素化及び小型化が図られる。

Claims (14)

  1. 互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、
    前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、
    前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタとを備え、
    複数の前記受信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得の各々が、複数の前記送信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得の各々よりも小さい
    分波装置。
  2. 互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、
    前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、
    前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタとを備え、
    前記増幅器の出力インピーダンスで正規化した第一のスミスチャートにおいて、前記出力端子から前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における全ての第一の負荷インピーダンスは、前記増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置する
    分波装置。
  3. 前記第一のスミスチャートにおいて、前記第一の負荷インピーダンスは前記最大点から位相が90度以上異なる領域に位置する
    請求項2に記載の分波装置。
  4. さらに、複数の前記受信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得は、複数の前記送信信号の周波数帯域における前記増幅器の利得よりも小さい
    請求項2または3に記載の分波装置。
  5. さらに、
    前記出力端子と前記複数の信号経路の共通ノードとの間に設けられた共通整合回路と、
    前記共通ノードと前記複数の送受信フィルタとの間の前記複数の信号経路に設けられた複数の個別整合回路とを備える
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の分波装置。
  6. 前記複数の信号経路のインピーダンスで正規化した第二のスミスチャートにおいて、前記共通ノードから前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における第二の負荷インピーダンスは、位相が略一致する
    請求項5に記載の分波装置。
  7. 前記複数の個別整合回路の各々は、前記第二のスミスチャートにおいて、当該個別整合回路を設けることによる前記第二の負荷インピーダンスの位相回転量が小さくなるように構成されている
    請求項6に記載の分波装置。
  8. 前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、前記第二のスミスチャートにおいて前記第二の負荷インピーダンスの前記位相回転量が小さくなるようなハイパスフィルタ型及びローパスフィルタ型の整合回路のうちのいずれかで構成されている
    請求項7に記載の分波装置。
  9. 前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、配線またはインダクタにより構成されている
    請求項5〜8のいずれか1項に記載の分波装置。
  10. 前記共通整合回路及び前記複数の個別整合回路の各々は、インダクタ及びコンデンサから構成される1段以上のLCフィルタを有し、
    前記複数の個別整合回路の各々は、前記共通整合回路よりも段数の多いLCフィルタを有する
    請求項5〜8のいずれか1項に記載の分波装置。
  11. 前記複数の個別整合回路のうち1以上の個別整合回路の各々は、対応する送受信フィルタに内蔵されている
    請求項5〜10のいずれか1項に記載の分波装置。
  12. さらに、前記共通整合回路と前記複数の個別整合回路との間に設けられ、前記複数の信号経路の各々を前記共通ノードと選択的に接続または開放状態にするスイッチを備える
    請求項5〜11のいずれか1項に記載の分波装置。
  13. 前記スイッチは、前記複数の信号経路のうち2以上の信号経路を前記共通ノードと接続する
    請求項12に記載の分波装置。
  14. 分波装置の設計方法であって、
    前記分波装置は、
    互いに周波数帯域が異なる3以上の複数の通信帯域の送信信号を増幅する増幅器と、
    前記増幅器の出力端子に共通に設けられ、かつ、前記複数の通信帯域のうち各々が対応する通信帯域の信号を伝搬する複数の信号経路と、
    前記複数の信号経路に設けられ、各々が対応する通信帯域の送信信号と受信信号とを分離する複数の送受信フィルタと、
    前記出力端子と前記複数の信号経路の共通ノードとの間に設けられた共通整合回路と、
    前記共通ノードと前記複数の送受信フィルタとの間の前記複数の信号経路に設けられた複数の個別整合回路とを備え、
    前記複数の信号経路のインピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、前記共通ノードから前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスについての位相が略一致するように、前記複数の個別整合回路の素子値を調整する第一の調整ステップと、
    前記第一の調整ステップの後、前記増幅器の出力インピーダンスで正規化したスミスチャートにおいて、前記出力端子から前記複数の送受信フィルタ側を見た場合の複数の前記受信信号の周波数帯域における負荷インピーダンスが前記増幅器の利得の最大点から位相が45度以上異なる領域に位置するように、前記共通整合回路の素子値を調整する第二の調整ステップとを含む
    分波装置の設計方法。
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