KR100875947B1 - 고주파 복합 부품 및 이것을 이용한 무선 통신 장치 - Google Patents

고주파 복합 부품 및 이것을 이용한 무선 통신 장치 Download PDF

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시게루 겜모치
쓰요시 다케타
히로유키 다이
사토루 요코우치
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 수신 회로(RX), 수신회로(RX) 그리고 안테나(ANT) 사이에 접속되고, 송신 회로(TX)와 안테나(ANT) 간의 접속 및 수신 회로(RX)와 안테나(ANT) 간의 접속을 제어하는 고주파 복합 부품에 관한 것으로, 상기 고주파 복합 부품은 안테나(ANT)와 송신 회로(TX) 사이에, 제1 이상 회로(5)와 고주파 증폭기(4)를 구비하는 송신 신호 제어 수단(2)을 가지고, 고주파 증폭기(4)와 제1 이상 회로(5)는 복수 개의 유전체 층을 적층하여 이루어지는 적층체 모듈에 일체화되어 있다.
고주파부품, 이동통신, 통신장비, 필터

Description

고주파 복합 부품 및 이것을 이용한 무선 통신 장치 {HIGH-FREQUENCY MODULE AND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 마이크로파 대 등과 같은 고주파 대역에서 사용되는 고주파 복합 부품에 관한 것으로, 특히 디지털 휴대 전화 등의 고주파회로에서, 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나 간의 신호 경로를 제어하는 고주파 복합 부품 및 이것을 이용한 무선 통신 장치에 관한 것이다.
근래의 무선 통신 장치, 예를 들면 휴대 전화의 보급에는 괄목할 만한 것이 있어, 휴대 전화의 기능과 서비스의 향상을 점점 기대할 수 있다. 휴대 전화를 예로 들면, 휴대 전화 시스템으로는, 주로 유럽에서 폭넓게 이용되는 EGSM(extended global system for mobile communications) 방식과 DCS 1800(digital cellular system 1800)방식, 미국에서 주로 이용되는 PCS(personal communications services)방식, 일본에서 채용하고 있는 PDC(personal digital cellular) 방식과 같은 여러 가지 시스템이 있다. 이러한 디지털 방식의 통신 시스템 휴대 전화는 송신 회로와 안테나와의 접속 그리고 수신 회로와 안테나와의 접속을 전환하는데 고주파 스위치를 이용한다.
고주파 스위치의 일 예는 일본 특허 출원 공개 번호 평2-108301호에 기재되 어 있다. 이 고주파 스위치는 송신 회로와 안테나 사이에 배치된 다이오드, 안테나 회로와 수신 회로 사이에 배치된 λ/4 이상 선로(shift phase)를 구비하고 있고, λ/4 이상 선로의 수신 회로측은 다이오드를 통하여 접지되며, 각 다이오드에 흐르는 바이어스 전류에 의해 신호 경로를 전환하는 λ/4형 스위치 회로를 구성한다.
오늘날 휴대 전화가 급격히 보급됨에 따라, 특히 선진국의 주요 대도시에서, 각 시스템에 할당된 주파수 대에서는 이용자는 늘어나고, 접속이 곤란하거나, 통화 도중에 접속이 끊어지는 등의 문제가 생기고 있다. 그래서 이용자가 복수 개의 시스템을 이용할 수 있도록 하여, 실질적으로 이용 가능한 주파수를 증가시키고, 또한 서비스 구역을 확충하거나 각 시스템의 통신 인프라(infra)를 유효하게 활용하는 방안이 제안되고 있다.
이러한 사정에서 새로운 시스템을 갖는 휴대 전화로서, 듀얼 밴드(dual band) 휴대 전화, 트리플 밴드(triple band) 휴대 전화 등이 제안되고 있다. 보통의 휴대 전화가 하나의 송수신계만을 취급하는 데 반하여, 듀얼 밴드 휴대 전화는 2개의 송수신계를 취급하며, 트리플 밴드 휴대 전화는 3개의 송수신계를 취급한다. 따라서 이용자는 복수 개의 시스템에서 형편이 좋은 송수신계를 선택하여 이용할 수 있다. 듀얼 밴드 휴대 전화와 트리플 밴드 휴대 전화에서는, 하나의 안테나를 송수신용으로 공용하고 있으므로 쌍방향 통신이 가능하도록 안테나와 송신 회로 또는 안테나와 수신 회로와의 접속을 시분할로 전환하는 고주파 스위치를 이용한다.
본 발명자들은 이미 일본 특허 출원 공개 번호 평11-225089호와 동 특허 공 개 번호 평11-313003호에서, 복수 개의 주파수 영역을 갖는 고주파 신호를 분파하는 분파기와 고주파 스위치를 조합하여, 복수 개 통신 시스템의 송신 회로와 수신 회로를 전환하는 기능을 갖고 복수 개의 통신 방식을 이용할 수 있는 고주파 스위치로서, 적층체 모듈에 분파기와 고주파 스위치 회로 등을 일체화한 고주파 스위치 모듈을 제안한다.
도 21은 일본 특허 출원 공개 특허 평2-108301호에 기재된 고주파 스위치의 등가 회로를 나타낸다. 안테나 단자(ANT)와 송신 회로(TX)를 접속할 때, 전원 공급 수단(컨트롤 회로)은 단자(VC1)로 정(+)의 전압을 인가한다. 컨트롤 회로에서 인가된 정의 전압은 커패시터(70, 71, 73, 74, 79)에 의해 직류 분이 차단되어 다이오드(77, 78)를 포함하는 회로로 인가되므로, 다이오드(77, 78)를 온(on) 상태로 만든다. 다이오드(77)가 온 되면, 송신 회로(TX)와 접속점(IP1) 사이의 임피던스가 낮아진다. 또한 온 상태의 다이오드(78)에 의해 분포 정수 선로(75)가 고주파적으로 접지됨에 따라 공진하여, 접속점(IP1) 측에서 본 수신 회로(RX)의 임피던스는 대단히 커진다. 그 결과, 송신 회로(TX)에서 인가되는 송신 신호는 수신 회로(RX)로 누설되지 않고 안테나 단자(ANT)로 전송된다.
그러나 안테나 단자(ANT)와 송신 회로(TX) 사이에 직렬로 배치된 다이오드(77)가 온 상태를 유지하여 저항으로 작용하기 때문에, 송신 신호의 손실이 증가하는 문제가 발생한다. 또한 송신할 때 다이오드에 바이어스 전류를 인가해야 하므로, 그 만큼 배터리 소모가 증가하여 휴대 전화의 통화 가능 시간이 짧아지므로, 저소비 전력화가 어렵게 된다. 또한 다이오드나 DC 성분 차단용으로 커패 시터 등과 같은 부품이 필요하므로, 고주파 스위치 모듈을 구성하는 적층체 모듈이 커지고, 이 적층체 모듈을 포함하는 듀얼 밴드 이상의 무선 통신 장치를 소형화하고 경량화하는데 어려움이 발생한다.
따라서 본 발명은 휴대 전화와 같은 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나 사이의 신호 경로를 제어하는 고주파 복합 부품에서, 회로의 구성이 간단하며 송신 신호의 삽입 손실이 우수하고, 소형이며 경량인 저소비 전력의 고주파 복합 부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 고주파 복합 부품을 구비하는 소형 휴대 전화와 같은 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 송신 회로(TX)와 수신 회로(RX) 그리고 안테나(ANT)와의 사이에 접속되어, 송신 회로(TX)와 안테나(ANT)와의 접속을 제어하는 송신 신호 제어 수단(2)과 수신 회로(RX)와 안테나(ANT)와의 접속을 제어하는 수신 신호 제어 수단(3)을 구비하고, 송신 신호 제어 수단(2)과 수신 신호 제어 수단(3)이 공동으로 안테나(AN)를 통해 입사되거나 방사되는 고주파 신호의 신호 경로를 전환하는 고주파 복합 부품을 제공한다.
이 고주파 복합 부품의 중요한 특징은 송신 신호 제어 수단(2)을 고주파 증폭기와 이상 회로(移相回路, phase shift circuit)로 구성한다는 점이다. 도 2는 송신 신호 제어 수단(2)에 대한블럭도이다. 고주파 증폭기(4)는 동작 시에 송신 신호의 주파수 대역에서 대략 50Ω이지만, 비동작 시에는 수신 신호의 주파수 대역 에서 거의 단락되는 임피던스 특성을 갖는다. 제1 이상 회로(5)는 고주파 신호의 위상 이동 각도를 조정한다.
제1 이상 회로(5)가 존재하지 않을 경우, 고주파 증폭기(4)가 정지 상태이면 임피던스 특성은 거의 단락 상태가 되기 때문에, 안테나(ANT)를 통해 수신되는 수신 신호는 고주파 증폭기(4)에 흡수되어 버린다. 그러나 제1 이상 회로(5)가 존재하면, 안테나(ANT)를 통해 수신되는 수신 신호가 위상 이동(phase shift)되어, 안테나 측에서 본 송신 신호 제어수단(2)의 임피던스 특성은 고주파 증폭기(4) 중지 시에 거의 개방 상태가 된다. 그러므로 수신 신호는 송신 회로(TX)로 누설되지 않고 수신 회로(RX)로 유도된다.
따라서 본 발명의 고주파 복합 부품은 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나 사이에 접속되어, 송신 회로와 안테나와의 접속 그리고 수신 회로와 안테나와의 접속을 전환하는 것으로, 안테나와 송신 회로 사이에 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 갖는 송신 신호 제어 수단을 구비하고, 고주파 증폭기와 제1 이상 회로는 복수 개의 유전체 층을 적층함으로써 이루어지는 적층체 모듈에 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상 회로는 위상의 이동 각도를 조정하는 회로이며, 송신 신호 제어 수단과 수신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 원하는 상태로 조정한다. 제1 이상 회로는 분포 정수 선로를 가진다. 제1 이상 회로의 구성에는 여러 가지가 있지만 가장 단순한 구성으로, 수신 신호의 주파수 대역에서 안테나 측에서 본 송신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 거의 단락 상태로 하는 선로 길이(線路長)를 갖는 분포 정 수 선로로 제1 이상 회로가 이루어지는 것이다.
갈륨 비소(GaAs) 반도체 칩을 이용하는 고주파 증폭기는, 동작 시에, 송신 신호의 주파수 대역에서 거의 50Ω이지만, 정지 시에는 수신 신호의 주파수 대역에서 거의 단락 상태가 되는 임피던스 특성을 갖는다. 제1 이상 회로는 바람직하게 대략 λ/4의 선로 길이를 갖는 분포 정수 선로이다. 여기에서, λ는 수신 신호의 파장이며, 선로 길이는 나선형(spiral type) 또는 미언더형(meander type) 등으로 이루어진 선로의 실질적인 길이이다. 실제 선로 길이는 분포 정수 선로를 구성하는 적층체 모듈의 선로나 유전율 등에 의한 파장 단축 효과에 의해 변하기 때문에, λ/10 내지 λ/4의 범위 내에서 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
다른 형태의 제1 이상 회로는 고주파 증폭기에 의해 증폭된 송신 신호의 일부를 분파하는 방향성 결합기를 포함하고 있지만, 이 방향성 결합기의 주 선로(主線路)는 적어도 분포 정수 선로의 일부인 것이 바람직하다. 제1 이상 회로는 분파된 송신 신호의 일부를 검파하는 검파기를 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 검파기는 검파 다이오드와 평활 커패시터를 갖고, 검파 다이오드는 적층체 모듈에 탑재되어 있으며, 평활 커패시터는 적층체 모듈 내에서 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성된다.
상기 각 형태에서, 제1 이상 회로는 고주파 증폭기가 정지 상태일 때, 수신 신호의 주파수 대역에서 안테나 측에서 본 송신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 거의 개방 상태로 한다.
본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 고주파 증폭기는 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로, 그리고 증폭 회로의 출력 측에 접속된 출력 정합 회로를 구비하고, 입력 정합 회로와 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 구비하며, 증폭 회로의 트랜지스터는 적층체 모듈에 탑재되어 있고, 인덕터는 분포 정수 선로로서 적층체 모듈의 내부에 형성되는 것이 바람직하다. 커패시터는 적층체 모듈 내에서 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 트랜지스터는 전계 효과형 트랜지스터로 이루어지고, 고주파 증폭기는 갈륨 비소(GaAs)로 이루어지며 이 부품은 적층체 모듈에 실장되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 고주파 복합 부품은 안테나와 수신 회로 사이에 제2 이상 회로와 대역 통과 필터를 포함하는 수신 신호 제어 수단을 갖고, 제2 이상 회로와 대역 통과 필터는 공동으로, 송신 신호의 주파수 대역에서 안테나 측에서 본 수신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 거의 개방 상태로 한다. 대역 통과 필터로서, 탄성 표면파 필터, 적층형 유전체 필터, 동축 공진기 필터나 벌크파 필터를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 고주파 복합 부품은 안테나와 수신 회로 사이에서, 분포 정수 선로, 분포 정수 선로 그리고 수신 회로 사이에 접속되어, 커패시터를 통하여 그라운드에 접속된 다이오드를 갖는 수신 신호 제어 수단을 포함한다. 이 바람직한 실시예에서, 다이오드는 적층체 모듈에 탑재되고, 분포 정수 선로는 적층체 모듈의 내부에 형성되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 고주파 복합 부품은 통과 대역이 상이한 복수 개의 송수신 시스템을 취급하는 것으로, 안테나 단자에 접속된 통과 대역이 다른 복수 개의 필터 회로를 포함하며, 적어도 하나의 필터 회로 후단에 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 갖는 송신 신호 제어 수단을 구비하고, 고주파 증폭기와 제1 이상 회로는 복수 개의 유전체 층으로 이루어지는 적층체 모듈 내에 일체로 형성되어 있다. 이 고주파 복합 부품은 복수 개의 주파수대를 갖는 고주파 신호를 공통으로 사용하는 듀얼 밴드나 트리플 밴드용과 같은 통신 시스템을 위한 복수 개의 고주파 신호를 공통으로 이용할 수 있다.
제1 및 제2 필터 회로는 각각 인덕터와 커패시터로 이루어지는 LC 회로이며, 인덕터를 분포 정수 선로로서 적층체 모듈의 내부에 형성하는 동시에, 커패시터를 적층체 모듈의 내부에서 유전체 층을 사이에 삽입하여, 대향하는 커패시터 전극으로 형성하는 것이 바람직하다.
제1 이상 회로는 분포 정수 선로를 가진다. 제1 이상 회로는 또한 고주파 증폭기로 증폭된 송신 신호의 일부를 분파하는 방향성 결합기를 구비하며, 방향성 결합기의 주 선로를 제1 이상 회로의 분포 정수 선로 일부로 하는 것이 바람직하다. 제1 이상 회로는 또한 분파된 송신 신호의 일부를 검파하는 검파기를 구비할 수 있다. 이 검파기는 검파 다이오드와 평활 커패시터를 구비하며, 검파 다이오드는 적층체 모듈에 탑재되고, 평활 커패시터는 적층체 모듈 내에서 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성된다.
고주파 증폭기는 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 이 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로, 이 증폭 회로의 출력 측에 접속된 출력 정합 회로를 구비 하고, 입력 정합 회로와 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 포함한다. 증폭 회로의 트랜지스터는 적층체 모듈에 탑재되어 있고, 인덕터는 분포 정수 선로로서 적층체 모듈 내에 형성되는 것이 바람직하다. 커패시터는 적층체 모듈 내에서 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 증폭 회로의 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 고주파 증폭기는 갈륨 비소(GaAs) 트랜지스터로 구성되어 적층체 모듈에 실장하는 것이 바람직하다.
본 발명의 무선 통신 장치는 상기 고주파 복합 부품을 구비한다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 일 예를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 송신 신호 제어 수단의 일 예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 송신 신호 제어 수단의 다른 예에 대한 등가 회로이다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 송신 신호 제어 수단의 다른 예에 대한 등가 회로이다.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 송신 신호 제어 수단의 다른 예에 대한 등가 회로이다.
도 6은 거의 단락 상태 및 거의 개방 상태의 임피던스 특성을 나타내는 스미스(smith) 도표이다.
도 7a는 도 3에 도시한 송신 신호 제어 수단의 고주파 증폭기가 정지 상태일 때 접속점(P0)에서 본 고주파 증폭기의 임피던스 특성(Zp1)을 나타내는 스미스 도표이다.
도 7b는 도 3에 도시한 송신 신호 제어 수단의 고주파 증폭기가 정지 상태일 때 접속점(IP1)에서 본 송신 신호 제어수단의 임피던스 특성(Zip1)을 나타내는 스미스 도표이다.
도 8은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 고주파 증폭기의 일 예에 대한 등가 회로이다.
도 9는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 수신 신호 제어 수단의 일 예에 대한 블럭도이다.
도 10은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 수신 신호 제어 수단의 일 예에 대한 등가 회로이다.
도 11a는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 대역 통과 필터의 임피던스 특성(Zp2)을 나타내는 스미스 도표이다.
도 11b는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 수신 신호 제어 수단에 대한 임피던스 특성(Zip1)을 나타내는 스미스 도표이다.
도 12는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품에 이용하는 수신 신호 제어 수단의 다른 예에 대한 등가 회로이다.
도 13은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 일 예에 대한 등가 회로이다.
도 14는 본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 다른 예에 대한 등가 회로이다.
도 15는 본 발명에 따른 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품의 일 예에 대한 블럭도이다.
도 16은 본 발명에 따른 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품에 이용하는 듀플렉서(duplexer)의 일 예를 나타내는 블럭도이다.
도 17은 본 발명에 따른 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품의 일 예에 대한 등가 회로이다.
도 18은 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품을 내장한 일체형 적층체 모듈의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품의 적층체 모듈을 구성하는 각 층의 회로 구성을 나타내는 전개도이다.
도 20은 본 발명에 따른 고주파 복합 부품을 내장한 일체형 적층체 모듈의 부분 단면도이다.
도 21은 종래의 고주파 복합 부품에 대한 등가 회로이다.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 다음에 상세하게 설명한다. 간략하게 설명하기 위하여, 제1 신호 주파수대(f1)로서 EGSM(송신 주파수: 880 내지 915MHz, 수신 주파수: 925 내지 960MHz)를 예로 들지만, DCS 1800 시스템(송신 TX: 1710 내지 1785MHz, 수신 RX: 1805 내지 1880MHz), PCS 시스템(송신 TX: 1850 내지 1910MHz, 수신 RX: 1930 내지 1990MHz) 등과 같은 다른 통신 시스템에 적용하는 것도 당연히 가능하다.
[1] 고주파 복합 부품의 구성
도 1은 본 발명의 고주파 복합 부품(고주파 스위치 모듈이라고도 할 수 있음)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 이 고주파 복합 부품은 싱글 밴드에 대응하는 고주파 복합 부품이며, 접속점(IP1)과 송신 회로(TX) 사이에 송신 신호 제어 수단(2)을 구비하는 동시에, 접속점(IP1)과 수신 회로(RX) 사이에 수신 신호 제어 수단(3)을 갖는다.
(A) 송신 신호 제어 수단
송신 신호 제어 수단(2)은 도 2에 도시한 바와 같이, 접속점(IP1)과 송신 회로(TX) 사이에 접속된 제1 이상 회로(5)와 고주파 증폭기(4)를 구비한다. 고주파 증폭기(4)는, 동작 중일 때, 송신 신호의 주파수대에서는 대략 50Ω이지만, 정지 시에 수신 신호의 주파수대에서는 거의 단락 상태가 되는 임피던스 특성을 갖는다. 고주파 증폭기(4)와 접속하는 제1 이상 회로(5)는 접속점(IP1) 측에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스를 거의 개방 상태로 하기 때문에, 위상의 이동 각도를 조정한다.
"거의 단락 상태"라는 것은 임피던스(Z)를 Z = R+ jX로 나타낼 때 실수부인 R를 15Ω이하에 조정하는 경우와 허수부인 X의 절대치를 15Ω이하로 조정하는 경우로서 정의한다. 이것을 스미스 도표 상에 나타내면, 도 6의 좌측단에 사선으로 표시된 사선 부분이 "거의 단락 상태"에 해당한다. 또한 "거의 개방 상태"라고 하는 것은 임피던스(Z)를 Z = R+ jX로 나타낼 때 실수부(R)를 150Ω이상으로 조정하는 경우와 허수부(X)의 절대치를 100Ω이상으로 조정하는 경우로 정의한다. 이것을 스미스 도표 상에 나타내면, 도 6의 우측단에 사선으로 표시한 사선 부분이 "거의 개방 상태"에 해당한다.
고주파 증폭기(4)는, 정지 시에, 수신 신호의 주파수대에서 거의 단락 상태로 (도 6의 스미스 도표 상에서 좌측의 사선 영역에 포함됨)되도록 조정된다. 제1 이상 회로(5)는 접속점(IP1) 측에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스가 도 6의 스미스 도표 상에서 우측의 사선 영역에 포함되도록 조정된다. 이러한 구조에 의해, 송신 신호 제어 수단로 누설되는 수신 신호를 매우 적게 할 수 있다.
도 3은 이상 회로(5)의 등가 회로에 대한 일 예를 나타낸다. 이상 회로(5)는 수신 신호의 주파수 대역(수신 주파수: 925 내지 960 MHz)에서 선로 길이가 대략 λ/4로 되는 분포 정수 선로(6)로 구성된다. 이 이상 회로는 구조가 간단하다는 이점이 있다. 도 7a는 도 3에 도시한 송신 신호 제어 수단(2)의 접속점(P0)에서 본 고주파 증폭기(4)의 임피던스 특성(Zp0)을 나타내고, 도 7b는 접속점(IP1)에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스 특성(Zip1 TX)을 나타낸다. 이 때 고주파 증폭기(4)는 정지 상태이다. 도 7a 및 도 7b로부터 알 수 있는 것처럼, 고주파 증폭기(4)의 임피던스 특성은 수신 신호의 주파수 대역에서 거의 단락 상태로 되지만, 제1 이상 회로(5)에 의해 접속점(IP1)에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스 특성은 거의 개방 상태로 된다.
도 4는 이상 회로(5)의 또 다른 예에 대한 블럭도이다. 이 이상 회로(5)에서는, 분포 정수 선로(6) 전후에 커패시터(7, 8)가 접속되어 있다. 이상 회로(5)는 분포 정수 선로(6)만으로 이루어지는 이상 회로의 경우보다 선로 길이를 짧게 할 수 있는 동시에, 저역 통과 필터로서 기능하고 고주파 증폭기(4)에서 출력되는 고주파 신호를 감쇠시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 5는 이상 회로(5)의 또 다른 예를 나타낸다. 이상 회로(5)는 분포 정수 선로(6)를 주 선로로 하고, 분포 정수 선로(7)를 부 선로로 하는 방향성 결합기이다. 이 이상 회로(5)에 의해, 고주파 증폭기(4)에서 출력되는 송신 신호의 일부는 이상 회로(5)(방향성 결합기)를 구성하는 분포 정수 선로(7)의 일측 단에서 출력되어 저항(9 내지 11)을 구비한 감쇠기(16)에 의해 감쇠되고, 검파기(15)로 입력된다. 감쇠기(16)는 출력된 송신 신호의 일부(고주파 신호)를 후단의 회로에서 처리할 수 있는 정도의 전력까지 감쇠시킨다. 검파기(15)에서, 이 송신 신호의 일부는 검파 다이오드(12)에 의해 정류된 뒤, 평활 커패시터(13)와 부하 저항(14)에 의해 전압이 변환된 검파 신호로 되어 제어 회로(16)로 입력된다. 검파 신호는 소정의 송신 출력 레벨을 갖는 제어 신호와 비교되고, 두 신호의 차이가 작아지도록 구동 증폭기(81)로 피드백되어, 목표하는 송신 출력 레벨로 제어된다.
본 발명에서, 도 18에 도시한 바와 같이, 제1 이상 회로를 구성하는 분포 정수 선로와 커패시터는 유전체로 이루어지는 복수 개의 녹색 시트(sheet) 상에 전극 패턴에 따라 형성되고, 그린 시트를 적층하고 소결(燒結)하여 일체형인 적층체 모듈(170)을 구성하여, 원 칩(one-chip)화한 고주파 스위치 모듈로 하는 것이 바람직하다.
감쇠기를 적층체 모듈에 탑재한 칩 저항으로 구성하면, 이상 회로와 감쇠기를 접속하는 배선을 적층체 모듈에 설치할 수 있다. 이 경우를 고주파 스위치 모 듈이 탑재되는 회로 기판에 감쇠기를 접속하는 경우와 비교하면, 고주파 복합 부품전체의 크기를 작게 할 수 있다. 또한 적층체 모듈에 칩 저항을 탑재하여 부하 저항(14)으로 이용하고, 적층체 모듈 내에서 유전체 층을 사이에 삽입하여, 대향하는 커패시터 전극에 의해 평활 커패시터(13)가 형성되며, 적층체 모듈에 검파 다이오드(12)를 탑재하여 검파기(15)를 구성하면, 적층체 모듈과 별개로 회로 기판에 검파기(15)를 접속하는 경우와 비교할 때 고주파 복합 부품 전체의 크기를 작게 할 수 있다.
고주파 증폭기(4)를 구성하는 트랜지스터나 MMIC(microwave monolithic integrated circuit)는 소비 전력이 크고 발열량이 많기 때문에, 검파기(15)에 온도 변동을 보상하기 위한 온도 감지 소자(더미스터)를 설치하여, 검파기(15)의 온도 특성을 관리할 수 있다.
도 8은 고주파 증폭기(4)의 등가 회로에 대한 일 예를 나타낸다. 고주파 증폭기(4)는 인덕터(19)와 커패시터(18)를 구비한 입력 정합 회로(23), 인덕터(20)와 커패시터(21)를 구비한 출력 정합 회로(26), 저항, 커패시터 그리고 인덕터로 이루어지는 발진 방지용 안정화 회로(24, 25) 및 전계 효과 트랜지스터(27)를 포함한다.
고주파 증폭기(4)를 구성하는 전계 효과 트랜지스터(27)를 적층체 모듈(170)에 탑재하고, 입력 정합 회로(23)와 출력 정합 회로(26)를 구성하는 인덕터를 분포 정수 선로로 형성하며, 적층체 모듈 내부에서 유전체 층을 사이에 삽입하여 서로 대향하는 커패시터 전극에 의해 커패시터를 형성하여, 전체적인 고주파 증폭기(4) 의 크기를 줄일 수 있다.
또한 도 20에 도시한 바와 같이, 적층체 모듈(170)에 공동부(cavity)(202)를 설치하여, 고주파 증폭기를 구성하는 트랜지스터(27)나 갈륨 비소(GaAs)로 이루어지는 반도체 칩(20l)을 공동부(202) 내에 탑재할 수도 있다. 공동부(202)의 개구부를 에폭시 수지 등의 플라스틱으로 적당히 밀봉하거나 캡(203)으로 덮어, 적층체 모듈(170)의 상부 면을 평탄화 할 수 있어, 적층체 모듈(170)을 용이하게 취급할 수 있는 동시에 고주파 증폭기의 특성을 안정화한다
고주파 증폭기(4)를 구성하는 트랜지스터나 MMIC는 소비 전력이 크기 때문에 발열량이 많고 고주파로 될수록 접지 인덕턴스가 소자 특성에 커다란 영향을 준다. 이로 인하여 방열을 잘 하는 것이 중요하며 동시에, 충분히 낮은 접지 인덕턴스를 실현하는 것이 중요하다. 그래서 고주파 증폭기(4) 바로 아래의 적층체 모듈에 비아홀(via hole)을 설치하고, 이 비어홀을 통하여 고주파 증폭기(4)에서 발생하는 열을 회로 기판으로 보내도록 할 수도 있다. 또한 높은 방열성과 낮은 접지 인덕턴스를 실현하는 방법으로서, 반도체 칩에 형성된 트랜지스터 전극 상에 범프(bump)라고 하는 금속 기둥을 형성하고, 반도체 칩의 범프와 회로 기판 상의 전극을 접합하는 플립 칩 본딩(flip chip bonding)을 이용해도 된다.
(B) 수신 신호 제어 수단
도 9에 도시한 바와 같이, 수신 신호 제어 수단(3)은 접속점(IP1)과 수신 회로(RX) 사이에 접속된 제2 이상 회로(50)와 대역 통과 필터(51)를 구비한다. 대역 통과 필터(51)와 접속하는 제2 이상 회로(50)는 접속점(IPl) 측에서 본 수신 신호 제어 수단(3)의 임피던스 특성을 거의 개방 상태로 하기 때문에, 고주파 신호의 위상 이동 각도를 조정한다.
도 10은 제2 이상 회로가 분포 정수 선로로 구성된 이상 회로(50)의 등가 회로에 대한 일 예를 나타낸다. 대역 통과 필터(51)로서는 탄성 표면파 필터, 적층형 유전체 필터, 동축 공진기 필터 또는 벌크파 필터를 사용할 수 있다. 도 11a는 탄성표면파 필터(SWA)의 임피던스 특성(Zp2)을 나타낸다. 탄성 표면파 필터는 수신 신호의 수신 주파수 통과 대에서 대략 50Ω의 임피던스 특성을 나타내고 있고, 송신 신호의 송신 주파수에서는 저 임피던스 상태로 된다. 이상 회로(50)는 송신 신호의 주파수 대역(송신 주파수: 880 내지 915MHz)에서 선로 길이가 대략 5λ/16으로 되는 분포 정수 선로(52)으로 구성되고, 도 11b에 도시한 바와 같이, 수신 신호 제어 수단(3)의 임피던스 특성(Zip1 RX)은 송신 신호의 주파수 대역에서 거의 개방 상태가 된다.
도 13은 수신 신호 제어 수단(3)과 송신 신호 제어 수단(2)을 조합한 고주파 복합 부품에 대한 등가 회로를 나타낸다. 이러한 구성에 의해, 송신 신호가 수신 신호 제어 수단으로 누설되는 양을 매우 적게 줄일 수 있는 동시에, 그 구성을 매우 간략화 할 수 있다. 또한 다이오드를 이용하지 않기 때문에, 송신 회로(TX)와 안테나(ANT) 사이의 삽입 손실을 감소시켜 전력소비도 줄일 수 있다.
도 12는 수신 신호 제어 수단(3)의 등가 회로에 대한 다른 예를 나타낸다. 수신 신호 제어 수단(3)에서는 접속점(IP1)과 수신 회로(RX) 사이에 분포 정수 선로(55)를 접속하여, 수신 회로(RX) 측의 분포 정수 선로(55)에 대한 일측 단에 다 이오드(57)의 캐소드가 접속되며, 다이오드(57)의 애노드와 그라운드 사이에 커패시터(58)가 접속되어 있다. 또한 다이오드(57)의 애노드와 컨트롤 회로(VC1) 사이에는 인덕터(59)와 저항(60)으로 이루어지는 직렬 회로가 접속되어 있다. 저항(60)은 다이오드(57)를 온 상태로 할 때 흐르는 전류를 조절한다. 인덕터(59)는 다이오드(57)의 애노드 측에서 본 컨트롤 회로(VC1)의 임피던스를 크게 하지만, 이 인덕터(59)를 생략할 수도 있다. 본 실시예에서, 분포 정수 선로(55)는 그 공진 주파수가 EGSM의 송신 신호의 주파수 대역 내의 주파수로 되는 선로 길이를 가진다.
도 14는 수신 신호 제어 수단(3)과 송신 신호 제어 수단(2)을 조합한 고주파 복합 부품의 등가 회로에 대한 일 예를 나타낸다. 또 고주파 복합 부품은 전류를 접지하는(地絡) 하는 전류 경로(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이 고주파 스위치 모듈에서, 다이오드(57)는 컨트롤 회로(VC1)에서 인가되는 순바이어스 전압에 의해 온되어, 분포 정수 선로(55)가 다이오드(57)에 의해 접지됨으로써 공진하여, 접속점(IP1) 측에서 본 수신 회로(RX)의 임피던스는 대단히 크게 되기 때문에, 송신 회로(TX)의 송신 신호는 수신 회로(RX)에 전달되지 않는다.
(C) 동작
본 발명의 고주파 스위치 모듈은 고주파 증폭기(4)의 동작을 이용하여 송수신계의 송신이나 수신을 선택한다. 도 13과 도 14에 도시한 등가 회로를 갖는 고주파 복합 부품에 대한 동작을 다음에 상세히 설명한다.
(1) 도 13의 고주파 복합 부품
(a) EGSM TX 모드
송신 회로(TX)와 안테나(ANT)를 접속하는 경우, 고주파 증폭기(4)를 동작시킨다. 고주파 증폭기(4)의 임피던스 특성은 동작 중일 때 대략 50Ω이며, 송신 신호는 분포 정수 선로를 통과하여 접속점(IP1)에 이른다. 송신 신호의 주파수 대역에서, 접속점(IP1)에서 본 수신 신호 제어 수단(3)의 임피던스는 분포 정수 선로(52)와 탄성 표면파 필터(51)에 의해 거의 개방 상태(고 임피던스)가 되어, 송신 신호는 수신 회로로 누설되지 않고 안테나(ANT)로 유도된다.
(b) EGSM RX 모드
안테나(ANT)와 수신 회로(RX)를 접속하는 경우, 고주파 증폭기(4)를 정지시킨다. 고주파 증폭기(4)의 임피던스 특성은, 정지 시에, 수신 신호의 주파수에서 거의 단락 상태이지만, 고주파 증폭기(4)에 접속된 분포 정수 선로(5)에 의해 수신 신호의 주파수 대역에서, 접속점(IP1)에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스는 거의 개방 상태(고 임피던스)이다. 그러므로 수신 신호가 송신 회로(TX)로 누설되지 않는다. 수신 신호 제어 수단을 구성하는 탄성 표면파 필터(51)의 임피던스 특성은 수신 신호의 주파수에서 대략 50Ω이다. 그러므로 수신 신호는 분포 정수 선로(52)와 탄성 표면파 필터(51)를 통과하여, 수신 회로(RX)에 이른다.
이와 같이 본 발명의 고주파 복합 부품에서는 매우 간단한 구성으로 높은 아이솔레이션 특성을 실현하는 동시에, 송신계와 수신계 모두 다이오드를 줄일 수 있기 때문에, 송신 신호의 삽입 손실을 향상시킬 수 있다. 또한 도 21에 도시한 것과 같은 종래의 고주파 복합 부품에 필요한 다이오드(77, 78), 커패시터(70, 71, 74, 79) 또는 인덕터(76) 등을 생략할 수 있기 때문에, 고주파 복합 부품을 소형화할 수 있다. 그 외에, 종래에는 회로 기판 상에 개별적으로 설치되어 있던 고주파 증폭기(4)나 대역 통과 필터(51)를 일체화 할 수 있기 때문에, 고주파 복합 부품 전체의 크기를 작게 할 수 있다. 그 결과, 고주파 복합 부품을 구비하는 무선 통신 장치를 소형화하고 경량화할 수 있다.
(2) 도 14의 고주파 복합 부품
(a) EGSM TX 모드
송신 회로(TX)와 안테나(ANT)를 접속하는 경우, 고주파 증폭기(4)를 동작시키는 동시에, 컨트롤 회로(VC1)로부터 인가되는 정(+)의 전압에 의해 다이오드(57)가 온 된다. 고주파 증폭기(4)의 임피던스 특성은 동작 중일 때 대략 50Ω이며, 송신 신호는 분포 정수 선로를 통과하여 접속점(IP1)에 이른다. 컨트롤 회로(VC1)에서 인가된 정의 전압은 커패시터(56, 58, 61)와 고주파 증폭기(4)의 커패시터(22)에 의해서 직류분이 차단되고 다이오드(57)로 인가되어, 다이오드(57)는 온 상태로 된다. 그로 인해 분포 정수 선로(55)가 고주파적으로 접지됨에 따라, 다이오드(57)와 커패시터(58)가 공진하여 접속점(IP1) 측에서 본 수신 회로(RX)의 임피던스는 대단히 커지고, 송신 신호는 수신 회로로 누설되지 않고 안테나(ANT)로 유도된다.
(b) EGSM RX 모드
안테나(ANT)와 수신 회로(RX)를 접속하는 경우, 고주파 증폭기(4)를 정지시키는 동시에 컨트롤 회로(VC1)에 0의 전압을 인가한다. 고주파 증폭기(4)의 임피 던스 특성은 정지 시에 수신 신호의 주파수에서 거의 단락 상태이지만, 고주파 증폭기(4)에 접속된 분포 정수 선로(5)에 의해, 수신 신호의 주파수 대역에서, 접속점(IP1) 측에서 본 송신 신호 제어 수단(2)의 임피던스는 거의 개방 상태(고 임피던스)이므로, 수신 신호는 송신 회로(TX)로 누설되지 않는다. 컨트롤 회로(VCl)에 0의 전압이 인가됨에 따라, 다이오드(57)는 오프(off) 상태가 된다. 오프 상태로 된 다이오드(57)에 의해, 분포 정수 선로(55)를 통하여 접속점(IP1)과 수신 회로(RX)가 접속되어, 수신 신호는 송신 회로(TX)로 누설되지 않고 수신 회로(RX)로 전송된다.
이와 같이 본 발명의 고주파 복합 부품은 매우 간단한 구성으로 높은 아이솔레이션 특성을 실현하는 동시에, 송신계의 다이오드 개수를 줄일 수 있기 때문에, 송신 신호의 삽입 손실을 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 고주파 스위치 모듈에서는 필요한 다이오드(77) 등을 사용하지 않기 때문에, 고주파 스위치 모듈을 소형화할 수 있다. 또한 종래에는 회로 기판 상에 개별적으로 설치한 고주파 증폭기(4)를 일체화 할수 있기 때문에 장치 전체의 크기를 줄일 수 있어, 고주파 복합 부품을 구비한 무선 통신 장치를 소형화하고 경량화 할 수 있다.
[2] 고주파 복합 부품의 구체적인 예
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 복합 부품의 일 예를 나타내는 블럭도이며, 도 17은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 복합 부품의 일 예에 대한 등가 회로를 도시한 도면이다. 이 예는, 상이한 복수 개의 송수신계의 송신 회로와 수신 회로를 전환하는 듀얼 밴드용 고주파 복합 부품에 관한 것이다. 설명을 간략하게 하기 위하여, 제1 신호주파수대(f1)로서 EGSM(송신 주파수: 880 내지 915MHz, 수신 주파수: 925 내지 960MHz), 제2 신호 주파수대(f2)로서 DCS l800 시스템(송신 TX: 1710 내지 1785MHz, 수신 RX: 1805 내지 1880MHz)을 예로 든다.
(A) 제1 및 제 2 필터 회로
안테나(ANT)와 접속하는 제1 및 제2 필터 회로(101, 102)는 분포 정수 선로와 커패시터로 구성되어 있다. EGSM의 송수신 신호는 통과시키지만, DCS 1800의 송수신 신호를 감쇠하는 제1 필터 회로(101)로서는 저역 통과 필터(low pass filter)를 사용하고, DCS 1800의 송수신 신호는 통과시키지만 EGSM의 송수신 신호를 감쇠하는 제2 필터 회로(102)로서는 고역 통과 필터(high pass filter)를 사용한다.
저역 통과 필터(101)는 분포 정수 선로(401)와 커패시터(403)를 병렬로 접속하고 그라운드와의 사이에 커패시터(404)를 접속하며, 분포 정수 선로(402)와 커패시터(405)를 병렬로 접속하고, 그라운드와의 사이에 커패시터(406)를 접속하여 이루어진다. 고역 통과 필터(102)는 분포 정수 선로(407)와 커패시터(408)를 병렬로 접속하고 그라운드와의 사이에 분포 정수 선로(409)를 배치하며, 병렬로 접속된 분포 정수 선로(407)와 커패시터(408)에 커패시터(410)를 직렬로 접속하여 이루어진다. 이러한 구성에 의해, 제1 송수신계와 제2 송수신계의 수신 신호를 분파할 수 있다. 제1 및 제2 필터 회로(101, 102)로서는 이미 기술한 구성 이외에 다음의 (a) 내지 (h)의 구성도 채용할 수 있다.
(a) 제1 필터 회로(101)는 저역 통과 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 노치 필터(notch filter)로 이루어지는 구성.
(b) 제1 필터 회로(101)는 노치 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 대역 통과 필터(band pass filter)로 이루어지는 구성.
(c) 제1 필터 회로(101)는 저역 통과 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 대역 통과 필터로 이루어지는 구성.
(d) 제1 필터 회로(101)는 노치 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 노치 필터로 이루어지는 구성.
(e) 제1 필터 회로(101)는 노치 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 고역 통과 필터로 이루어지는 구성.
(f) 제1 필터 회로(101)는 대역 통과 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 대역 통과 필터로 이루어지는 구성.
(g) 제1 필터 회로(101)는 대역 통과 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 노치 필터로 이루어지는 구성.
(h) 제1 필터 회로(101)는 대역 통과 필터로 이루어지고, 제2 필터 회로(102)는 고역 통과 필터로 이루어지는 구성.
(B) 신호 경로 제어 회로
(1) EGSM 측의 신호 경로 제어 회로
제1 및 제2 필터 회로(101, 102) 후단에는, 각각 제1 신호 경로 제어 회로(SW1) 와 제2 신호 경로 제어 회로(SW2)가 배치되어 있다. EGSM의 송신 회로(TX1)와 수신 회로(RX1)를 전환하는 제1 신호 경로 제어 회로(SW1)는 고주파 증폭기, 다이오드와 분포 정수 선로를 주요 구성으로 한다. DCS 1800의 송신 회로(TX2)와 수신 회로(RX2)를 전환하는 제2 신호 경로 제어 회로(SW2)는 다이오드와 분포 정수 선로를 주요 구성으로 하고 있다.
EGSM의 송신 회로(TX1)와 수신 회로(RX1)를 전환하는 제1 신호 경로 제어 회로 (SW1)는 다이오드(57), 2개의 분포 정수 선로(5, 55) 그리고 고주파 증폭기(4)를 주요 구성으로 한다. 분포 정수 선로(5)는 EGSM의 송수신 신호에 대한 신호 경로에서 제1 접속점(IP1)과 송신 회로(TX1) 사이에 배치되고, 분포 정수 선로(5)의 후단에 고주파 증폭기(4)가 직렬로 접속되어 있다. 분포 정수 선로(5)는 EGSM의 수신 신호에 대한 주파수 대역에서 대략 λ/4로 되는 선로 길이를 갖는다. 고주파 증폭기(4)는 동작 중일 대 대략 50Ω으로 되고, 정지 시에는 거의 단락 상태로 되는 임피던스 특성을 갖는다. 제1 접속점(IP1)과 수신 회로(RX1) 사이에는 분포 정수 선로(55)가 접속되어 있고, 수신 회로(RX1) 측의 분포 정수 선로(55) 일측 단에 다이오드(57)의 캐소드가 접속되어 있으며, 다이오드(57)의 애노드와 그라운드 사이에 커패시터(58)가 접속되어 있다. 또한 다이오드(57)의 애노드와 컨트롤러 회로(VC1) 사이에 인덕터(59)와 저항(60)으로 이루어지는 직렬 회로가 접속되어 있다. 분포 정수 선로(55)는 그 공진 주파수가 EGSM의 송신 신호에 대한 주파수 대역 내의 주파수로 되는 선로 길이를 가진다.
EGSM의 수신 신호를 수신 회로(RX1)에 송신하는 경우, 분포 정수 선로(5)가 없으면 고주파 증폭기(4)가 정지 중 일때 임피던스 특성은 거의 단락 상태로 되기 때문에, 고주파 증폭기(4)에 수신 신호가 흡수되어 버리지만, 분포 정수 선로(5)가 존재하기 때문에 제1 접속점(IP1)에서 본 임피던스는 거의 개방 상태가 된다. 그러므로 수신 신호는 수신 회로(RX1)로 출력된다.
도 17에는 도시하지 않았지만, 고주파 증폭기(4)는 직류 성분을 차단하기 위한 커패시터를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 고주파 증폭기(4)에서 출력되는 직류 성분의 신호는 수신 회로(RX1)로 인가되지 않으며, 다이오드(57)를 온 시키기 위하여 컨트롤 회로(VC1)에서 인가되는 전압의 직류 성분도 송신 회로(TX1)로 인가되지 않는다.
(C) DCS 1800 측의 신호 경로 제어 회로
DCS 1800의 수신 회로(RX2)와 송신 회로(TX2)를 전환하는 신호 경로 제어 회로 (SW2)는 2개의 다이오드(306,309), 2개의 분포 정수 선로(301, 307)를 주요 구성으로 한다. 다이오드(306)는 DCS 1800의 송수신 신호가 입출력되는 제2 접속점(IP2)과 송신 회로(TX2) 사이에 배치되어 접속점(IP2)에 애노드가 접속되어 있고, 다이오드(306)의 캐소드와 그라운드 사이에 분포 정수 선로(301)가 접속되어 있다. 접속점(IP2)과 수신 회로(RX2) 사이에는 분포 정수 선로(307)가 접속되며, 수신 회로(RX2)측의 분포 정수 선로(307) 일측 단에 다이오드(309)의 캐소드가 접속되어 있고, 다이오드(309)의 애노드와 그라운드 사이에 커패시터(310)가 접속되어 있다. 다이오드(309)의 애노드와 컨트롤 회로 (VC2) 사이에, 인덕터(311)와 저항(3l2)으로 이루어지는 직렬 회로가 접속되어 있다. 분포 정수 선로(301)는 커패시터(302)와의 공진 주파수가 DCS 1800의 송신 신호에 대한 주파수 대역 내에 존 재하는 주파수로 되는 선로 길이를 가진다.
송신 회로(TX2)와 접속점(IP2) 사이에는 저역 통과 필터가 배치되어 있다. 이 저역 통과 필터는 분포 정수 선로(305), 커패시터(302, 303, 304)로 구성된 π형의 저역 통과 필터인 것이 바람직하다. 저역 통과 필터는 신호 경로 제어 회로를 구성하는 소자 사이에 복합적으로 구성한 것이지만, 신호 경로 제어 회로의 후단이나 전단에 저역 통과 필터를 배치할 수도 있다.
제2 송신 회로(TX2)와 제2 필터 회로(102)를 접속하는 경우, 컨트롤 회로(VC2)에서 정의 전압이 인가된다. 컨트롤 회로(VC2)에서 인가된 정의 전압은 커패시터(300, 308, 310, 304, 303, 302, 410)에 의해 직류 분이 차단되어, 다이오드(306, 309)를 포함하는 회로에 인가됨에 따라 다이오드(306, 309)는 온 상태로 된다. 다이오드(306)가 온 상태로 되면, 제2 송신 회로(TX2)와 접속점(IP2) 사이의 임피던스는 낮아진다. 또한 온 상태의 다이오드(309)와 커패시터(310)에 의해, 분포 정수 선로(307)가 고주파적으로 접지되어 공진하여, 접속점(IP2) 측에서 본 제2 수신 회로(RX2)의 임피던스는 대단히 커진다. 그러므로 제2 송신 회로(TX2)에서 출력되는 송신 신호는 제2 수신 회로(RX2)로 누설되지 않고, 제2 필터 회로(102)로 전송된다.
제2 수신 회로(RX2)와 제2 필터 회로(102)를 접속하는 경우, 컨트롤 회로(VC2)로 0의 전압이 인가되어 다이오드(306, 309)는 오프 상태로 된다. 오프 상태로 된 다이오드(309)에 의해, 분포 정수 선로(307)를 통해 접속점(IP2)과 제2 수신 회로(RX2)가 접속된다. 또한 다이오드(306)가 오프 상태로 됨에 따라, 접속 점(IP2) 측에서 본 제2 송신 회로(TX2)의 임피던스는 커진다. 그러므로 제2 필터 회로(102)로부터의 수신 신호는 제2 송신 회로(TX2)로 누설되지 않고, 제2 수신 회로(RX2)로 전송된다.
이러한 구성을 갖는 고주파 신호 경로 제어는 다음의 [표 1]에 도시한 바와 같이 컨트롤 회로(VC1, VC2)와 고주파 증폭기의 동작 상태를 제어하고, EGSM과 DCS 1800의 송수신 모드를 변경한다.
[표 1]
모드 VC1 VC2 고주파 증폭기
EGSM TX 하이(High) 로우 동작
EGSM RX 로우(Low_ 로우 중지
DCS1800 TX 로우 하이 중지
DCS1800 RX 로우 로우 중지

(D) 고주파 복합 부품의 적층 구조
도 18은 본 실시예에 따른 고주파 복합 부품의 평면도이며, 도 19는 도 18에 도시한 적층체 모듈을 구성하는 각 층의 구성을 나타내는 전개 도면이다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 필터 회로, 저역 통과 필터, 신호 경로 제어 회로의 분포 정수 선로, 고주파 증폭기의 정합 회로에 대한 인덕터와 커패시터를 적층체 모듈 내에 구성하고, 다이오드, 고주파 증폭기의 반도체 칩이나 적층체 모듈 내에 내장할 수 없는 고 용량의 커패시터, 저항 또는 인덕터를 칩 부품으로 적층체 모듈 상에 탑재하여, 원칩화한 듀얼밴드용 고주파 복합 부품을 구성한다.
이 적층체 모듈은 저온 소성이 가능한 세라믹 유전체 재료로 이루어지고, 두께가 l0㎛ 내지 500㎛인 그린 시트를 제작하여, 각 그린 시트 상에 은(Ag)을 주성 분으로 하는 도전 페이스트를 인쇄하여 원하는 전극 패턴을 형성하고, 이 전극 패턴을 구비한 복수 개의 그린 시트를 적층하여 일체화하여, 일체로 소성시켜 제조할 수 있다. 라인 전극의 폭은 주로 100㎛ 내지 400㎛로 하는 것이 바람직하다. 적층체 모듈의 내부 구조를 적층하는 순서에 따라 설명한다.
하층의 그린 시트(13) 상에는 그라운드 전극(120)이 거의 전체 면에 형성되어 있고, 측면에 형성되는 단자 전극에 접속하기 위한 접속부가 설치되어 있다.
고주파 증폭기의 입력 정합 회로와 출력 정합 회로를 구성하는 커패시터용 전극(l22, 123)과 라인 전극(121)이 형성된 그린 시트(12), 5개의 라인 전극(126, 127, 128, 129, 130)과 커패시터용 전극(124, 125)이 형성된 그린 시트(11) 그리고 4개의 라인 전극(47, 48, 133, 134)이 형성된 그린 시트(l0)를 그린 시트(13) 상에 순차로 적층한다. 그 위에, 5개의 스루홀 전극(도면에서는 검은 점으로 나타남) 형성된 그린 시트(9)를 적층하며, 또한 그 위에 5개의 스루홀 전극과 그라운드 전극(32)이 형성된 그린 시트(8)를 적층한다.
2개의 그라운드 전극(120, 32) 사이에 삽입되는 영역 내에서 라인 전극은 접속된다. 구체적으로는, 라인 전극(126, 134)은 스루홀 전극으로 접속되어 분포 정수 선로(5)의 일부를 구성하고, 라인 전극(129, 133)은 스루홀 전극으로 접속되어 분포 정수 선로(55)를 구성하며, 라인 전극(128, 48)은 스루홀 전극으로 접속되어 분포 정수 선로(307)를 구성하고, 라인 전극(127, 47)은 스루홀 전극으로 접속되어 분포 정수 선로(301)를 구성한다. 라인 전극(12)l은 고주파 증폭기(4)의 출력 정합 회로(26)에 대한 분포 정수 선로(20)를 구성하고, 커패시터용 전극(122)과 그라 운드 전극(120)은 출력 정합 회로(26)의 커패시터(21)를 구성하며, 커패시터용 전극(123)과 그라운드 전극(120)은 고주파 증폭기(4)의 입력 정합 회로(23)에 대한 커패시터(18)를 구성한다. 커패시터용 전극(122)과 커패시터용 전극(124)은 고주파 증폭기(4)의 DC 차단 커패시터(22)를 구성하고, 커패시터용 전극(123, 125)은 고주파 증폭기(4)의 DC 차단 커패시터(17)를 구성한다. 라인 전극(130)은 입력 정합 회로(23)의 분포 정수 선로(19)를 구성한다.
본 실시예에서는, 고주파 증폭기(4)의 입력 정합 회로(23)와 출력 정합 회로(26)의 커패시터를 적층체 모듈 내에 내장하고 있지만, 미세 조정이 필요한 경우에는 상기 커패시터를 칩 커패시터로서 적층체 모듈 상에 탑재하여, 원하는 용량을 적절히 선택할 수 있다.
그린 시트(8)상에 적층하는 그린 시트(7)에는, 커패시터용 전극(136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143)이 형성되어 있다. 그 위에 적층되는 그린 시트(6)에도 커패시터용 전극(144, 145, 147)과 그라운드 전극(146)이 형성되어 있다. 그 위에 적층되는 그린 시트(5)에는 커패시터 전극(148, 149, 150)이 형성되어 있다.
그 위에, 라인 전극(15l, 152, 153, 154), (155)이 형성된 그린 시트(4), 라인 전극(156, 157, 158)과 접속 라인이 형성된 그린 시트(3) 그리고 스루홀 전극이 형성된 그린 시트(2)를 순차로 적층한다. 최상부의 그린 시트(1)에는 탑재 소자 접속용 랜드가 형성되어 있다.
상측의 그라운드 전극(32)이 형성된 그린 시트(8) 상에 적층된 그린 시트(7)의 커패시터용 전극(136, 137, 138, 139, 140, 141, 143)은 그라운드 전극(32)과의 사이에서 커패시터를 형성한다. 구체적으로, 커패시터용 전극(143)은 커패시터(404)를 구성하고, 커패시터용 전극(136)은 커패시터(406)를 구성하며, 커패시터용 전극(140)은 커패시터(58)를 구성한다. 또한 커패시터용 전극(138)은 커패시터(302)를 구성하고, 커패시터용 전극(139)은 커패시터(303)를 구성하며, 커패시터용 전극(141)은 커패시터(310)를 각각 구성한다.
그린 시트(5, 6, 7)에 형성된 커패시터 전극들은 서로들 사이에 용량성 소자를 형성한다. 구체적으로는, 커패시터 전극(142, 147) 사이에서 커패시터(410)를 구성하고, 커패시터 전극(147, 150) 사이에서 커패시터(408)를 구성하고, 커패시터 전극(137, 136, 144) 사이에서 커패시터(405)를 구성한다. 또한 커패시터 전극(138, 139, 145) 사이에서 커패시터(304)를 구성한다. 또 라인 전극(155, 158) 사이의 기생 용량으로 등가 회로의 커패시터(403)를 구성한다.
그린 시트(3, 4)에서는, 라인 전극(l55, 158)이 분포 정수 선로(401)를 구성하고, 라인 전극(154, 157)은 분포 정수 선로(407)를 구성하며, 라인 전극(153)은 분포 정수 선로(409)를 구성한다. 또한 라인 전극(152, 156)은 분포 정수 선로(305)를 구성하고, 라인 전극(151)은 분포 정수 선로(402)를 구성한다. 그린 시트(3)의 라인 전극(156, 157, 158) 이외는 배선용 라인이다.
이들 그린 시트를 압착하고 일체로 소성하여, 외형 치수가 9.6㎜ ×5.0mm × 1.Omm의 적층체 모듈(170)을 얻는다. 이 적층체 모듈(170)의 측면에 단자 전극을 형성한다. 이 적층체 모듈 상에, 도 18에 도시한 바와 같이, 다이오드(57, 306, 309), 트랜지스터(27), 칩 커패시터(56, 308, 411), 칩 인덕터(59, 311) 그리고 고주파 증폭기의 안정화 회로를 구성하는 커패시터, 저항 및 인덕터를 탑재한다. 또 GND는 그라운드 접속용 단자이다.
이 실시예에 의하면, 제1 및 제2 신호 경로 제어 회로의 분포 정수 선로를 적층체 모듈 내에 형성할 때, 그라운드 전극에서 삽입된 영역 내에 배치하고 있다. 이에 따라, 신호 경로 제어 회로와 분파 회로, 저역 통과 필터와의 간섭을 방지한다. 그라운드 전극으로 좁혀진 영역은 적층체 모듈의 하부에 배치되어 있기 때문에, 그라운드 전위를 얻기 쉽다. 또한 이 실시예에서, 적층체 모듈 측면에 각 단자가 형성되고, 면 실장 가능한 구조로 되어있다. 측면 단자는 각각 안테나(ANT) 단자, DCS 1800의 TX2 단자, EGSM의 TX1 단자, EGSM의 RX1 단자, DCS 1800의 RX2 단자, 그라운드 단자(GND) 그리고 컨트롤 단자(VC1, VC2)이다. 측면 단자 대신에, 스루홀을 이용하여 내부 배선을 적층체 모듈 바닥 면으로 인출하여, BGA(ball grid array)/LGA(land grid array)등의 단자로서 형성해도 된다.
본 발명에 따른 고주파 복합 부품을 듀얼 밴드용 휴대 전화에 이용한 결과, 배터리 소비가 적고, 저소비 전류의 휴대 전화를 구현할 수 있음을 알았다. 송신 신호 제어 수단으로서 고주파 증폭기와 이상 회로를 조합한 것을 구비한 고주파 복합 부품이면 본 발명의 범위 내에 속한다.
본 발명에 따른 고주파 복합 부품의 구조와 동작을 EGSM 및 DCS 1800으로 이루어지는 듀얼 밴드 시스템에 대하여 설명하였지만, 제2 신호 경로 제어 회로 대신에 도 16에 도시한 것과 같이 2개의 필터를 조합한 듀플렉서를 이용하면, EGSM과 같은 TDMA 방식과 W·CDMA(wideband CDMA)와 같은 CDMA 방식을 모두 이용할 수 있 는 이중 방식의 고주파 복합 부품으로 할 수 있으며, 또한 이것을 이용한 휴대 전화 등과 같은 무선 통신 장치도 얻을 수 있다.

Claims (32)

  1. 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나와의 사이에 접속되고, 상기 송신 회로와 상기 안테나와의 접속과 상기 수신회로와 상기 안테나와의 접속을 제어하는 고주파 복합 부품으로서,
    상기 안테나와 상기 송신 회로 사이에, 제1 이상 회로(phase shift circuit)와 고주파 증폭기를 구비하는 송신 신호 제어 수단을 가지고, 상기 고주파 증폭기와 상기 제1 이상 회로는 복수 개의 유전체 층을 적층하여 이루어지는 적층체 모듈에 일체화되어 있고,
    상기 제1 이상 회로는 분포 정수 선로를 가지고,
    상기 고주파 증폭기로 증폭된 송신 신호의 일부를 분파하는 방향성 결합기를 구비하고, 상기 방향성 결합기의 주 선로는 상기 제1 이상 회로에 대한 분포 정수 선로의 일부인
    고주파 복합 부품.
  2. 제1항에서,
    상기 분파된 송신 신호의 일부를 검파하는 검파기를 구비하는 고주파 복합 부품.
  3. 제2항에서,
    상기 검파기는 검파 다이오드와 평활 커패시터를 구비하고,
    상기 검파 다이오드는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있으며,
    상기 평활 커패시터는 상기 적층체 모듈 내에서 상기 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극으로 형성된
    고주파 복합 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 고주파 증폭기는 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 상기 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로 그리고 상기 증폭 회로의 출력측에 접속된 출력 정합 회로를 포함하고,
    상기 입력 정합 회로와 상기 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 구비하고, 상기 증폭 회로의 트랜지스터는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있고, 상기 인덕터는 분포 정수 선로로서 상기 적층체 모듈 내에 형성되어 있는
    고주파 복합 부품.
  5. 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나와의 사이에 접속되고, 상기 송신 회로와 상기 안테나와의 접속과 상기 수신회로와 상기 안테나와의 접속을 제어하는 고주파 복합 부품으로서, 상기 안테나와 상기 송신 회로 사이에, 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 구비하는 송신 신호 제어 수단을 가지고, 상기 고주파 증폭기와 상기 제1 이상 회로는 복수 개의 유전체 층을 적층하여 이루어지는 적층체 모듈에 일체화되어 있고,
    상기 고주파 증폭기는, 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 상기 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로 그리고 상기 증폭 회로의 출력측에 접속된 출력 정합 회로를 포함하고, 상기 입력 정합 회로와 상기 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 구비하고, 상기 증폭 회로의 트랜지스터는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있고, 상기 인덕터는 분포 정수 선로로서 상기 적층체 모듈 내에 형성되고, 상기 커패시터는 상기 적층체 모듈 내에서 상기 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는
    고주파 복합 부품.
  6. 제5항에서,
    상기 증폭 회로의 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터인 고주파 복합 부품.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 고주파 증폭기는 갈륨 비소 트랜지스터로 이루어지고, 상기 적층체 모듈에 실장되는 고주파 복합 부품.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 안테나와 상기 수신 회로 사이에, 제2 이상 회로와 대역 통과 필터를 구비하는 수신 신호 제어 수단을 포함하는 고주파 복합 부품.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 이상 회로는 상기 송신 신호의 주파수 대역에서 상기 수신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 개방 상태로 하는 고주파 복합 부품.
  10. 제8항에서,
    상기 제2 이상 회로는 복수 개의 유전체 층을 적층하여 이루어지는 적층체 모듈에 내장되는 고주파 복합 부품.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는 탄성 표면파 필터, 적층형 유전체 필터, 동축 공진기 필터 또는 벌크파 필터로 이루어지는 고주파 복합 부품.
  12. 송신 회로, 수신 회로 그리고 안테나와의 사이에 접속되고, 상기 송신 회로와 상기 안테나와의 접속과 상기 수신회로와 상기 안테나와의 접속을 제어하는 고주파 복합 부품으로서,
    상기 안테나와 상기 송신 회로 사이에, 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 구비하는 송신 신호 제어 수단을 가지고, 상기 고주파 증폭기와 상기 제1 이상 회로는 복수 개의 유전체 층을 적층하여 이루어지는 적층체 모듈에 일체화되어 있고,
    상기 안테나와 상기 수신 회로 사이에, 분포 정수 선로, 및 상기 분포 정수 선로와 상기 수신 회로 사이에 접속되고 커패시터를 통하여 그라운드에 접속된 다이오드를 가지는 수신 신호 제어 수단을 구비하는
    고주파 복합 부품.
  13. 제12항에서,
    상기 수신 신호 제어 수단의 다이오드는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있고,
    상기 분포 정수 선로는 상기 적층체 모듈의 내부에 형성되어 있는 고주파 복합 부품.
  14. 통과 대역이 상이한 복수 개의 송수신 시스템을 취급하는 안테나 단자에 통과 대역이 다른 복수 개의 필터 회로가 접속된 복합 고주파 부품으로서,
    상기 필터 회로 중 하나 이상의 후단에, 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 구비한 송신 신호 제어 수단을 구비하고, 상기 고주파 증폭기와 상기 제1 이상 회로는 복수개의 유전체 층을 적층하여 형성된 적층체 모듈 내에 일체로 형성되며,
    복수 개의 상기 필터 회로는 각각 인덕터와 커패시터로 이루어지는 LC 회로이며, 상기 인덕터는 분포 정수 선로로서 상기 적층체 모듈의 내부에 형성되고,
    상기 커패시터는 상기 적층체 모듈의 내부에서 상기 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는
    고주파 복합 부품.
  15. 제14항에서,
    상기 고주파 증폭기가 정지 중일 때, 상기 제1 이상 회로는 수신 신호의 주파수 대역에서 상기 송신 신호 제어 수단의 임피던스 특성을 개방 상태로 하는 고주파 복합 부품.
  16. 제15항에서,
    상기 고주파 증폭기는, 정지 중일 때, 수신 신호의 주파수대에서 단락 상태의 임피던스 특성을 갖는 고주파 복합 부품.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 이상 회로는 분포 정수 선로를 갖는 고주파 복합 부품.
  18. 제17항에서,
    상기 고주파 증폭기로 증폭된 송신 신호의 일부를 분파하는 방향성 결합기를 구비하고, 상기 방향성 결합기의 주 선로는 상기 제1 이상 회로에 대한 분파 정수 선로의 일부인 고주파 복합 부품.
  19. 제18항에서,
    상기 분파된 송신 신호의 일부를 검파하는 검파기를 구비하는 고주파 복합 부품.
  20. 제19항에서,
    상기 검파기는 검파 다이오드와 평활 커패시터를 구비하고,
    상기 검파 다이오드는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있고,
    상기 평활 커패시터는 상기 적층체 모듈 내에서 상기 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는
    고주파 복합 부품.
  21. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
    상기 고주파 증폭기는 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 상기 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로 그리고 상기 증폭 회로의 출력 측에 접속된 출력 정합 회로를 구비하고,
    상기 입력 정합 회로와 상기 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 가지고,
    상기 증폭 회로의 트랜지스터는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있으며,
    상기 인덕터는 분포 정수 선로로서 상기 적층체 모듈 내에 형성되는
    고주파 복합 부품.
  22. 통과 대역이 상이한 복수 개의 송수신 시스템을 취급하는 안테나 단자에 통과 대역이 다른 복수 개의 필터 회로가 접속된 복합 고주파 부품으로서,
    상기 필터 회로 중 하나 이상의 후단에, 제1 이상 회로와 고주파 증폭기를 구비한 송신 신호 제어 수단을 구비하고, 상기 고주파 증폭기와 상기 제1 이상 회로는 복수개의 유전체 층을 적층하여 형성된 적층체 모듈 내에 일체로 형성되며,
    상기 고주파 증폭기는 트랜지스터를 구비한 증폭 회로, 상기 증폭 회로의 입력 측에 접속된 입력 정합 회로 그리고 상기 증폭 회로의 출력 측에 접속된 출력 정합 회로를 구비하고, 상기 입력 정합 회로와 상기 출력 정합 회로는 각각 커패시터와 인덕터를 가지고, 상기 증폭 회로의 트랜지스터는 상기 적층체 모듈에 탑재되어 있으며, 상기 인덕터는 분포 정수 선로로서 상기 적층체 모듈 내에 형성되고, 상기 커패시터는 상기 적층체 모듈 내에서 상기 유전체 층을 사이에 삽입하여 대향하는 커패시터 전극에 의해 형성되는
    고주파 복합 부품.
  23. 제21항에서,
    상기 증폭 회로의 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터인 고주파 복합 부품.
  24. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
    상기 고주파 증폭기는 갈륨 비소 트랜지스터로 이루어지고, 상기 적층체 모듈에 실장되는 고주파 복합 부품.
  25. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제12항, 제13항, 제14항, 제15항, 제16항, 또는 제22항 중 어느 한 항에 기재된 고주파 복합 부품을 구비하는 무선 통신 장치.
  26. 제25항에서,
    상기 무선 통신 장치가 휴대 전화기인,
    무선 통신 장치.
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