KR20070086776A - 평형-불평형형 필터 모듈 및 통신 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

제 1 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 1 포트(P1)와, 제 2 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 2 포트(P2)와, 이 2개의 주파수대의 불평형 신호에 공통인 제 3 포트(P3)를 구비해서 신호 경로를 스위칭하는 스위치(SW)를 구비하고, 제 1 주파수대의 신호를 통과시키는 제 1 필터(F1)의 불평형 입출력 포트(P4)를 포트(P1)에 접속하고, 제 2 주파수대의 신호를 통과시키는 제 2 필터(F2)의 포트(P7)를 포트(P2)에 접속하고, 이 제 1ㆍ제 2 포트의 필터(F1, F2)의 평형 입출력 포트의 한쪽씩을 거의 같은 전기장을 가져서 제 1ㆍ제 2 분기 포트(B1, B2)에서 접속하고, 이 제 1ㆍ제 2 분기 포트의 사이에 임피던스 정합용의 밸런스 코일(BC)을 설치한다.
평형-불평형형 필터 모듈, 정합 소자, 통신 장치

Description

평형-불평형형 필터 모듈 및 통신 장치{BALANCE-UNBALANCE FILTER MODULE AND COMMUNICATION APPARATUS}
본 발명은 평형-불평형형에서 주파수대가 다른 2개의 신호의 입출력을 행하는 평형-불평형형 필터 모듈 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 평형-불평형형에서 주파수대가 다른 2개의 신호의 입출력을 행하는 평형-불평형형 멀티밴드 필터 모듈이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
여기서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 필터 모듈의 구성예를 도 14ㆍ도 15에 나타낸다.
도 14에 있어서 필터 모듈의 불평형 포트(P1)에는 제 1 고주파 스위치(10a)의 제 1 포트(100a)가 접속되어 있다. 이 고주파 스위치(10a)는 3개의 포트를 갖는 스위치이며, 상기 제 1 고주파 스위치(10a)의 제 2 포트(100b)에는 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 불평형 포트(110a)가 접속되고, 제 3 포트(100c)에는 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 불평형 포트(120a)가 접속되어 있다. 제 1, 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a, 20b)에는 3개의 포트를 갖는 제 2 고주파 스위치(10b)와 제 3 고주파 스위치(10c)가 접속되어 있다.
제 2 고주파 스위치의 제 1 포트(130a)는 필터 모듈의 제 1 평형 포트(P2-1) 에 접속되고, 제 2 포트(130b)에는 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 제 1 평형 포트(110b)가 접속되고, 제 3 포트(130c)에 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 제 1 평형 포트(120b)가 접속되어 있다.
제 3 고주파 스위치의 제 1 포트(150a)는 필터 모듈의 제 2 평형 포트(P2-2)에 접속되고, 제 2 포트(150b)는 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 제 2 평형 포트(110c)에 접속되고, 제 3 포트(150c)에 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 제 2 평형 포트(120c)가 접속되어 있다.
도 15에 나타내는 필터 모듈은 스위칭 소자를 갖는 고주파 스위치와, 통과 주파수 대역의 다른 평형-불평형형 대역 통과 필터와, 상기 평형-불평형형 대역 통과 필터에 접속되는 위상기를 주 구성으로 되어 있다. 고주파 스위치의 불평형 포트(P1)에는 제 1 고주파 스위치(10a)의 제 1 포트(100a)가 접속되고, 제 2 포트(100b)에 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 불평형 포트(110a)가 접속되고, 제 3 포트(100c)에 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 불평형 포트(12Oa)가 접속되어 있다.
제 1 위상기(50a)의 제 1 포트(160b)에는 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 제 1 평형 포트(110b)가 접속되고, 제 2 포트(160c)가 필터 모듈의 제 1 평형 포트(P2-1)에 접속되어 있다. 제 2 위상기(50b)의 제 1 포트(170b)에는 제 1 평형-불평형형 대역 통과 필터(20a)의 제 2 평형 포트(110c)가 접속되고, 제 2 포트(170c)가 필터 모듈의 제 2 평형 포트(P2-2)에 접속되어 있다. 제 3 위상기(60a)의 제 1 포트(160d)에 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 제 1 평형 포 트(120b)가 접속되고, 제 2 포트(160e)가 필터 모듈의 제 1 평형 포트(P2-1)에 접속되어 있다. 제 4 위상기(60b)의 제 1 포트(170d)에는 제 2 평형-불평형형 대역 통과 필터(20b)의 제 2 평형 포트(120c)가 접속되고, 제 2 포트(170e)가 필터 모듈의 제 2 평형 포트(P2-2)에 접속되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 2004-166258 공보
그런데, 도 14에 나타낸 종래의 평형-불평형형 필터 모듈에 있어서는 평형형에서 신호의 입출력을 행하는 평형 포트측에 스위치(10b, 1Oc)를 필요로 하기 때문에 회로 규모가 크다고 하는 문제가 있었다. 또한, 도 15에 나타낸 종래의 평형-불평형형 필터 모듈에 있어서는 평형 포트측에 그 평형 포트에 접속되는 회로와의 임피던스 정합을 취하기 위한 정합 회로를 설치하면 각 포트의 합계 4경로분의 정합 회로(위상기)가 필요해진다. 어느 쪽의 경우에서도 부품수가 많고, 소형화에 불리했다.
따라서, 본 발명의 목적은 2개의 주파수의 대역의 신호를 평형-불평형형에서 입출력하는 소형이고 저가격의 평형-불평형형 필터 모듈 및 그것을 구비한 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명의 평형-불평형형 필터 모듈은 제 1 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 1 포트와, 제 2 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 2 포트와, 제 1 주파수대의 불평형 신호 및 제 2 주파수대의 불평형 신호에 공통인 제 3 포트를 구비하고, 신호 경로를 제 3 포트-제 1 포트간 또는 제 3 포트-제 2 포트간으로 스위칭하는 스위치와, 제 1 포트에 접속되어 제 1 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 4 포트와, 제 1 주파수대의 평형 신호를 입출력하는 제 5ㆍ제 6 포트를 구비하고, 제 1 주파수대를 통과 대역으로 하는 제 1 평형-불평형형 필터와, 제 2 포트에 접속되어 제 2 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 7 포트와, 제 2 주파수대의 평형 신호를 입출력하는 제 8ㆍ제 9 포트를 구비하고, 제 2 주파수대를 통과 대역으로 하는 제 2 평형-불평형형 필터와, 제 5 포트와 제 8 포트에 공통 접속되는 제 1 분기 포트와, 제 6 포트와 제 9 포트에 공통 접속되는 제 2 분기 포트 사이에 설치되어 제 1 주파수대의 평형 신호 및 제 2 주파수대의 평형 신호의 양쪽에 대하여 임피던스 정합하는 정합 소자를 구비한다.
(2) 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터는, 예를 들면, 평형-불평형형의 탄성 표면파 필터 또는 두께 종진동 압전 필터로 한다.
(3) 예를 들면, 상기 스위치, 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터, 상기 정합 소자는 복수의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체에 일체화한 것으로 한다.
(4) 또한, 상기 스위치는 커패시터, 인덕터 및 다이오드를 포함하고, 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때 상기 정합 소자는 상기 커패시터, 상기 인덕터 및 상기 다이오드와 겹치지 않는 위치에 배치된다.
(5) 상기 제 1 평형-불평형형 필터와 상기 제 2 평형-불평형형 필터는 1개의 패키지에 수납되고, 그 패키지를 상기 적층체의 최상층의 층평면의 중심점을 포함하도록 그 적층체의 최상층에 배치한다.
(6) 상기 적층체의 최하층의 이면측에는 제어 신호를 입력하기 위한 제어 신호 입력 단자, 제 1 분기 포트와 접속되는 제 1 입출력 포트 단자, 제 2 분기 포트와 접속되는 제 2 입출력 포트 단자, 제 3 포트와 접속되는 제 3 포트 단자를 형성하고, 이들 각 단자간에 GND 단자를 배치한다.
(7) 상기 적층체는 접지 전극을 형성한 GND 층을 구비하고, 상기 GND 층에는 상기 각 단자와 도통하는 비아 홀을 형성함과 아울러, 상기 비아 홀끼리의 사이에 접지 전극을 형성한다.
(8) 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선은 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치가 서로 겹치지 않도록 상기 적층체내에 배치된다.
(9) 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선이 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상에서 서로 겹치는 개소에서 상기 평형측의 배선과 상기 불평형측의 배선 사이에 GND 층을 배치한다.
(10) 또한, 제 1 주파수대에서 제 5 포트로부터 제 1 분기 포트까지의 전기장과, 제 1 주파수대에서 제 6 포트로부터 제 2 분기 포트까지의 전기장이 거의 같고, 또한 제 2 주파수대에서 제 8 포트로부터 제 1 분기 포트까지의 전기장과, 제 2 주파수대에서 제 9 포트로부터 제 2 분기 포트까지의 전기장이 거의 같도록 구성된다.
(11) 본 발명의 통신 장치는 상기 어느 것의 구성으로 이루어지는 평형-불평형형 필터 모듈을 고주파 회로부에 구비해서 구성된다.
발명의 효과
(1) 상기 스위치, 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터와 함께 제 1 주파수대의 평형 신호 및 제 2 주파수대의 평형 신호의 양쪽에 대하여 임피던스 정합하는 정합 소자를 구비함으로써 평형형에서 신호의 입출력을 행하는 평형 포트에 2개의 스위치를 설치할 일 없고, 또한 평형 포트측의 합계 4경로분의 위상기가 필요하지 않고, 적은 부품수로 소형 또한 저가격으로 구성할 수 있다. 또한, 예를 들면, 불평형 입출력의 트리플 밴드용의 칩 세트를 접속하는 것도 용이해진다.
(2) 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터를 평형-불평형형의 탄성 표면파 필터 또는 두께 종진동 압전 필터로 구성함으로써 한쪽의 필터의 통과 대역이 다른 쪽의 필터에서 차단되기 때문에 신호의 누설이 저감될 수 있어 저손실화가 도모된다.
(3) 상기 스위치, 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터 및 정합 소자를 유전체층의 적층체에 일체화함으로써 그 적층체의 표면에 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터를 탑재하여 적층체의 내부에 정합 회로를 형성하는 것이 용이해지고, 전체에 소형화의 효과가 높아진다.
(4) 상기 스위치를 커패시터, 인덕터 및 다이오드를 포함하고, 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때에 정합 소자가 커패시터, 인덕터 및 다이오드와는 겹치지 않는 위치에 배치됨으로써 상기 커패시터, 인덕터 및 다이오드와 정합 소자가 서로 영향을 미칠 일이 없고, 정합 소자가 유전체의 적층체에 일체화되어도 회로 특성이 열화될 일 없고 전체에 소형화가 도모된다.
(5) 상기 적층체의 최상층에 배치된 SAW 필터가 패키지화되어 있어서 그 상면이 평탄하고, 이 평탄한 면을 이용해서 평형-불평형형 필터 모듈을 흡착할 수 있기 때문에 적층체에 대한 수지 밀봉이나 금속 케이스의 배치가 불필요하다. 그 때문에 평형-불평형형 필터 모듈을 염가로 제조할 수 있고, 또한 안정한 핸들링이 가능해진다.
(6) 상기 적층체의 최하층의 이면측에 제어 신호 입력 단자, 제 1 입출력 포트 단자, 제 2 입출력 포트 단자, 제 3 포트 단자와 함께, 이들 각 단자간에 GND 단자를 배치함으로써 각 단자간의 서로의 간섭을 방지할 수 있고, 각 신호의 손실을 억제할 수 있다.
(7) 상기 적층체는 접지 전극을 형성한 GND 층을 구비하고, 상기 GND 층에는 상기 각 단자와 도통하는 비아 홀을 형성함과 아울러, 상기 비아 홀끼리의 사이에 접지 전극을 형성함으로써 비아 홀간의 서로의 간섭을 방지할 수 있고, 각 신호의 손실을 억제할 수 있다.
(8) 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선을 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치가 서로 겹치지 않도록 상기 적층체내에 배치함으로써 평형측의 신호와 불평형측의 신호의 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다.
(9) 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선이 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상에서 서로 겹치는 개소에서 상기 평형측의 배선과 상기 불평형측의 배선 사이에 GND 층을 배치함으로써 평형측의 신호와 불평형측의 신호의 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다.
(1O) 제 1 주파수대에서의 제 5 포트-제 1 분기 포트간의 전기장과, 제 1 주파수대에서의 제 6 포트-제 2 분기 포트간의 전기장과 거의 같고, 또한 제 2 주파수대에서의 제 8 포트-제 1 분기 포트간의 전기장과, 제 2 주파수에서의 제 9 포트-제 2 분기 포트간의 전기장과 거의 같기 때문에 정합 소자는 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형 포트로부터 보았을 때 동위상이 되는 위치에 접속되어 있게 되고, 이들의 각 포트간의 배선 및 정합 소자의 부가에 의해 평형 특성이 손상될 일이 없다. 즉, 제 5 포트-제 1 분기 포트간의 전기장과, 제 6 포트-제 2 분기 포트간의 전기장이 제 1 주파수대에서 거의 같게 됨으로써 제 1 주파수에서의 평형 특성을 유지할 수 있고, 제 8 포트-제 1 분기 포트간의 전기장과, 제 9 포트-제 2 분기 포트간의 전기장이 제 2 주파수대에서 거의 같게 됨으로써 제 2 주파수대에서의 평형 특성을 유지할 수 있다. 이 때문에, 양호한 전기적 특성을 유지할 수 있다.
(11) 상기 평형-불평형형 필터 모듈을 고주파 회로부에 구비함으로써 주파수대가 다른 복수의 통신 신호를 다루는 소형 저가격의 통신 장치를 구성할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈의 회로도이다.
도 2는 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 3은 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 4는 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 5는 동 필터 모듈의 GSM850에 관한 삽입 손실, 평형 입출력측 및 불평형 입출력측의 임피던스 차트를 나타내는 도이다.
도 6은 도 5에 대응시켜서 나타낸 밸런스 코일을 마련하지 않을 경우의 도이다.
도 7은 동 필터 모듈의 GSM900에 관한 삽입 손실, 평형 입출력측 및 불평형 입출력측의 임피던스 차트를 제시하는 도이다.
도 8은 도 7에 대응시켜서 나타낸 밸런스 코일을 설치하지 않은 경우의 도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈의 회로도이다.
도 10은 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 11은 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 12는 동 필터 모듈을 유전체층의 적층체에서 구성할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내는 도이다.
도 13은 제 3 실시형태에 의한 통신 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 14는 종래의 평형-불평형형 필터 모듈의 구성을 나타내는 도이다.
도 15는 종래의 다른 평형-불평형형 필터 모듈의 구성을 나타내는 도이다.
부호의 설명
1OO: 평형-불평형형 필터 모듈 101: 안테나 스위치 모듈
102: 안테나 103: 트리플 밴드용 칩 세트
F1: 제 1 평형-불평형형 필터 F2: 제 2 평형-불평형형 필터
SW: 스위치 P1∼P9: 제 1∼제 9 포트
P10, P11: 평형 입출력 포트 P3: 불평형 입출력 포트
B1, B2: 제 1, 제 2 분기 포트 SAW: SAW 필터
BC: 밸런스 코일(정합 소자) C1, C4: 커패시터(정합 소자)
제 1 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈에 대해서 도 1∼도 8을 참조해서 설명한다.
도 1은 동 모듈의 회로도이다. 이 평형-불평형형 필터 모듈(100)은 크게 나누어서 스위치(SW), 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터(F1, F2)를 구성하는 SAW 필터, 및 정합 소자로서의 밸런스 코일(BC)로 구성되어 있다.
스위치(SW)는 제 1 포트(P1)와 제 3 포트(P3) 사이, 또는 제 2 포트(P2)와 제 3 포트(P3) 사이의 신호 경로를 스위칭한다. 제 1 포트(P1)는 GSM850(송신 신호의 주파수대가 824∼849MHz, 수신 신호의 주파수 대역이 869∼894MHz의 신호)을 입출력한다. 또한, 제 2 포트(P2)는 GSM900(송신 신호의 주파수대가 880∼915MHz, 수 신 신호의 주파수 대역이 925∼960MHz의 신호)을 입출력한다. 제 1 포트(P1)와 제 3 포트(P3) 사이에는 다이오드(D1), 인덕터(SLt), 커패시터(SCc) 및 초크 코일(L1)을 설치하고 있다. 또한, 제 2 포트(P2)와 제 3 포트(P3) 사이에는 선로(스트립 라인)(SL2), 다이오드(D2), 커패시터(C5) 및 저항(R)을 설치하고 있다. 또한, 제 3 포트(P3)에는 직렬로 커패시터(Cant)를 접속하고 있다.
상기 스위치(SW)의 동작은 다음과 같다. 우선, 제어 신호 입력 단자(Vc)에 하이 레벨의 신호가 인가되면 다이오드(D1, D2)가 온된다. 이에 따라, 다이오드(D1)가 도통되어 제 1 포트(P1)와 제 3 포트(P3) 사이의 신호 경로가 도통된다. 한편, 선로(SL2)의 전기장은 GSM850의 주파수대에 있어서 거의 1/4 파장이 되도록 되어 있어서 다이오드(D2)의 온에 의해 선로(SL2)의 포트(P2)측이 등가적으로 접지되어 포트(P3)로부터 P2측을 본 임피던스는 등가적으로 개방이 된다.
제어 신호 입력 단자(Vc)에 로우 레벨의 신호가 인가되면 다이오드(D2)가 오프되어 제 2 포트(P2)와 제 3 포트(P3) 사이는 선로(SL2)를 통해서 신호 경로가 구성된다. 한편, 다이오드(D1)도 오프됨으로써 제 1 포트(P1)와 제 3 포트(P3) 사이의 신호 경로가 차단된다.
다이오드(D1)의 오프 상태에서 다이오드(D1)의 커패시턴스와 인덕터(SLt)의 인덕턴스의 병렬 공진에 의해 제 3 포트(P3)로부터 제 1 포트(P1)를 본 임피던스는 개방 상태가 된다. 커패시터(SCc)는 다이오드(D1)의 온 시의 제어 전류가 인덕터(SLt)를 지나지 않고 다이오드(D1)를 지나도록 하기 위한 직류 커트용 콘덴서로서 작용한다.
SAW 필터(SAW)는 제 1 주파수대(GSM850)의 신호를 통과시켜 제 2 주파수대를 차단하는 제 1 평형-불평형형 필터(F1)와, 제 2 주파수대(GSM900)의 신호를 통과시켜 제 1 주파수대의 신호를 차단하는 제 2 평형-불평형형 필터(F2)를 구성하고 있다. 제 1 평형-불평형형 필터(F1)의 불평형형 신호를 입출력하는 제 4 포트(P4)는 스위치(SW)의 제 1 포트(P1)에 접속되어 있다. 이 제 1 평형-불평형형 필터(F1)의 평형 신호는 제 5 포트(P5) 및 제 6 포트(P6)를 통해서 입출력된다. 마찬가지로, 제 2 평형-불평형형 필터(F1)의 불평형형 신호를 입출력하는 제 7 포트(P7)는 스위치(SW)의 제 2 포트(P2)에 접속되어 있다. 이 제 2 평형-불평형형 필터(F2)의 평형 신호는 제 8 포트(P8) 및 제 9 포트(P9)를 통해서 입출력된다.
상기 제 1 평형-불평형형 필터의 평형 입출력 포트의 한쪽의 포트인 제 5 포트(P5)와 제 2 평형-불평형형 필터(F2)의 평형 입출력 포트의 한쪽의 포트인 제 8 포트(P8)는 제 1 분기 포트(B1)에서 공통 접속되어 있다. 또한, 제 2 평형-불평형형 필터의 평형 입출력 포트의 한쪽의 포트인 제 9 포트(P9)와 제 1 평형-불평형형 필터(F1)의 평형 입출력 포트의 한쪽의 포트인 제 6 포트(P6)는 제 2 분기 포트(B2)에서 공통 접속되어 있다. 그리고, 제 1 분기 포트(B1)와 제 2 분기 포트(B2) 사이에 제 1 주파수대(GSM850)의 평형 신호 및 제 2 주파수대(GSM900)의 평형 신호의 양쪽에 대하여 임피던스 정합하는 정합 소자로서 밸런스 코일(BC)을 접속하고 있다. 또한, 이 예에서는 제 1ㆍ제 2 분기 포트(B1, B2)로부터 평형 입출력 포트로서 포트(P10, P11)를 인출하고 있다.
제 1 평형-불평형형 필터(F1)는 제 1 주파수대(GSM850)를 통과시켜 제 2 주 파수대(GSM90Q)를 차단하므로 스위치(SW)가 제 1 포트(P1)측의 신호 경로를 선택하고 있는 상태에서 평형 포트(P10-P11)는 제 1 주파수대의 평형 입출력 포트로서 작용한다. 또한, 제 2 평형-불평형형 필터(F2)는 제 2 주파수대(GSM900)의 신호를 통과시켜 제 1 주파수대(GSM850)의 신호를 차단하므로 스위치(SW)가 제 2 포트(P2)측의 신호 경로를 선택하고 있는 상태에서 평형 포트(P10-P11)는 제 2 주파수대의 평형 입출력 포트로서 작용한다.
이와 같이, 2개의 필터(F1, F2) 중 한쪽의 필터의 통과 대역이 다른 쪽의 필터의 차단 주파수 영역이 되므로 제 1ㆍ제 2 주파수대의 신호의 누설이 저감되어 저손실로 1개의 평형 입출력 포트를 공용할 수 있다.
또한, 제 1 포트(P1)와 제 4 포트(P4)의 접속부와 접지 사이에 커패시터(C2)를 설치하고, 제 2 포트(P2)와 제 7 포트(P7)의 접속점과 접지 사이에 커패시터(C3)를 설치하고 있다. 이들의 커패시터(C2, C3)는 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터(F1, F2)와 스위치(SW)의 임피던스 정합용에 제공된다.
또한, 제 1 주파수대에서의 제 5 포트(P5)로부터 제 1 분기 포트(B1)까지의 전기장과, 제 2 주파수에서의 제 8 포트(P8)로부터 제 1 분기 포트(B1)까지의 전기장은 거의 같게 되어 있다. 또한, 제 1 주파수대에서의 제 6 포트(P6)로부터 제 2 분기 포트(B2)까지의 전기장과, 제 2 주파수에서의 제 9 포트(P9)로부터 제 2 분기 포트(B2)까지의 전기장은 거의 같게 되어 있다. 그 때문에, 밸런스 코일(BC)은 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터(F1ㆍF2)의 평형 포트로부터 보았을 때 동위상이 되는 위치에 접속되어 있게 되고, 이들의 각 포트간의 배선 및 정합 소자의 부가에 의해 평형 특성이 손상될 일이 없다. 그 때문에, 양호한 전기적 특성을 유지할 수 있다.
그 다음, 상기 평형-불평형형 필터 모듈을 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체에 일체화했을 경우의 구성예를 도 2∼도 4를 기초로 설명한다.
도 2∼도 4는 복수의 유전체층의 각 층에 있어서의 도체 패턴의 평면도이다. 도 2의 (A)가 최하층, 도 4의 (H)가 최상층이며, 도시의 사정상 도 2∼도 4의 3개의 도에 나누어서 나타내고 있다. 도 2∼도 4에 있어서 도 중의 각 부의 부호는 도 1에 나타낸 회로중의 각 부호에 대응되어 있다. 또한, 이들의 도 중의 GND는 접지 전극이다.
도 2의 (A)에 있어서 Vc는 제어 신호 입력 단자, P3은 제 3 포트(P3)에 상당하는 단자, P10, P11은 평형 입출력 포트(P10, P11)에 상당하는 단자이다.
또한, 단자(Vc, P3, P10, P11)는 서로의 간섭을 방지하기 위해서 GND 단자를 끼우도록 배치되어 있다.
또한, 도 2의 (B)에 있어서 단자(Vc, P3, P1O, P11)이 연결되어 있는 각 비아 홀간에는 각 비아 홀간의 간섭을 막도록 하기 위해서 GND를 배치하고 있다.
도 2의 (C)에 있어서 도체 패턴(SLr)은 도 1에 나타낸 저항(R)과 제어 신호 입력 단자(Vc) 사이의 배선 패턴이다. 또한, 도 2의 (H)에 있어서 도체 패턴(SLb)은 평형 입출력 포트(P10, P11)측의 배선 패턴이다.
도 2의 (C) 및 (E)에 나타나 있는 도체 패턴(C5)이 도 2의 (D)에 나타나 있는 GND에 대향됨으로써 커패시터(C5)를 구성하고 있다.
도 3의 (A)에 있어서 도체 패턴(SLb)도 상기 평형 입출력 포트측의 배선 패 턴이다. 또한, 도 3의 (D)에 있어서의 도체 패턴(SLd)은 도 1에 나타낸 다이오드(D1), 인덕터(SLt) 및 초크 코일(L1) 부분의 분기부의 배선 패턴이다. 또한, 도 3의 (F) 및 (G)에 나타나 있는 도체 패턴(SCc)이 대향됨으로써 도 1에 나타낸 커패시터(SCc)를 구성하고 있다.
도 4의 (A)∼(F)에 나타나 있는 도체 패턴(Cant)은 그들이 서로 겹침으로써 도 1에 나타낸 불평형 입출력 포트(P3)측의 커패시터(Cant)를 구성하고 있다.
도 4의 (H)는 최상층의 유전체층과 함께 이들의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체의 표면에 각종 칩 부품을 탑재한 상태를 나타내고 있다. 도에 나타낸 바와 같이, 다이오드(D1, D2), 저항(R), 초크 코일(L1), 인덕터(SLt), 밸런스 코일(BC) 및 SAW 필터(SAW)를 각각 탑재하고 있다. 이 SAW 필터(SAW)의 단자 부분에 있어서 G는 접지 단자, P4∼P9는 도 1에 나타낸 제 4 포트(P4)로부터 제 9 포트(P9)까지의 포트에 각각 대응하고 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에 있어서 사용하고 있는 SAW 필터는 2개이지만, 사용하는 주파수 대역의 수에 따라서 SAW 필터의 수를 적당히 변경할 수 있다. 예를 들면, 사용하는 주파수 대역이 3개인 경우는 SAW 필터의 수를 3개로 함으로써 상기와 동일한 효과를 거둘 수 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에 있어서 사용하고 있는 2개의 SAW 필터는 1개의 패키지로 구성되어 있다. 더욱이, 이 패키지를 적층체의 최상층의 층평면 중심점(유전체층이 이루는 평면의 중심점)을 포함하도록 적층체의 최상층상에 배치하고 있다. 즉, 도 4의 (H)에 나타낸 바와 같이, SAW 필터(SAW)의 패키지의 설치 위치가 최상층의 유전체층이 이루는 평면의 중심점을 포함하도록 그 SAW 필터를 적층체의 최상층상에 배치하고 있다.
일반적으로, 자동 마운터로 전자부품을 기판상에 탑재할 때 그 전자부품의 표면을 진공 흡인에 의해 흡착해서 핸들링하지만, 유전체층의 적층체의 최상면에 칩 부품을 설치한 것과 같은 전자부품에서는 그 전자부품의 최상면을 평탄화할 필요가 있다. 그 때문에, 종래는 최상층의 유전체층상에 탑재한 각종 칩 부품의 주위 전체(최상층의 전면)를 수지로 밀봉하거나, 적층체를 덮도록 금속 케이스를 적층체상에 배치하거나 할 필요가 있었다.
그러나, 이 실시형태에 의하면 적층체의 최상층에 배치한 SAW 필터가 패키지화되어 있기 때문에 그 표면이 평탄해서 이 평탄한 면을 이용하여 평형-불평형형 필터 모듈을 흡착할 수 있다. 그 때문에, 상기 수지 밀봉이나 금속 케이스의 배치를 행할 필요가 없다. 따라서, 평형-불평형형 필터 모듈을 염가로 제조할 수 있고, 또한 안정한 핸들링이 가능해진다.
도 2∼도 4에 나타낸 바와 같이, 평형 입출력 포트의 정합 소자인 밸런스 코일(BC)의 설치 위치는 도 1에 나타낸 스위치(SW)를 구성하는 각 소자의 위치(이 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치)가 겹치지 않도록 이 밸런스 코일(BC)을 배치하고 있다. 즉, 밸런스 코일(BC)의 적층 방향의 하부에는 커패시터(Cant, SCc, C5) 중 어느 하나의 도체 패턴의 형성 위치와도 겹치지 않고 있다. 또한, 초크 코일(L1), 인덕터(SLt), 선로(SL2), 다이오드(D1, D2) 및 저항(R) 중 어느 하나의 설치 위치와도 겹치지 않고 있다.
이러한 관계에 밸런스 코일(BC)을 배치함으로써 밸런스 코일(BC) 이외의 다른 소자가 이 밸런스 코일(BC)에 의한 정합 회로에 악영향을 줄 일 없고, 또한, 이 밸런스 코일(BC)에 의한 정합 회로가 밸런스 코일(BC) 이외의 다른 소자나 회로에 악영향을 줄 일도 없고, 2개의 주파수 대역에 대해서 평형 입출력 포트부의 조정을 취할 수 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에 있어서는 평형측의 배선과 불평형측의 배선이 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치가 서로 극력 겹치지 않도록 배치되어 있다. 또한, 할 수 없이 겹치는 부분에는 평형측의 배선과 불평형측의 배선 사이에 GND 층을 배치하고 있다. 이러한 구조이므로 평형측의 신호와 불평형측의 신호가 서로 간섭되지 않는다.
그 다음, 이 제 1 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈의 특성예를 도 5ㆍ도 6을 참조해서 설명한다.
도 5ㆍ도 6은 GSM850의 신호 경로가 선택되어 있을 때의 특성도이며, 도 5ㄴ는 도 1에 나타낸 평형-불평형형 필터 모듈의 특성도, 도 6은 도 1에 나타낸 밸런스 코일(BC)을 설치하지 않았을 경우의 특성도이다. 양 도에 있어서 (A)는 삽입 손실의 주파수 특성, (B)는 불평형 포트인 제 3 포트(P3)의 임피던스 차트(스미스 차트), (C)는 평형 입출력 포트인 포트(P10-P11)의 임피던스 차트이다.
이 도 5와 도 6을 대비하면 명확해지는 바와 같이, 밸런스 코일(BC)을 설치했을 경우, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, GSM850의 주파수 대역에서 삽입 손실은 거의 -3∼-4dB를 유지하고 있고, 또한 그 평탄도가 높다. 이에 대하여 밸런스 코일(BC)을 설치하지 않을 경우에는, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 통과 대역내에서의 삽입 손실의 변동(리플)이 크고, 전체에 삽입 손실이 크다.
또한, 도 7ㆍ도 8은 GSM900의 신호 경로가 선택되어 있을 때의 특성에 대해서 동일하게 나타내고 있다. 도 7은 밸런스 코일(BC)이 존재할 경우 도 8은 밸런스 코일(BC)이 존재하지 않을 경우의 특성이다.
GSM900에 대해서도, 도 7과 도 8을 대비하면 명확해지는 바와 같이, 밸런스 코일(BC)을 설치했을 경우, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, GSM900의 주파수 대역에서 삽입 손실은 거의 -3∼-4dB를 유지하고 있고, 또한 그 평탄도가 높다. 이에 대하여 밸런스 코일(BC)을 설치하지 않을 경우에는, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 통과 대역내에서의 삽입 손실의 변동(리플)이 크고, 전체에 삽입 손실이 크다.
또한, GSM850에 대해서 주파수를 도 5ㆍ도 6의 (A)에 나타낸 마커(m1)으로부터 마커(m2)까지 주파수를 변화시켰을 때의 스미스 차트상의 벡터 궤적은, 도 5ㆍ도 6의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이, 변화된다. (B)에 나타낸 불평형 입출력 포트의 임피던스도, (C)에 나타낸 평형 입출력 포트의 임피던스도, 밸런스 코일(BC)을 설치했을 경우에, 임피던스가 도 5의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이 스미스 차트의 중앙부근에 있는 것에 대해 밸런스 코일(BC)을 설치하지 않았을 경우에는, 도 6의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이, 스미스 차트의 중앙으로부터 벗어나 버린다.
또한, GSM900에 대해서도 마찬가지로 주파수를 도 7ㆍ도 8의 (A)에 나타낸 마커(m1)로부터 마컴(m2)까지 주파수를 변화시켰을 때의 스미스 차트상의 벡터 궤적은 도 7ㆍ도 8의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이 변화된다. (B)에 나타낸 불평형 입 출력 포트의 임피던스도, (C)에 나타낸 평형 입출력 포트의 임피던스도, 밸런스 코일(BC)을 설치했을 경우에, 임피던스가 도 7의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이, 스미스 차트의 중앙 부근에 있는 것에 대해 밸런스 코일(BC)을 설치하지 않았을 경우에는, 도 8의 (B)(C)에 나타낸 바와 같이 스미스 차트의 중앙에서 벗어나 버린다.
이상의 것으로부터 밸런스 코일(BC)에 의해 평형 입출력 포트의 임피던스 정합이 떨어지고 있는 것을 알게 된다.
즉, 밸런스 코일(BC)을 설치함으로써 평형 입출력 포트의 VSWR(전압정재파비:Vo1tage Standing Wave Ratio)을 2.5이하로 개선할 수 있다.
그 다음, 제 2 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈에 대해서 도 9∼도 12을 참조해서 설명한다.
도 9는 그 회로도이다. 제 1 실시형태로서 도 1에 나타낸 평형-불평형형 필터 모듈과 다른 것은 평형 입출력 포트(P10-P11)에 커패시터(C1, C4)를 신호 경로에 대하여 각각 직렬로 삽입하고 있다. 그 외는 도 1에 나타낸 구성과 동일하다. 이 커패시터(C1, C4)는 밸런스 코일(BC)과 함께 평형 입출력 포트(P10-P11)의 2개의 주파수대에 있어서의 임피던스 정합 회로로서 작용한다. 제 1 실시형태와 다르고, 직렬로 커패시터, 병렬로 인덕터를 구비하게 되므로 임피던스 정합을 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
도 10∼도 12는 이 제 2 실시형태에 의한 평형-불평형형 필터 모듈의 유전체층의 적층체에 의해 일체화할 경우의 각 유전체층의 도체 패턴을 나타내고 있다.
도 중의 각 부의 부호는 도 9에 나타낸 회로중의 각 부호에 대응하고 있다. 각 유전체층에 형성된 도체 패턴은 도 2∼도 4에 나타낸 예와는 다르지만, 기본적인 구성은 동일하다.
도 12의 (G)는 최상층의 유전체층과 함께 이들의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체의 상면에 각종 칩 부품을 탑재한 상태를 나타내고 있다. 도에 나타낸 바와 같이, 다이오드(D1, D2), 저항(R), 초크 코일(L1), 인덕터(SLt), 밸런스 코일(BC), 커패시터(C1, C4) 및 SAW 필터(SAW)를 각각 탑재하고 있다. 이 SAW 필터(SAW)의 단자 부분에 있어서 G는 접지 단자, P4∼P9는 도 1에 나타낸 제 4 포트(P4)로부터 제 9 포트(P9)까지의 포트에 각각 대응하고 있다.
또한, 유전체 적층체의 중앙부에는 SAW 필터(SAW)를 탑재하는 오목부를 형성하고 있어서, 그 오목부내에 SAW 필터(SAW)를, 단자면을 표면으로 해서 마운트한 후, SAW 필터(SAW)의 단자(P5, P6, P8, P9)와 커패시터(C1, C4) 사이를 와이어 ㅂ본딩에 의해 접속하고 있다. 물론, SAW 필터(SAW)의 각 단자가 접속되는 패턴을 오목부를 갖지 않는 적층체의 표면에 형성해 두고, SAW 필터를 그 단자면을 아래로 해서 실장해도 좋다.
이 제 2 실시형태에 있어서도 평형 입출력 포트의 정합 회로를 구성하는 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4)는 도 9에 나타낸 스위치(SW)를 구성하는 각 소자의 위치(이 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치)가 겹치지 않도록 배치하고 있다. 즉, 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4)의 적층 방향의 하부에는 커패시터(Cant, SCc, C5) 중 어느 하나의 도체 패턴의 형성 위치와도 겹치지 않고 있다. 또한, 초크 코일(L1), 인덕터(SLt), 선로(SL2), 다이오 드(D1, D2) 및 저항(R) 중 어느 하나의 설치 위치와도 겹치지 않고 있다.
이러한 관계에 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4)를 배치함으로써 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4) 이외의 다른 소자가 이 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4)에 의한 정합 회로에 악영향을 줄 일 없고, 또한 이 밸런스 코일(BC)과 커패시터(C1, C4)에 의한 정합 회로가 밸런스 코일(BC) 이외의 다른 소자나 회로에 악영향을 줄 일도 없고, 2개의 주파수 대역에 대해서 평형 입출력 포트부의 조정을 취할 수 있다.
또한, SAW 필터(탄성 표면파 필터) 대신의 두께 종진동 압전 필터(BAW 필터)를 이용해도 좋다.
그 다음, 제 3 실시형태에 의한 통신 장치의 구성을 도 13을 기초로 설명한다.
도 13은 쿼드 밴드 휴대 전화의 고주파 회로부의 구성을 나타내고 있다. 이 고주파 회로부는 트리플 밴드용의 칩 세트(103), 평형-불평형형 필터 모듈(100), 트리플 밴드용의 안테나 스위치 모듈(101) 및 안테나(102)로 구성되어 있다. 안테나 스위치 모듈(101)은 GSM900/DCS1800/PCS1900용의 안테나 스위치이며, 이 주파수대에서 안테나(102)를 공용한다. 그리고, GSM용의 포트에 평형-불평형형 필터 모듈(100)을 접속하고, 이 필터 모듈(100)로 GSM850과 GSM900을 스위치하도록 하고 있다. 트리플 밴드용 칩 세트(103)는 GSM900/DCS1800/PCS1900용의 칩 세트이며, 이 트리플 밴드에 대해서 RF(고주파) 프런트 엔드 회로로서 동작한다. 이 트리플 밴드용 칩 세트(103)에 도 외의 베이스밴드 칩을 접속하고, 더욱이 그 베이스밴드 칩에 입출력부를 설치함으로써 휴대 전화를 구성할 수 있다.
이 예에서는 GSM850과 GSM900에 대해서 평형형으로 입출력을 행하므로 평형-불평형형 필터 모듈(100)의 평형 입출력 포트를 2 단자로 나타내고 있다.
이와 같이, 트리플 밴드용의 칩 세트(103)에 제 1ㆍ제 2 실시형태에서 나타낸 평형-불평형형 필터 모듈(100)을 조합시킨 고주파 회로를 구성함으로써 쿼드 밴드 휴대 전화기를 용이하게 구성할 수 있다.

Claims (11)

  1. 제 1 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 1 포트와, 제 2 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 2 포트와, 제 1 주파수대의 불평형 신호 및 제 2 주파수대의 불평형 신호에 공통인 제 3 포트를 구비하고, 신호 경로를 제 3 포트-제 1 포트간 또는 제 3 포트-제 2 포트간으로 스위칭하는 스위치와, 제 1 포트에 접속되어 제 1 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 4 포트와, 제 1 주파수대의 평형 신호를 입출력하는 제 5ㆍ제 6 포트를 구비하고, 제 1 주파수대를 통과 대역으로 하는 제 1 평형-불평형형 필터;
    제 2 포트에 접속되어 제 2 주파수대의 불평형 신호를 입출력하는 제 7 포트와, 제 2 주파수대의 평형 신호를 입출력하는 제 8ㆍ제 9 포트를 구비하고, 제 2 주파수대를 통과 대역으로 하는 제 2 평형-불평형형 필터; 및
    제 5 포트와 제 8 포트에 공통 접속되는 제 1 분기 포트와, 제 6 포트와 제 9 포트에 공통 접속되는 제 2 분기 포트 사이에 설치되어 제 1 주파수대의 평형 신호 및 제 2 주파수대의 평형 신호의 양쪽에 대하여 임피던스 정합하는 정합 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터는 평형-불평형형의 탄성 표면파 필터 또는 두께 종진동 압전 필터인 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치, 상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터, 및 상기 정합 소자는 복수의 유전체층을 적층해서 이루어지는 적층체에 일체화된 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치는 커패시터, 인덕터 및 다이오드를 포함하고, 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때 상기 정합 소자는 상기 커패시터, 상기 인덕터 및 상기 다이오드와는 겹치지 않는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 평형-불평형형 필터와 상기 제 2 평형-불평형형 필터는 1개의 패키지에 수납됨과 아울러 상기 패키지를 상기 적층체의 최상층의 층평면의 중심점을 포함하도록 그 적층체의 최상층에 배치한 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체의 최하층의 이면측에는 제어 신호를 입력하기 위한 제어 신호 입력 단자, 제 1 분기 포트와 접속되는 제 1 입출력 포트 단자, 제 2 분기 포트와 접속되는 제 2 입출력 포트 단자, 및 제 3 포트와 접속되는 제 3 포트 단자를 형성하고 있고, 상기 각 단자간에 GND 단자를 배치한 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적층체는 접지 전극을 형성한 GND 층을 구비하고, 상기 GND 층에는 상기 각 단자와 도통하는 비아 홀을 형성함과 아울러, 상기 비아 홀끼리의 사이에 접지 전극을 형성한 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선은 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상의 위치가 서로 겹치지 않도록 상기 적층체내에 배치된 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  9. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1ㆍ제 2 평형-불평형형 필터의 평형측의 배선 및 불평형측의 배선이 상기 유전체층의 적층 방향으로부터 평면 투시되었을 때의 평면상에서 서로 겹치는 개소에서 상기 평형측의 배선과 상기 불평형측의 배선 사이에 GND 층을 배치한 것 을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수대에서 상기 제 5 포트로부터 상기 제 1 분기 포트까지의 전기장과, 상기 제 1 주파수대에서 상기 제 6 포트로부터 상기 제 2 분기 포트까지의 전기장은 거의 같고, 또한 상기 제 2 주파수대에서 상기 제 8 포트로부터 상기 제 1 분기 포트까지의 전기장과, 상기 제 2 주파수대에서 상기 제 9 포트로부터 상기 제 2 분기 포트까지의 전기장은 거의 같은 것을 특징으로 하는 평형-불평형형 필터 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 중 어느 한 항에 기재된 평형-불평형형 필터 모듈을 고주파 회로부에 구비한 통신 장치.
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