KR20070045146A - 고주파 스위치 모듈 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

FET로 이루어지는 FET 스위치(SW1O)는 안테나에 접속하는 안테나 입출력 포트(ANTO)를 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 접속하는 포트(RF11), 2개의 수신 신호 출력 단자(Rx1, Rx2)에 각각 접속하는 포트(RF12), 및 포트(RF13) 중 어느 하나에 스위칭하여 접속시킨다. 송신 신호 입력 단자(Tx1)로부터 송신 신호가 입력되고, 포트(RF11)로부터 FET 스위치(SW1O)에 입력되면 고조파 왜곡이 발생하여 송신 신호 입력 단자(Tx1)측에 출력된다. 포트(RF11)에 접속된 위상 설정 소자(L1)는 포트(RF11)로부터 입력측을 보았을 경우의 고조파의 임피던스를 오픈 상태로부터 쇼트 방향으로 변화시키고, 고조파를 분산시킨다. 따라서, 포트(RF11)에 리턴되는 고조파는 억제된다.
고주파 스위치 모듈

Description

고주파 스위치 모듈{HIGH FREQUENCY SWITCH MODULE}
본 발명은 특정 주파수의 통신 신호의 송수신을 스위칭하는 고주파 스위치 모듈, 특히 FET 스위치를 사용한 고주파 스위치 모듈에 관한 것이다.
현재, 휴대전화 등의 무선통신 방식에는 복수의 사양이 존재하고, 예컨대, 유럽에서는 멀티 밴드의 GSM 방식이 채용되어 있다. GSM 방식에서는 사용하는 주파수대가 다른 복수의 통신 신호(송수신 신호)가 존재하고, 각 주파수대로서는 850 ㎒대, 및 900 ㎒대가 존재한다. 또한, 1800 ㎒대나 1900 ㎒대도 존재한다. 이러한 각각 다른 주파수대를 이용하는 복수의 통신 신호를 1개의 안테나로 송수신할 경우, 목적으로 하는 주파수대의 통신 신호 이외는 불필요하게 되고, 또한, 1개 통신 신호이어도 송신시에는 수신 신호가 불필요하게 되고, 수신시에는 송신 신호가 불필요하게 된다. 따라서, 1개 안테나로 송수신을 행할 경우에는 목적으로 하는 통신 신호의 송신 신호를 전송하는 경로나 목적으로 하는 통신 신호의 수신 신호를 전송하는 경로를 스위칭할 필요가 있고, 이 스위칭에 FET 스위치를 사용한 고주파 스위치 모듈이 다양하게 고안되어 있다(예컨대, 특허문헌1 참조).
특허문헌1에는 도 7에 도시된 바와 같은 고주파 스위치 모듈이 구비되어 있다.
도 7은 종래의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
종래의 고주파 스위치 모듈은 제 1 통신 신호의 송신 신호(제 1 송신 신호)와 제 2 통신 신호의 송신 신호(제 2 송신 신호)가 입력되는 송신 포트(RF101), 제 1 통신 신호의 수신 신호(제 1 수신 신호)를 출력하는 제 1 수신 포트(RF102), 제 2 통신 신호의 수신 신호(제 2 수신 신호)를 출력하는 제 2 수신 포트(RF103), 안테나에 대하여 제 1, 제 2 송신 신호, 제 1 수신 신호, 및 제 2 수신 신호의 입출력을 행하는 안테나 포트(ANT0)를 갖는 FET 스위치(SW100)를 구비하고 있다. 이 FET 스위치(SW100)로서는 반도체, 특히 FET로 된 스위치가 사용되고, 현상황에서는 GeAs 스위치가 많이 이용되고 있다. 그리고, 종래의 고주파 스위치 모듈은 제 1, 제 2 송신 신호의 고조파를 감쇠하는 로우 패스 필터(LPF201)를 송신 포트(RF101)에 접속하고, 제 1 수신 신호의 기본파를 통과하는 밴드 패스 필터(BPF301)를 제 1 수신 포트(RF102)에 접속하고, 제 2 수신 신호의 기본파를 통과하는 밴드 패스 필터(BPF302)를 제 2 수신 포트(RF202)에 접속하고 있다.
특허문헌1 : 일본 특허 공개 제2002-185356호 공보
상기한 바와 같은 고주파 스위치 모듈에서는 FET 스위치(SW100)의 송신 포트(RF101)에 로우 패스 필터(LPF201)를 통해 접속된 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 송신 신호가 입력된다. 이 송신 신호는 보통 전단에 접속된 파워 앰프(PA)에 의해 증폭되고나서 입력되지만, 이 증폭시에 송신 신호의 기본 주파수(fo)에 대한 고차 고조파가 발생해서 기본 주파수(fo)의 송신 신호와 함께 입력된다. 여기서, 도 7에 도시된 고주파 스위치 모듈의 로우 패스 필터(LPF201)를 상기 고차 고조파를 감쇠 시키는 설정으로 해 두면 FET 스위치(SW100)에 입력되는 송신 신호의 고차 고조파를 억제할 수 있다. 예컨대, 로우 패스 필터(LPF201)를 기본 주파수(fo)의 2차 고조파(2ㆍfo)를 감쇠시키는 로우 패스 필터로, 기본 주파수(fo)의 3차 고조파(3ㆍfo)를 감쇠시키는 로우 패스 필터로 구성함으로써 이 2차 고조파 및 3차 고조파가 억제된다.
그러나, FET 스위치(SW100)가 GaAs 스위치로 형성되어 있을 경우, 고주파의 송신 신호가 입력되면 FET 스위치(SW100)에서 고조파 왜곡이 발생해서 각 포트에 대하여 균등하게 2배 고조파나 3배 고조파 등의 고조파가 출력된다. 이 때, 상기 고조파의 주파수에 있어서 송신 포트(RF101)로부터 로우 패스 필터(LPF201)를 보면 임피던스가 무한대에 가까운 오픈 상태가 되고, FET 스위치(SW100)에 발생한 고조파가 로우 패스 필터(LPF201)의 송신 포트(RF101)측단에서 전반사되어서 FET 스위치(SW100)에 입력된다. 이 결과, 최초의 고조파를 「X」, 전반사에 의한 고조파의 증가분을 「α」라고 하면, 안테나 포트(ANT0)로부터는 「X + α」의 고조파가 출력된다.
이러한 고조파를 억제하기 위해서는 고조파가 발생되기 어려운 GaAs 스위치를 이용하면 좋지만 현실에는 고조파가 발생되기 어려운 GaAs 스위치는 존재하지 않는다. 또한, 다이오드 스위치에 의한 스위치 회로를 사용하면, 고조파는 발생되기 어렵지만 각각의 통신 신호의 송수신의 스위칭에 대하여 각각 2개 이상의 다이오드가 필요해서 이 다이오드에 부가하는 회로가 더 필요하므로 고주파 스위치 모듈을 소형화할 수 없다. 또한, 다이오드 스위치를 복수 이용함으로써 소비 전력이 증가하고, 더불어 응답 속도가 저하된다. 특히, FET 스위치의 포트수가 증가하면 이 영향을 받기 쉽다.
따라서, 본 발명의 목적은 GaAs 스위치 등의 FET 스위치를 이용하면서도 고조파 왜곡을 억제하여 소형화된 고주파 스위치 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 송신 신호가 입력되는 송신 입력 포트, 수신 신호를 출력하는 수신 출력 포트, 및 안테나로 송신 신호를 출력하는 또는 안테나로부터 수신 신호를 입력하는 안테나 포트를 구비하고, 이 안테나 포트를 송신 입력 포트 또는 수신 출력 포트에 스위칭하여 접속하는 FET 스위치와, 송신 입력 포트에 접속되어 송신 신호의 고차 고조파를 감쇠시키는 필터를 구비한 고주파 스위치 모듈에 있어서,
FET 스위치의 송신 입력 포트와 필터의 사이에 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우의 고차 고조파의 임피던스를 0에 근접하는 방향으로 변화시키는 위상 설정 수단을 구비하고,
해당 위상 설정 수단에 의해 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 송신 신호의 2차 고조파 또는 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치(Smith chart position)가 임피던스 0의 근방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 위상 설정 수단에 의해 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우의 2차 고조파나 3차 고조파를 포함하는 고차 고조파의 임피던스가 무한대가 되지 않고 0에 근접하게 되므로 FET 스위치의 송신 입력 포트로부터의 고조파가 필터의 어스로 흐르기 쉽기 때문에 고조파가 분산되어 전반사되지 않는다. 따라서, FET 스위치로 리턴되는 고조파량이 억제되어서 FET 스위치의 안테나 포트로부터 출력되는 고조파가 종래기술에 비해 감소한다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 송신 신호 기본파의 임피던스 절대치를 실질적으로 변화시키지 않는 전기장의 전송 선로에 의해 위상 설정 수단을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 위상 설정 수단(전송 선로)에 의해 송신 신호의 기본파에 대한 임피던스 절대치의 변화가 없으므로 이 전송 선로에 의한 송신 신호(기본파)의 전송 손실은 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 전기장을 2차 고조파 파장의 1/4 미만으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 구체적으로 전기장을 2차 고조파 파장의 1/4 미만으로 함으로써 고조파가 억제됨과 아울러 모듈 전체의 손실이 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 위상 설정 수단에 의해 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 송신 신호의 2차 고조파와 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치가 임피던스 0을 샌드위칭(sandwiching)하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 구체적인 설정 방법의 일례로서 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 송신 신호의 2차 고조파와 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치가 임피던스 0을 샌드위칭하도록 배치된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 필터에 2차 또는 3차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 로우 패스 필터를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 전단의 파워 앰프로부터 고조파가 전송되어도 로우 패스 필터에서 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 로우 패스 필터로서 송신 신호의 2차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 제 1 로우 패스 필터와, 송신 신호의 3차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 제 2 로우 패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 전단의 파워 앰프로부터 고조파가 전송되어도 제 1 로우 패스 필터에서 2차 고조파가 억제되어 제 2 로우 패스 필터에서 3차 고조파가 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 각각 특정 주파수대를 송신 신호 및 수신 신호로 이용하는 통신 신호를 복수 입출력해서 스위칭하고, FET 스위치에 적어도 통신 신호마다 수신 출력 포트를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 복수의 통신 신호를 입출력하는 고주파 스위치 모듈이어도 송신 입력 포트에 위상 조정 수단을 구비하기 때문에 고조파가 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 송신 입력 포트가 복수이며, 이것들의 송신 입력 포트마다 위상 설정 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 각 송신 입력 포트에 입력되는 송신 신호의 고조파에 따라 각 위상 설정 수단이 설정되기 때문에 어느쪽의 송신 입력 포트에 송신 신호가 입력되어도 고조파 왜곡이 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은,
제 1 주파수대를 이용하는 제 1 통신 신호의 송신 신호와 제 2 주파수대를 이용하는 제 2 통신 신호의 송신 신호가 입력되는 제 1 송신 입력 포트, 제 3 주파수대를 이용하는 제 3 통신 신호의 송신 신호와 제 4 주파수대를 이용하는 제 4 통신 신호의 송신 신호가 입력되는 제 2 송신 입력 포트, 제 1 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 1 수신 출력 포트, 제 2 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 2 수신 출력 포트, 제 3 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 3 수신 출력 포트, 및 제 4 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 4 수신 출력 포트를 FET 스위치에 구비함과 아울러,
제 1 송신 입력 포트에 접속하고 제 1 송신 입력 포트로부터 보았을 경우의 제 1 통신 신호의 송신 신호 및 제 2 통신 신호의 송신 신호의 고차 고조파의 임피던스가 무한대로부터 0에 근접하는 방향으로 변화되는 위상 조건을 구비한 제 1 위상 설정 수단과, 제 2 송신 입력 포트에 접속하고 이 제 2 송신 입력 포트로부터 보았을 경우의 제 3 통신 신호의 송신 신호 및 제 4 통신 신호의 송신 신호의 고차 고조파의 임피던스가 무한대로부터 0에 근접하는 방향으로 변화되는 위상 조건을 가진 제 2 위상 설정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 제 1 송신 입력 포트에 입력되는 송신 신호가 제 1 송신 신호이어도 제 2 송신 신호이어도 각 송신 신호에 의한 고조파가 제 1 위상 설정 수단에 의해 부분적으로 필터 방향으로 통과되어 분산되므로 FET 스위치의 제 1 송신 입력 포트에 재입력되는 고조파가 억제되어서 FET 스위치의 안테나 포트로부터 출력되는 고조파가 종래기술에 비해 감소된다. 또한, 제 2 송신 입력 포트에 입력되는 송신 신호가 제 3 송신 신호이어도 제 4 송신 신호이어도 각 송신 신호에 의한 고조파가 제 2 위상 설정 수단에 의해 부분적으로 필터 방향으로 통과되어 분산되므로 FET 스위치의 제 2 송신 입력 포트에 재입력되는 고조파가 억제되어서 FET 스위치의 안테나 포트로부터 출력되는 고조파가 종래기술에 비해 감소된다. 이와 같이, 4개의 다른 주파수대를 사용하는 통신 신호에 대하여 어느쪽의 송신 신호이어도 FET 스위치에 의해 발생하는 고조파가 억제된다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 FET 스위치, 필터, 및 위상 설정 수단이 복수의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체에 의해 일체로 형성어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 고주파 스위치 모듈은 필터 및 위상 설정 수단을 적층체 내에 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에서는 고주파 스위치 모듈이 적층체에 의해 일체로 형성됨으로써 소형화된다. 또한, 필터 및 위상 설정 수단이 적층체에 내장됨으로써 한층 더 소형화된다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 위상 설정 수단을 설치함으로써 FET 스위치에 의해 발생한 고조파 왜곡에 의해 송신 입력 포트로부터 출력되는 고조파가 송신 입력측의 필터의 어스로 흐르기 쉽기 때문에 고조파가 분산되어 전반사되지 않고 FET 스위치로 리턴되는 고조파량이 억제된다. 따라서, FET 스위치의 안테나 포트로부터 출력되는 고조파가 종래기술에 비해 저감된다. 즉, 고조파가 적은 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 이 구성에 의하면 송신 신호의 기본파의 전송 손실에 영향을 주지 않고 고차 고조파만을 저감하는 고주파 스위치 모듈을 간소한 구조로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 구체적으로 전기장을 2차 고조파의 파장의 1/4 미만으로 함으로써 고조파가 억제됨과 아울러 전체의 손실이 억제되는 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 보다 구체적으로 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 송신 신호의 2차 고조파와 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치를 임피던스 0을 샌드위칭하도록 배치함으로써 고조파를 한층 더 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기본파의 송신 신호와 함께 전단의 파워 앰프로부터 고조파가 전송되어도 로우 패스 필터에서 억제되어 원래 송신 입력 포트에 입력되는 고조파를 억제하고 고조파를 한층 더 억제한 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기본파의 송신 신호와 함께 전단의 파워 앰프로부터 고조파가 전송되어도 제 1 로우 패스 필터에서 2차 고조파가 억제되고, 제 2 로우 패스 필터에서 3차 고조파가 억제되어 원래 송신 포트에 입력되는 고조파를 억제하고, 고조파를 한층 더 억제한 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 복수의 통신 신호를 입출력하는 고주파 스위치 모듈이어도 각 송신 입력 포트에 각각 위상 조정 수단이 구비되어 있으므로 통신 신호의 종류 수에 따르지 않고 어느 통신 신호이어도 고조파 왜곡을 억제한 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 4개의 다른 주파수대를 사용하는 통신 신호에 대하여 어느쪽의 송신 신호에 대해서도 고조파를 억제하는 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고주파 스위치 모듈을 구성하는 각 요소가 적층체에서 일체화되므로 상기 고조파를 억제하는 고주파 스위치 모듈을 소형으로 형성할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 FET 스위치로부터 송신 신호 입력 단자(Tx1)측을 본 임피던스의 주파수 특성을 나타내는 스미스 차트이다.
도 3은 FET 스위치로부터 송신 신호 입력 단자(Tx1)측을 본 임피던스의 주파수 특성을 나타내는 스미스 차트이다.
도 4는 제 2 실시형태의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 고주파 스위치 모듈의 적층도이다.
도 6은 도 4에 도시된 고주파 스위치 모듈의 적층도이다.
도 7은 종래의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
[부호의 설명]
1 : 적층체, 2 : 캐비티, 3 : 스루홀
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 고주파 스위치 모듈에 대해서 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
또한, 본 실시형태의 설명에서는 송신 신호 입력 단자(Tx1)로부터 GSM 850 ㎒ 송신 신호 또는 GSM 900 ㎒ 송신 신호를 입력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx1)로부터 GSM 850 ㎒ 수신 신호를 출력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx2)로부터 GSM 900 ㎒ 수신 신호를 출력하는 고주파 스위치 모듈에 대해서 설명한다. GaAs 스위치로 이루어지는 FET 스위치(SW10)는 안테나(ANT)에 접속하는 안테나 입출력 포트(ANT0)와, GSM 850 ㎒ 신호의 송수신 신호, GSM 900 ㎒ 신호의 송수신 신호 중 어느 하나를 입출력하는 RF 입출력 포트(RF11, RF12, RF13)(이하, 단지 「RF11 포트」, 「RF12 포트」, 「RF13 포트」라고 칭한다)를 구비한다. 또한, FET 스위치(SW10)는 도시되지 않았지만 구동 전압이 입력되는 구동 전압 입력 단자와, 스위칭 제어에 사용하는 제어 신호가 입력되는 제어 신호 입력 단자를 구비하고, 제어 신호 입력 단자에 입력되는 제어 신호에 의해 안테나 입출력 포트(ANT0)를 RF11 포트 ~ RF13 포트 중 어느 하나에 도통한다. 또한, 본 실시형태에서는 RF11 포트에 송신 신호 입력 단자(Tx1)가 접속되고, RF12 포트, RF13 포트의 각각에 수신 신호 출력 단자(Rx1, Rx2)가 접속되어 있으므로, RF11 포트가 본 발명의 「송신 신호 입력 포트 」에 상당하고, RF12 포트, RF13 포트가 각각 「수신 신호 출력 포트」에 상당한다.
FET 스위치(SW10)의 RF11 포트에는 전송 선로로 이루어지는 위상 설정 소자(L1)가 접속되어 있고, 위상 설정 소자(L1)의 RF11 포트와 대향하는 쪽의 단부는 로우 패스 필터(LPF20)가 접속되어 있다. 위상 설정 소자(L1)의 전기장은 전송하는 송신 신호, 즉, GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호에 대하여 송신 신호 파장의 약 1/4의 길이로 설정되어 있다. 즉, 위상 설정 소자(L1)의 전기장을 「A」로 하고, 송신 신호의 파장을 「λ」로 하면, 0 < A < λ/4을 만족시키는 길이로 설정되어 있다. 여기서, 송신 신호의 파장 λ는 GSM 850 ㎒ 송신 신호와 GSM 900 ㎒ 송신 신호에서 약간 다르지만 거의 차이가 없다. 예컨대, 파장이 긴 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 파장을 상기 「λ」로 설정한다. 그리고, 이 전송 선로인 위상 설정 소자(L1)가 본 발명의 「위상 설정 수단」에 상당한다.
로우 패스 필터(LPF20)는 각각 다른 주파수 특성(감쇠 특성)을 갖는 2개의 로우 패스 필터(LPF21a)와 로우 패스 필터(LPF21b)를 구비하고, 위상 설정 소자(L1)측으로부터 로우 패스 필터(LPF21a), 로우 패스 필터(LPF21b)의 순서대로 접속되어 있다. 로우 패스 필터(LPF21a)는 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 기본 주파수가 통과 대역에 존재하여 이 기본 주파수의 2배의 주파수가 저지 대역에 존재하며, 또한, GSM 900 ㎒ 송신 신호의 기본 주파수가 통과 대역에 존재하여 이 기본 주파수의 2배의 주파수가 저지 대역에 존재하는 주파수 특성을 갖는다. 또한, 로우 패스 필터(LPF21b)는 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 적어도 기본 주파수가 통과 대역에 존재하 여 이 기본 주파수의 3배의 주파수가 저지 대역에 존재하며, 또한, GSM 900 ㎒ 송신 신호의 적어도 기본 주파수가 통과 대역에 존재하여 이 기본 주파수의 3배의 주파수가 저지 대역에 존재하는 주파수 특성을 갖는다.
로우 패스 필터(LPF20)의 위상 설정 소자(L1)에 대향하는 쪽의 단부는 전단의 파워 앰프(PA)(도시되지 않음)에 접속하는 송신 신호 입력 단자(Tx1)가 접속되어 있다.
FET 스위치(SW10)의 RF12 포트에는 GSM 850 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF30)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF30)에 수신 신호 출력 단자(Rx1)가 접속되어 있다. 또한, 스위치 회로(SW10)의 RF13 포트에는 GSM 900 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF40)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF40)에 수신 신호 출력 단자(Rx2)가 접속되어 있다.
이어서, 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈에서의 GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호(이하, 총칭해서 「GSM 송신 신호」라고 칭한다)의 전송시의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이 2개의 송신 신호는 동시에는 입력되지 않고, 한쪽의 송신 신호만이 입력된다.
FET 스위치(SW10)의 제어 신호 입력 단자에 RF11 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통하기 위한 제어 신호가 입력되면 FET 스위치(SW10)는 RF11 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통한다. 이 상태에서, 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 GSM 송신 신호가 입력되면 로우 패스 필터(LPF20)에서 GSM 송신 신호의 기본파와 함께 입력되는 2차 고조파 및 3차 고조파가 감쇠되어서 위상 설정 소자(L1)를 통해 RF11 포트에 입력된다.
FET 스위치(SW10)에 GSM 송신 신호가 입력되면 GaAs 스위치의 비선형성으로부터 고조파 왜곡이 발생하여 각 포트[RF11 포트, RF12 포트, RF13 포트, 및 안테나 입출력 포트(ANT0)]에 균등하게 소정 크기 「X」의 고조파가 출력된다.
RF11 포트로부터 출력된 고조파는 위상 설정 소자(L1)에 전송된다. 여기서, 위상 설정 소자(L1)는 이하에 나타낸 조건으로부터 소정의 전기장으로 설정되어 있다. 이 전기장은 RF11 포트로부터 출력된 GSM 송신 신호의 고조파를 위상 설정 소자(L1)로 전송하여 위상 변화시키고, 이 고조파에 대하여 RF11 포트로부터 로우 패스 필터(LPF20)측을 본 임피던스를 무한대로부터 0 방향으로 소정량 변화시키는 전기장이다. 따라서, RF11 포트로부터 보면 로우 패스 필터(LPF20)측이 오픈 상태로부터 쇼트 상태가 되는 방향으로 변화된다.
본 실시형태에 있어서, 2차 고조파용 로우 패스 필터(LPF21a)와 3차 고조파용 로우 패스 필터(LPF21b)가 직렬로 접속되어 있을 경우, 2차 고조파에 대하여는 위상 설정 소자(L1)만으로 소정의 전기장을 설정하고, 3차 고조파에 대하여는 위상 설정 소자(L1)와 로우 패스 필터(LPF21a)의 전송 선로에 의해 설정한다. 즉, 2차 고조파에 대한 임피던스와 3차 고조파에 대한 임피던스를 고려해서 최적의 전기장 「A」를 설정한다.
이러한 조건하에서, 또 다른 손실 요인을 고려하여 구체적으로는 고조파 파장의 1/4 정도 혹은 그 미만(0 < A < λ/4)으로 하면 좋다.
이것을 스미스 차트로 나타내면 도 2와 같다. 도 2는 FET 스위치로부터 송신 신호 입력 단자(Tx1)측을 본 임피던스 차트이며, (a)는 본 실시형태의 구성, 즉, 위상 설정 소자(L1)가 있는 경우를 나타내고, (b)는 종래의 구성,즉, 위상 설정 소자(L1)가 없는 경우를 나타낸다. 도면의 실선(굵은 선)이 임피던스의 궤적을 나타낸다. 또한, 도면의 m1은 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 주파수인 820 ㎒점을 나타내고, m2 는 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 주파수인 920 ㎒점을 나타내고, 도면의 m11은 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파의 주파수인 1650 ㎒점을 나타내고, m12는 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파의 주파수인 1830 ㎒점을 나타내고, 도면의 m13은 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 3배 고조파의 주파수인 2470 ㎒점을 나타내고, m14는 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 3배 고조파의 주파수인 2750 ㎒점을 나타낸다. 그리고, 본 데이터는 위상 설정 소자(L1)의 전기장(A)을 GSM 850 ㎒ 송신 신호 파장의 약 1/4의 길이로 했을 경우의 결과이다. 또한, 도 3도 마찬가지로 FET 스위치로부터 송신 신호 입력 단자(Tx1)측을 본 임피던스 차트이며, (a)는 2차 고조파(2fo)나 3차 고조파(3fo)의 임피던스의 스미스 차트 위치를, 임피던스 0의 근방에 배치하는 경우를 나타내고, (b)는 2차 고조파(2fo)와 3차 고조파(3fo)의 임피던스의 스미스 차트 위치를, 임피던스 0을 샌드위칭하도록 배치하는 경우를 나타낸다. 또한, 도 3에 있어서도, m11 ~ m14는 도 2과 마찬가지 내용으로 정의되어 있다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 위상 설정 소자(L1)가 RF11 포트와 로우 패스 필터(LPF20)의 사이에 삽입되어 있지 않으면 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파의 주파수 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파의 주파수에 있어서의 임피던스가 무 한대가 된다. 이것은 RF11 포트로부터 로우 패스 필터(LPF20)를 보면 오픈 상태인 것을 나타내고 있고, GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파는 전반사하는 것을 나타낸다. 또한, GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 3배 고조파의 주파수에 있어서도 높은 임피던스를 갖기 때문에 RF11 포트에 반사되는 3배 고조파도 커진다.
한편, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 위상 설정 소자(L1)가 삽입되어 있으면, GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 2배 고조파, 3배 고조파의 주파수에 있어서의 임피던스가, 스미스 차트상에서 시계방향으로 무한대로부터 0방향으로 약 1/4 바퀴만 회전한다. 이렇게 임피던스가 변화됨으로써 RF11 포트로부터 로우 패스 필터(LPF20)측을 보아도 오픈 상태는 아니게 된다. 따라서, 각각의 송신 신호의 2배 고조파 및 3배 고조파 모두가 로우 패스 필터(LPF20)측으로 일부가 리킹(leaking)되어 분산된다.
따라서, 본 실시형태의 구성, 즉, RF11 포트와 송신측의 로우 패스 필터(LPF20)의 사이에 위상 설정 소자(L1)를 삽입함으로써 RF11 포트로부터 출력된 고조파는 전반사되어 RF11 포트로 리턴되는 것이 아니고, 그 일부가 로우 패스 필터(LPF20)측에 전송된다. 그리고, 로우 패스 필터(LPF20)에 전송된 고조파(2차 고조파 및 3차 고조파를 포함)는 어스로 유도되어 RF11 포트로는 리턴되지 않는다.
따라서, RF11 포트에 반사해서 되돌아가는 고조파(반사 고조파)의 크기를 「β」로 하면, 이 반사 고조파의 크기 「β」는 종래의 고주파 스위치 모듈의 반사 고조파의 크기 「α」보다도 확실히 작아진다(β < α).
또한, 도 3(a)와 마찬가지로, 전송 선로로 이루어지는 위상 설정 소자(L1)의 전기장을 도 2(a)의 것보다 길게 하여, 스미스 차트상에서 임피던스 0의 근방에 더욱 가깝게 함으로써 이 반사 고조파의 크기 「β」를 종래의 고주파 스위치 모듈의 반사 고조파의 크기 「α」보다도 확실히 작게(β < α)할 수 있다. 마찬가지로, 도 3(b)와 같이, 전송 선로로 이루어지는 위상 설정 소자(L1)의 전기장을 도 3(a)의 것보다 길게 하여 2차 고조파를 임피던스 0의 근방으로 하면서, 또한 2차 고조파와 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치를 임피던스 0을 샌드위칭하도록 배치함으로써 더욱 확실하게 이 반사 고조파의 크기 「β」를 종래의 고주파 스위치 모듈의 반사 고조파의 크기 「α」보다도 작게(β < α)할 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 위상 설정 소자(L1)를 RF11 포트와 로우 패스 필터(LPF20)의 사이에 삽입해도, GSM 850 ㎒ 송신 신호의 기본파의 주파수와 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 기본파의 주파수는 위상 설정 소자(L1)를 삽입하기 전과 임피던스가 거의 변화되지 않는다. 따라서, 위상 설정 소자(L1)는 기본파의 전송에 대하여 나쁜 영향을 주지 않는다.
한편, RF12 포트 및 RF13 포트로부터 출력된 고조파는 밴드 패스 필터(BPF30, BPF40)에 전송되어서 감쇠되므로 RF12 포트 및 RF13 포트에는 리턴되지 않는다.
따라서, FET 스위치(SW10)에 리턴되는 반사 고조파의 크기는 위상 설정 소자(L1)가 설치되지 않은 종래의 고주파 스위치 모듈(도 7)보다도 작아진다. 이 결과, 안테나 입출력 포트(ANT0)에 출력되는 고조파의 크기는 「X + β」가 되고, 종 래의 고주파 스위치 모듈(도 7)의 고조파의 크기 「X + α」보다도 작아진다.
이와 같이, 본 실시형태의 구성을 사용함으로써 안테나에 출력되는 고조파가 저감되어서 송신 특성이 개선된다. 또한, 위상 설정 소자(L1)는 고조파에 대하여만 임피던스가 변화되는 설정이 되어 있으므로 GSM 송신 신호의 기본파에 대하여는 위상이 변화될 뿐이고, 임피던스는 거의 변화되지 않는다. 이 결과, GSM 송신 신호의 기본파는 거의 감쇠되지 않고 전송된다. 즉, GSM 송신 신호의 고조파만을 억제하여 기본파에 손실을 거의 발생시키지 않고 전송하는 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
이어서, 제 2 실시형태에 의한 고주파 스위치 모듈에 대해서 도 4 ~ 도 6을 참조해서 설명한다.
도 4는 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
또한, 본 실시형태의 설명에서는 송신 신호 입력 단자(Tx1)로부터 GSM 850 ㎒ 송신 신호 또는 GSM 900 ㎒ 송신 신호를 입력하고, 송신 신호 입력 단자(Tx2)로부터 GSM 1800 ㎒ 송신 신호 또는 GSM 1900 ㎒ 송신 신호를 입력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx1)로부터 GSM 850 ㎒ 수신 신호를 출력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx2)로부터 GSM 900 ㎒ 수신 신호를 출력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx3)로부터 GSM 1800 ㎒ 수신 신호를 출력하고, 수신 신호 출력 단자(Rx4)로부터 GSM 1900 ㎒ 수신 신호의 출력을 행하는 고주파 스위치 모듈에 대해서 설명한다. GaAs 스위치인 FET 스위치(SW50)는 안테나(ANT)에 접속하는 안테나 입출력 포트(ANT0)와, GSM 850 ㎒ 신호의 송수신 신호, GSM 900 ㎒ 신호, GSM 1800 ㎒ 신호의 송수신 신호, GSM 1900 ㎒ 신호 중 어느 하나를 입출력하는 RF 입출력 포트(RF61 ~ RF66)(이하, 단지 「RF61 포트」 ~ 「RF66 포트」라고 칭한다)를 구비한다. 또한, FET 스위치(SW50)는 도시되지 않았지만 구동 전압이 입력되는 구동 전압 입력 포트와, 스위칭 제어에 사용하는 제어 신호가 입력되는 제어 신호 입력 포트를 구비하고, 제어 신호 입력 포트에 입력되는 제어 신호에 의해 안테나 입출력 포트(ANT0)를 RF61 포트 ~ RF66 포트 중 어느 하나에 도통한다. 또한, RF61 포트가 본 발명의 「제 1 송신 포트」에 상당하고, RF62 포트가 본 발명의 「제 2 송신 포트」에 상당한다. 또한, RF63 포트가 본 발명의 「제 1 수신 포트」에 상당하고, RF64 포트가 본 발명의 「제 2 수신 포트」에 상당하고, RF65 포트가 본 발명의 「제 3 수신 포트」에 상당하고, RF66 포트가 본 발명의 「제 4 수신 포트」에 상당한다.
FET 스위치(SW50)의 RF61 포트에는 전송 선로로 이루어지는 위상 설정 소자(GL1)가 접속되어 있고, 위상 설정 소자(GL1)의 RF61 포트와 대향하는 쪽의 단부는 로우 패스 필터(LPF71)가 접속되어 있다. 위상 설정 소자(GL1)의 전기장은 전송하는 송신 신호, 즉, GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호에 대하여 송신 신호 파장의 약 1/4의 길이로 설정되어 있다. 즉, 위상 설정 소자(L1)의 전기장을 「A」로, 송신 신호의 파장을 「λA」로 하면, 0 < A < λA/4을 만족하는 길이로 설정되어 있다. 여기서, 송신 신호의 파장 λA는 GSM 850 ㎒ 송신 신호와 GSM 900 ㎒ 송신 신호에서 약간 다르지만, 예컨대, 파장이 긴 GSM 850 ㎒ 송신 신호의 파장을 상기 「λ」로 설정한다. 그리고, 이 전송 선로인 위상 설정 소자(GL1)가 본 발 명의 「제 1 위상 설정 수단」에 상당한다.
로우 패스 필터(LPF71)는 로우 패스 필터(LPF72)에 접속하고, 이 로우 패스 필터(LPF72)가 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 접속되어 있고, 로우 패스 필터(LPF71)와 로우 패스 필터(LPF72)의 접속점은 커패시터(GCu2)를 통해 그라운드에 접속(접지)되어 있다.
로우 패스 필터(LPF71)는 한쪽 단이 위상 설정 소자(GL1)에 접속하고, 다른쪽 단이 로우 패스 필터(LPF72)에 접속하는 전송 선로로 이루어지는 인덕터(GLt1)와, 이 인덕터(GLt1)에 병렬 접속된 커패시터(GCc1)와, 인덕터(GLt1)의 위상 설정 소자(GL1)측과 그라운드의 사이에 삽입된 커패시터(GCu1)를 구비한다. 이 로우 패스 필터(LPF71)는 이 인덕터(GLt1), 커패시터(GCc1, GCu1)에 의해 GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 2차 고조파의 주파수가 저지 대역에 존재하고, 기본파의 주파수가 통과 대역에 존재하도록 감쇠 특성이 설정되어 있다.
로우 패스 필터(LPF72)는 한쪽 단이 로우 패스 필터(LPF71)에 접속하고, 다른쪽 단이 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 접속하는 전송 선로로 이루어지는 인덕터(GLt2)와, 이 인덕터(GLt2)에 병렬 접속된 커패시터(GCc2)를 구비한다. 이 로우 패스 필터(LPF72)는 이 인덕터(GLt2), 커패시터(GCc2)에 의해 GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호의 3차 고조파의 주파수가 저지 대역에 존재하고, 기본파의 주파수가 통과 대역에 존재하도록 감쇠 특성이 설정되어 있다. 또한, 여기서, 로우 패스 필터(LPF72)에는 임피던스 조정을 위해 인덕터(GLt2)의 송신 신호 입력 단자(Tx1)측과 그라운드의 사이에 삽입된 커패시터(GCu3)[도 4의 ()내에 도시됨]를 설치해도 좋다.
FET 스위치(SW50)의 RF62 포트에는 전송 선로로 이루어지는 위상 설정 소자(DL1)가 접속되어 있고, 위상 설정 소자(DL1)의 RF62 포트와 대향하는 쪽의 단부는 로우 패스 필터(LPF81)가 접속되어 있다. 위상 설정 소자(DL1)의 전기장은 전송하는 송신 신호, 즉, GSM 1800 ㎒ 송신 신호 및 GSM 1900 ㎒ 송신 신호에 대하여 송신 신호 파장의 약 1/4의 길이로 설정되어 있다. 즉, 위상 설정 소자(L1)의 전기장을 「B」로, 송신 신호의 파장을 「λB」로 하면, 0 < B < λB/4을 만족하는 길이로 설정되어 있다. 여기서, 송신 신호의 파장 λB는 GSM 1800 ㎒ 송신 신호와 GSM 1900 ㎒ 송신 신호에서 약간 다르지만, 예컨대, 파장이 긴 GSM 1800 ㎒ 송신 신호의 파장을 상기 「λB」로 설정한다. 그리고, 이 전송 선로인 위상 설정 소자(DL1)가 본 발명의 「제 2 위상 설정 수단」에 상당한다.
로우 패스 필터(LPF81)는 로우 패스 필터(LPF82)에 접속하고, 이 로우 패스 필터(LPF82)가 송신 신호 입력 단자(Tx2)에 접속되어 있고, 로우 패스 필터(LPF81)와 로우 패스 필터(LPF82)의 접속점은 커패시터(DCu2)를 통해 그라운드에 접속(접지)되어 있다.
로우 패스 필터(LPF81)는 한쪽 단이 위상 설정 소자(DL1)에 접속하고, 다른쪽 단이 로우 패스 필터(LPF82)에 접속하는 전송 선로로 이루어지는 인덕터(DLt1)와, 이 인덕터(DLt1)에 병렬 접속된 커패시터(DCc1)와, 인덕터(DLt1)의 위상 설정 소자(DL1)측과 그라운드의 사이에 삽입된 커패시터(DCu1)를 구비한다. 이 로우 패 스 필터(LPF81)는 이 인덕터(DLt1), 커패시터(DCc1, DCu1)에 의해 GSM 1800 ㎒ 송신 신호 및 GSM 1900 ㎒ 송신 신호의 2차 고조파의 주파수가 저지 대역에 존재하고, 기본파의 주파수가 통과 대역에 존재하도록 감쇠 특성이 설정되어 있다.
로우 패스 필터(LPF82)는 한쪽 단이 로우 패스 필터(LPF81)에 접속하고, 다른쪽 단이 송신 신호 입력 단자(Tx2)에 접속하는 전송 선로로 이루어지는 인덕터(DLt2)와, 이 인덕터(DLt2)에 병렬 접속된 커패시터(DCc2)와, 인덕터(DLt2)의 송신 신호 입력 단자(Tx2)측과 그라운드의 사이에 삽입된 커패시터(DCu3)를 구비한다. 이 로우 패스 필터(LPF82)는 이 인덕터(DLt2), 커패시터(DCc2, DCu2)에 의해 GSM 1800 ㎒ 송신 신호 및 GSM 1900 ㎒ 송신 신호의 3차 고조파의 주파수가 저지 대역에 존재하고, 기본파의 주파수가 통과 대역에 존재하도록 감쇠 특성이 설정되어 있다.
FET 스위치(SW50)의 RF63 포트에는 GSM 850 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF91)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF91)에 수신 신호 출력 단자(Rx1)가 접속되어 있다. 또한, FET 스위치(SW50)의 RF64 포트에는 GSM 900 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF92)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF92)에 수신 신호 출력 단자(Rx2)가 접속되어 있다. 또한, FET 스위치(SW50)의 RF65 포트에는 GSM 1800 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF93)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF93)에 수신 신호 출력 단자(Rx3)가 접속되어 있다. 또한, FET 스위치(SW50)의 RF66 포트에는 GSM 1900 ㎒ 수신 신호의 주파수가 통과 대 역내에 존재하는 밴드 패스 필터(BPF94)가 접속되어 있고, 이 밴드 패스 필터(BPF94)에 수신 신호 출력 단자(Rx4)가 접속되어 있다.
이어서, 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈에서의 GSM 850 ㎒ 송신 신호 및 GSM 900 ㎒ 송신 신호(이하, 「제 1 군 GSM 송신 신호」로 총칭함)의 전송시의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이 2개의 송신 신호는 동시에 입력되지 않고, 한 쪽의 송신 신호만이 입력된다. 또한, 여기서, GSM 850 ㎒ 신호가 본 발명의 「제 1 통신 신호」에 상당하고, GSM 900 ㎒ 신호가 본 발명의 「제 2 통신 신호」에 상당한다.
FET 스위치(SW50)의 제어 신호 입력 포트에 RF61 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통하기 위한 제어 신호가 입력되면 FET 스위치(SW50)는 RF61 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통한다. 이 상태에서, 송신 신호 입력 단자(Tx1)에 제 1 군 GSM 송신 신호가 입력되면 로우 패스 필터(LPF72)에서 제 1 군 GSM 송신 신호의 기본파와 함께 입력되는 3차 고조파가 감쇠되고, 또한, 로우 패스 필터(LPF71)에서 제 1 군 GSM 송신 신호의 기본파와 함께 입력되는 2차 고조파가 감쇠되어서 위상 설정 소자(GL1)를 통해 RF61 포트에 입력된다.
FET 스위치(SW50)에 제 1 군 GSM 송신 신호가 입력되면 GaAs 스위치의 비선형성으로부터 고조파 왜곡이 발생하여 각 포트[RF61 포트 ~ RF66 포트, 및 안테나 입출력 포트(ANT0)]에 균등하게 소정 크기 「Y」의 고조파가 출력된다.
RF61 포트로부터 출력된 고조파는 위상 설정 소자(GL1)에 전송된다.
여기서, 위상 설정 소자(GL1)는 이하에 나타낸 조건으로부터 소정의 전기장 으로 설정되어 있다. 이 전기장은 RF61 포트로부터 출력된 제 1 군 GSM 송신 신호의 고조파를 위상 설정 소자(GL1)로 전송하여 위상 변화시키고, 이 고조파에 대하여 RF61 포트로부터 로우 패스 필터(LPF71, LPF72)측을 본 임피던스를 무한대로부터 0 방향으로 소정량 변화시키는 전기장이다. 따라서, RF61 포트로부터 보면 로우 패스 필터(LPF71, LPF72)측이 오픈 상태로부터 쇼트 상태가 되는 방향으로 변화된다. 이 때, 위상 설정 소자(GL1)만으로 제 1 군 GSM 송신 신호의 2차 고조파의 임피던스를 소정량 변화시키고, 위상 설정 소자(GL1)와 로우 패스 필터(LPF71)를 구성하는 각 소자의 소자값(인덕턴스, 커패시턴스)으로 제 1 군 GSM 송신 신호의 3차 고조파의 임피던스를 소정량 변화시키도록 위상 설정 소자(GL1)의 전기장을 설정한다.
따라서, RF61 포트로부터 출력된 고조파는 전반사되어 RF61 포트에 리턴되는 것이 아니고, 그 일부가 로우 패스 필터(LPF71, LPF72)측에 전송된다. 그리고, 로우 패스 필터(LPF71, LPF72)에 전송된 고조파(2차 고조파 및 3차 고조파를 포함)는 어스로 유도되어 RF61 포트측에는 리턴되지 않는다. 즉, RF61 포트에 리턴되는 고조파의 크기를 「γ」라고 하면, 종래의 고주파 스위치 모듈에 있어서의 리턴된 고조파의 크기를 「α」라고 했을 경우에, 「γ < α」가 된다.
한편, RF62 포트 ~ RF66 포트로부터 출력된 고조파는 로우 패스 필터(LPF82) 및 로우 패스 필터(LPF81)로 이루어지는 회로와, 밴드 패스 필터(BPF91 ~ BPF94)에 전송되어서 감쇠되므로 RF62 포트 ~ RF66 포트에는 거의 리턴되지 않는다.
따라서, FET 스위치(SW50)에 리턴되는 반사 고조파의 크기는 위상 설정 소 자(GL1)가 설치되지 않은 종래의 고주파 스위치 모듈(도 7)보다도 작아진다. 이 결과, 안테나 입출력 포트(ANT0)에 출력되는 고조파의 크기는 「Y + γ」가 되고, 종래의 고주파 스위치 모듈(도 7)의 고조파의 크기 「Y + α」보다도 작아진다.
이와 같이, 본 실시형태의 구성을 사용함으로써 안테나에 출력되는 고조파가 저감되어서 송신 특성이 개선된다. 또한, 위상 설정 소자(GL1)는 목적으로 하는 고조파에 대하여만 임피던스가 변화되는 설정이 되어 있으므로 제 1 군 GSM 송신 신호의 기본파에 대하여는 위상이 변화될 뿐이고, 임피던스는 거의 변화되지 않는다.
이어서, 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈에서의 GSM 1800 ㎒ 송신 신호 및 GSM 1900 ㎒ 송신 신호(이하, 「제 2 군 GSM 송신 신호」로 총칭함)의 전송시의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이 2개의 송신 신호는 동시에 입력되지 않고, 한 쪽의 송신 신호만이 입력된다. 또한, 상기 GSM 850 ㎒ 송신 신호나 GSM 900 ㎒ 송신 신호도 동시에 입력되지 않는다. 또한, 여기서, GSM 1800 ㎒ 신호가 본 발명의 「제 3 통신 신호」에 상당하고, GSM 1900 ㎒ 신호가 본 발명의 「제 4 통신 신호」에 상당한다.
FET 스위치(SW50)의 제어 신호 입력 단자에 RF62 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통하기 위한 제어 신호가 입력되면 FET 스위치(SW50)는 RF62 포트와 안테나 입출력 포트(ANT0)를 도통한다. 이 상태에서, 송신 신호 입력 단자(Tx2)에 제 2 군 GSM 송신 신호가 입력되면 로우 패스 필터(LPF82)에서 제 2 군 GSM 송신 신호의 기본파와 함께 입력되는 3차 고조파가 감쇠되고, 또한, 로우 패스 필터(LPF81)에서 제 2 군 GSM 송신 신호의 기본파와 함께 입력되는 2차 고조파가 감 쇠되어서 위상 설정 소자(DL1)를 통해 RF62 포트에 입력된다.
FET 스위치(SW50)에 제 2 군 GSM 송신 신호가 입력되면 GaAs 스위치의 비선형성으로부터 고조파 왜곡이 발생하여 각 포트[RF61 포트 ~ RF66 포트, 및 안테나 입출력 포트(ANT0)]로 균등하게 소정 크기 「Z」의 고조파가 출력된다.
RF61 포트로부터 출력된 고조파는 위상 설정 소자(DL1)에 전송된다.
여기서, 위상 설정 소자(DL1)는 이하에 나타낸 조건으로부터 소정의 전기장으로 설정되어 있다. 이 전기장은 RF62 포트로부터 출력된 제 2 군 GSM 송신 신호의 고조파를 위상 설정 소자(DL1)로 전송하여 위상 변화시키고, 이 고조파에 대하여 RF62 포트로부터 로우 패스 필터(LPF81, LPF82)측을 본 임피던스를 무한대로부터 0 방향으로 소정량 변화시키는 전기장이다. 따라서, RF62 포트로부터 보면 로우 패스 필터(LPF81, LPF82)측이 오픈 상태로부터 쇼트 상태가 되는 방향으로 변화된다. 이 때, 위상 설정 소자(DL1)만으로 제 2 군 GSM 송신 신호의 2차 고조파의 임피던스를 소정량 변화시키고, 위상 설정 소자(DL1)와 로우 패스 필터(LPF81)를 구성하는 각 소자의 소자값(인덕턴스, 커패시턴스)으로 제 2 군 GSM 송신 신호의 3차 고조파의 임피던스를 소정량 변화시키도록 위상 설정 소자(DL1)의 전기장을 설정한다.
따라서, RF62 포트로부터 출력된 고조파는 전반사되어 RF62 포트에 리턴되는 것이 아니고, 그 일부가 로우 패스 필터(LPF81, LPF82)측에 전송된다. 그리고, 로우 패스 필터(LPF81, LPF82)에 전송된 고조파(2차 고조파 및 3차 고조파를 포함)는 어스로 유도되어 RF62 포트측에는 리턴되지 않는다. 즉, RF62 포트에 리턴되는 고 조파의 크기를 「δ」라고 하면, 종래의 고주파 스위치 모듈에 있어서의 리턴된 고조파의 크기를 「α」라고 했을 경우에, 「δ < α」가 된다.
한편, RF61 포트로부터 출력된 고조파는 로우 패스 필터(LPF72) 및 로우 패스 필터(LPF71)로 이루어지는 회로에 전송되어서 감쇠되어, RF63 포트 ~ RF66 포트로부터 출력된 고조파는 밴드 패스 필터(BPF91 ~ BPF94)에 전송되어서 감쇠되므로 RF61 포트, RF63 포트 ~ RF66 포트에는 거의 리턴되지 않는다.
따라서, FET 스위치(SW50)에 리턴되는 반사 고조파의 크기는 위상 설정 소자(DL1)가 설치되지 않은 종래의 고주파 스위치 모듈(도 7)보다도 작아진다. 이 결과, 안테나 입출력 포트(ANT0)에 출력되는 고조파의 크기는 「Z + δ」가 되고, 종래의 고주파 스위치 모듈(도 7)의 고조파의 크기 「Z + α」보다도 작아진다.
이와 같이, 본 실시형태의 구성을 사용함으로써 안테나에 출력되는 고조파가 저감되어서 송신 특성이 개선된다. 또한, 위상 설정 소자(DL1)는 고조파에 대하여만 임피던스가 변화되는 설정이 되어 있으므로 제 2 군 GSM 송신 신호의 기본파에 대하여는 위상이 변화될 뿐이고, 임피던스는 거의 변화되지 않는다.
표 1은 본 실시형태의 각 고주파 스위치 모듈과 종래의 고주파 스위치 모듈에 있어서의 입력 전력에 대한 각 GSM 송신 신호의 2배 고조파 및 3배 고조파의 비를 데시벨로 나타낸 것이며, 각 수치의 단위는 [dBc]이다. 또한, 표 1의 「본 발명a」가 도 2(a)에 대응하고, 「본 발명c」가 도 3(a)에 대응하고, 「본 발명d」가 도 3(b)에 대응한다.
Figure 112006073841261-PCT00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 구성(위상 설정 소자를 이용하는 구성)으로 함으로써 각 GSM 송신 신호에 있어서의 입력 전력에 대한 고조파의 비를 작게(데시벨 값을 크게) 할 수 있다. 즉, 출력되는 송신 신호에 포함되는 고조파를 저감할 수 있다. 특히, GSM 1800 ㎒ 송신 신호 및 GSM 1900 ㎒ 송신 신호에서는 종래의 구성을 사용하면 3배 고조파가 규격값인 70 dBc를 밑돌지만(GSM 1800 ㎒ 송신 신호 : 67.05 dBc, GSM 1900 ㎒ 송신 신호 : 67.15 dBc), 본 실시형태의 「본 발명a」의 구성을 사용함으로써 규격값을 만족한다(GSM 1800 ㎒ 송신 신호 : 71.42 dBc, GSM 1900 ㎒ 송신 신호 : 71.48 dBc). 또한, 본 실시형태의 「본 발명c」의 구성을 사용함으로써 규격값을 만족한다(GSM 1800 ㎒ 송신 신호 : 70.62 dBc, GSM 1900 ㎒ 송신 신호 : 72.13 dBc). 또한, 본 실시형태의 「본 발명d」의 구성을 사용함으로써 규격값을 만족한다(GSM 1800 ㎒ 송신 신호 : 72.62 dBc, GSM 1900 ㎒ 송신 신호 : 70.53 dBc). 이렇게, 위상 설정 소자에 의해 송신 입력 포트로부터 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 송신 신호의 2차 고조파 또는 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치를 임피던스 0의 근방에 배치시킴으로써 고차 고조파를 감쇠시킬 수 있다.
이상과 같이 , 본 실시형태의 구성을 사용함으로써 각각 다른 주파수대를 이용하는 4개의 GSM 송신 신호의 고조파는 억제되지만, 기본파는 거의 감쇠되지 않고 전송된다. 즉, 각 GSM 송신 신호의 고조파만을 억제하여 기본파에 손실을 거의 발생시키지 않고 전송하는 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
이 때, 위상 조정량을 설정한 전송 선로만으로 고조파를 억제하므로 고주파 스위치 모듈이 대형화되지 않음과 아울러 간소한 구조로 실현된다.
이어서, 도 4에 도시된 고주파 스위치 모듈의 적층체의 구조에 대해서 도 5,도 6을 참조해서 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 실시형태의 고주파 스위치 모듈의 적층도이다. 도 5 및 도 6은 본 실시형태의 적층체형 고주파 스위치 모듈의 각 유전체층(1) ~ (28)을 순서대로 위에서 본 도면이며, 유전체층(29)은 유전체층(28)의 이면, 즉, 고주파 스위치 모듈의 저면이다. 이 도 5 및 도 6에 나타낸 기호는 도 4에 나타낸 각 소자의 기호에 대응한다. 또한, 도 5 및 도 6에 있어서 기호 1은 적층체, 기호 2는 캐비티, 기호 3은 스루홀을 나타낸다. 기호 3은 대표 스루홀에 첨부했지만, 도면에 도시되어 있는 동일 직경의 원형은 모두 스루홀을 나타낸다.
적층체(1)는 유전체층(1)을 최상층으로 해서, 번호순으로 위로부터 순서대로 유전체층(1) ~ 유전체층(18)을 적층함으로써 형성된다. 최상층의 유전체층(1) ~ 유전체층(11)은 중앙에 한 변이 소정 길이로 정방형의 구멍이 형성되어 있고, 유전체층(1) ~ (11)이 적층되어 이 구멍으로부터 캐비티(2)가 형성된다. 그리고, 이 캐비티(2)내에 FET 스위치(SW50)가 설치되어 있다. FET 스위치(SW50)의 상면 및 이 상면에 접속된 와이어 본딩의 와이어는 적층체(1)의 상면으로부터 돌출되어 있지 않고, FET 스위치(SW50)가 적층체(1)에 내장된 형상으로 되어 있다. 최하층의 유전체층(28)의 이면[도 6에 있어서의 유전체층(29)]에는 그라운드 전극(GND)을 포함하는 외부 접속용 전극이 형성되어 있고, 이 전극에 의해 이 고주파 스위치 모듈은 외부의 회로 기판에 실장된다.
최상층의 유전체층(1) ~ 유전체층(6)에는 구멍이 형성되는 것만으로 전극 패턴은 형성되지 않는다.
유전체층(7)에는 FET 스위치(SW50)의 각 단자 전극에 와이어 본딩하기 위한 패드 전극이 형성되어 있고, 이 각 패드 전극과 FET 스위치(SW50)의 각 단자 전극을 와이어 본딩에 의해 접속하고 있다.
유전체층(8) ~ 유전체층(11)에는 스루홀(3)만이 형성되어 있다.
유전체층(12) 및 유전체층(13)에는 그라운드 전극(GND)이 형성되어 있고, 이 그라운드 전극(GND)은 커패시터(DCu1, Gcu1)의 대향 전극을 겸하고 있다.
유전체층(14)에는 커패시터(DCc1, Gcc1)의 대향 전극이 형성됨과 아울러 인덕터(DL1, GL1)로 되는 전송 선로가 형성되어 있다. 여기서, 커패시터(DCc1, Gcc1)의 대향 전극은 커패시터(DCu1, Gcu1)의 대향 전극을 겸하고 있다.
유전체층(15)에는 커패시터(DCc1, Gcc1)의 대향 전극이 형성되어 있고, 커패시터(DCc1)의 대향 전극은 커패시터(DCc2)의 대향 전극을 겸하고 있으며, 커패시터(GCc1)의 대향 전극은 커패시터(GCc2)의 대향 전극을 겸하고 있다.
유전체층(16)에는 커패시터(DCc2, GCc2)의 대향 전극이 형성되어 있다.
유전체층(17) 및 유전체층(18)에는 스루홀(3)만이 형성되어 있다.
유전체층(19) ~ 유전체층(22)에는 4층에 걸쳐 인덕터(DLt1, DLt2, GLt1, GLt2)가 형성되어 있다.
유전체층(23) 및 유전체층(24)에는 스루홀(3)만이 형성되어 있다.
유전체층(25)에는 커패시터(DCu2, GCu2)의 대향 전극이 형성되어 있다.
유전체층(26)에는 그라운드 전극(GND)이 형성되어 있고, 이 그라운드 전극(GND)은 커패시터(DCu2, GCu2, DCu3)의 대향 전극을 겸하고 있다.
유전체층(27)에는 커패시터(DCu3)의 대향 전극이 형성되어 있다.
유전체층(28)의 상면에는 그라운드 전극(GND)이 형성되어 있고, 이 그라운드 전극(GND)은 커패시터(DCu3)의 대향 전극을 겸하고 있다. 또한, 유전체층(28)의 이면[도 6에 있어서의 유전체층(29)]에는 그라운드 전극(GND)과 각종 외부 접속 전극이 형성되어 있다.
이 전극 패턴은 스루홀(3)에 의해 층간의 도통이 되어 있고, 도 4에 도시된 회로가 형성되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써 고주파 스위치 모듈을 단일 적층체로 실현할 수 있다. 따라서, 고주파 스위치 모듈을 소형으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는 FET 스위치(SW50)가 적층체내에 내장되는 구조를 나타내지만 적층체 표면에 실장해도 좋다. 또한, FET 스위치와 적층체의 접속을 와이어 본딩으로 행하였지만 플립-칩형 FET 스위치(flip-chip FET switch)를 이용하여 범프 접속(bump connection)해도 좋다. 또한, 고주파 스위치 모듈을 구성하는 각 회로 소자를 각 유전체층 표면에 형성된 전극으로 구성했지만 실장형의 인덕터 및 커패시터를 사용해도 좋다.

Claims (11)

  1. 송신 신호가 입력되는 송신 입력 포트, 수신 신호를 출력하는 수신 출력 포트, 및, 안테나로 상기 송신 신호를 출력하거나 상기 안테나로부터 상기 수신 신호를 입력하는 안테나 포트를 구비하고, 상기 안테나 포트를 송신 입력 포트 또는 수신 출력 포트에 스위칭하여 접속하는 FET 스위치와,
    상기 송신 입력 포트에 접속되어 상기 송신 신호의 고차 고조파를 감쇠시키는 필터를 구비한 고주파 스위치 모듈에 있어서:
    상기 FET 스위치의 송신 입력 포트와 상기 필터의 사이에 상기 송신 입력 포트로부터 상기 필터 방향을 보았을 경우의 상기 고차 고조파의 임피던스를 0에 근접하는 방향으로 변화시키는 위상 설정 수단을 구비하고,
    상기 위상 설정 수단에 의해 상기 송신 입력 포트로부터 상기 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 상기 송신 신호의 2차 고조파 또는 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치가 임피던스 0의 근방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 설정 수단은 상기 송신 신호의 기본파의 임피던스의 절대치를 실질적으로 변화시키지 않는 전기장의 전송 선로에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기장은 상기 2차 고조파의 파장의 1/4 미만의 길이인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  4. 제 1 항 ~ 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 설정 수단에 의해 상기 송신 입력 포트로부터 상기 필터 방향을 보았을 경우에 있어서의 상기 송신 신호의 2차 고조파와 3차 고조파의 임피던스의 스미스 차트 위치가 임피던스 0을 샌드위칭하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  5. 제 1 항 ~ 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 2차 또는 3차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 로우 패스 필터인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는 상기 송신 신호의 2차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 제 1 로우 패스 필터와, 상기 송신 신호의 3차 고조파의 주파수를 저지 대역에 포함하는 제 2 로우 패스 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  7. 제 1 항 ~ 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 특정 주파수대를 송신 신호 및 수신 신호로 이용하는 통신 신호를 복수 입출력하고,
    상기 FET 스위치는 적어도 상기 통신 신호마다 수신 출력 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 입력 포트가 복수이며, 상기 송신 입력 포트마다 상기 위상 설정 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  9. 제 1 주파수대를 이용하는 제 1 통신 신호의 송신 신호와 제 2 주파수대를 이용하는 제 2 통신 신호의 송신 신호가 입력되는 제 1 송신 입력 포트, 제 3 주파수대를 이용하는 제 3 통신 신호의 송신 신호와 제 4 주파수대를 이용하는 제 4 통신 신호의 송신 신호가 입력되는 제 2 송신 입력 포트, 상기 제 1 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 1 수신 출력 포트, 상기 제 2 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 2 수신 출력 포트, 및 상기 제 3 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 3 수신 출력 포트와 상기 제 4 통신 신호의 수신 신호를 출력하는 제 4 수신 출력 포트를 구비한 FET 스위치와,
    상기 제 1 송신 입력 포트에 접속하고, 상기 제 1 송신 입력 포트로부터 보 았을 경우의 상기 제 1 통신 신호의 송신 신호 및 제 2 통신 신호의 송신 신호의 고차 고조파의 임피던스가 무한대로부터 0에 근접하는 방향으로 변화되는 위상 조건을 가진 제 1 위상 설정 수단과,
    상기 제 2 송신 입력 포트에 접속하고, 상기 제 2 송신 입력 포트로부터 보았을 경우의 상기 제 3 통신 신호의 송신 신호 및 제 4 통신 신호의 송신 신호의 고차 고조파의 임피던스가 무한대로부터 0에 근접하는 방향으로 변화되는 위상 조건을 가진 제 2 위상 설정 수단를 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  10. 제 1 항 ~ 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FET 스위치, 상기 필터, 및 상기 위상 설정 수단은 복수의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 위상 설정 수단은 상기 적층체내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 모듈.
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