WO2018168603A1 - 高周波モジュール及び通信装置 - Google Patents

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WO2018168603A1
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亮史 本多
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a high frequency module and a communication device.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, various techniques for obtaining a given characteristic without complicating the configuration in a matching network circuit used for a high-frequency circuit have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a broadband harmonic trap 800 disclosed in Patent Document 1.
  • the broadband harmonic trap 800 includes a resonant tank 810 configured by a parallel LC circuit and a resonant tank 820 configured by a series LC circuit.
  • the input end of the resonance tank 810 and the input end of the resonance tank 820 are connected to the common input 801.
  • the output end of the resonant tank 810 is connected to a load 809 and grounded via a shunt capacitor 830.
  • the load 809 can include an antenna.
  • the output end of the resonant tank 820 is grounded.
  • the broadband harmonic trap 800 provides a given stopband attenuation and stopbandwidth (specifically, suppression of the second harmonic) of the broadband power amplifier.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the high-frequency circuit 900 disclosed in Patent Document 2.
  • the high-frequency circuit 900 includes a filter 930 having an attenuation pole, and inductors 911 and 912 connected to one end and the other end of the filter 930, respectively.
  • the inductors 911 and 912 are positive or negative depending on whether the frequency of the attenuation pole of the filter 930 when the inductors 911 and 912 are not provided is shifted from a given stop band to a low band or a high band. It arrange
  • the configuration of the high frequency circuit 900 is not complicated. Circuit characteristics can be improved.
  • Patent Documents 1 and 2 In a high-frequency module having a plurality of high-frequency circuits, the technology disclosed in Patent Documents 1 and 2 is independently applied to each high-frequency circuit, thereby reducing the size and improving the circuit characteristics of the entire high-frequency module. You can also plan.
  • the entire high-frequency module can be reduced in size and circuit characteristics can be improved in addition to applying the conventional technology independently to each high-frequency circuit.
  • an object of the present invention is to provide a high-frequency module that includes a plurality of high-frequency circuits, is small, and has excellent circuit characteristics.
  • a high-frequency module includes a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, a first matching circuit connected to the first amplifier circuit, A second matching circuit connected to the second amplifier circuit, wherein the first matching circuit and the second matching circuit are configured to generate harmonics of a signal transmitted through the first matching circuit. Adjacent to each other to attenuate.
  • the first matching circuit not only matches the first amplifier circuit but also the second matching circuit.
  • a given harmonic under the influence of the matching circuit (specifically, a harmonic of a signal transmitted through the first matching circuit, for example, a harmonic of a signal amplified by the first amplifier circuit) Can be attenuated.
  • the first matching circuit not only matches the first amplifier circuit, but also serves as a filter that attenuates a given harmonic based on the circuit characteristics compensated by the elements included in the second matching circuit.
  • the circuit characteristics may include, for example, an attenuation band and an attenuation amount.
  • the first matching circuit can be configured by using a smaller number of elements and a smaller number of elements than in the case where there is no influence of the second matching circuit.
  • the second matching circuit because the influence between the first matching circuit and the second matching circuit is reciprocal. That is, it is possible to suppress the harmonics of the signal transmitted through the second matching circuit by intentionally using the influence of the first matching circuit. In this way, by compensating the circuit characteristics of the second matching circuit, the second matching circuit can be obtained by using a smaller number of elements or a smaller number of elements than when there is no influence of the first matching circuit. Can be configured.
  • each matching circuit can suppress desired circuit characteristics (for example, a given harmonic). Therefore, a high-frequency module that is small overall and excellent in circuit characteristics can be obtained.
  • Whether or not the above-described technique is applied is determined by, for example, transmitting the first matching circuit in a state where the second matching circuit is attached out of a state where the second matching circuit is attached and a state where the second matching circuit is attached. This can be determined by the greater attenuation of the harmonics of the signal to be transmitted.
  • the first matching circuit includes a first element
  • the second matching circuit includes a second element
  • the first element and the second element have electric field coupling and magnetic field coupling. It may be bonded by at least one.
  • desired circuit characteristics can be obtained by combining the elements constituting the first matching circuit and the elements constituting the second matching circuit.
  • an effective element constant is increased by coupling each other while intentionally using a small inductor element or capacitor element whose element constant is insufficient by itself.
  • the desired circuit characteristics may be obtained.
  • a high-frequency module that is small overall and excellent in circuit characteristics can be obtained.
  • the first element is a first inductor element connected between an input terminal and an output terminal of the first matching circuit
  • the second element is a second matching circuit of the second matching circuit.
  • a second inductor element connected between the input end and the output end, and the first inductor element and the second inductor element may be magnetically coupled.
  • the first inductor element and the second inductor element constitute the main path of the signal of the first matching circuit and the main path of the signal of the second matching circuit, respectively. That is, the first inductor element and the second inductor element are signal paths in the first matching circuit and the second matching circuit, respectively, and are greatly affected by the insertion loss of the first matching circuit and the second matching circuit. Affect. Specifically, the insertion loss of the first matching circuit and the insertion loss of the second matching circuit increase as the inductance values of the first inductor element and the second inductor element increase.
  • the first inductor element and the second inductor element having a small inductance value are arranged adjacent to each other to increase the effective inductance value by magnetic field coupling.
  • the shift in matching caused by using an inductor element having a small inductance value for the first inductor element and the second inductor element is caused by the element constants of the other elements constituting the first matching circuit and the second matching circuit. Compensated accordingly.
  • the first matching circuit further includes a first capacitor element connected in parallel with the first inductor element, and the second matching circuit is connected in parallel with the second inductor element.
  • the second capacitor element may be further included.
  • the above-described effects can be obtained in the first matching circuit and the second matching circuit, each configured as an LC parallel resonant circuit (so-called resonant tank).
  • the first matching circuit may be provided on the output side of the first amplifier circuit.
  • first amplifier circuit and the second amplifier circuit may amplify individual signals included in different frequency bands.
  • a high-frequency module that is small in size and excellent in circuit characteristics as a whole can be obtained by intentionally using the influence of a matching circuit that processes other frequency bands.
  • a communication device includes the high-frequency module and an RF signal processing circuit connected to the high-frequency module.
  • a communication device having a small size and excellent circuit characteristics can be obtained based on the effect of the high-frequency module described above.
  • a high-frequency module and the communication device According to the high-frequency module and the communication device according to the present invention, a high-frequency module and a communication device having a plurality of high-frequency circuits and having a small size and excellent circuit characteristics are obtained.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a PA (Power Amplifier) module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph conceptually showing an example of insertion loss of the matching circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a communication apparatus having a PA module according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional broadband harmonic trap.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a conventional high-frequency circuit.
  • Embodiment 1 The high-frequency module according to Embodiment 1 will be described using an example of a PA module including a plurality of high-frequency circuits each including an amplifier circuit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the PA module 11 according to the first embodiment.
  • the PA module 11 is an example of a high-frequency module, and may be realized as a one-chip component, for example.
  • the PA module 11 includes high-frequency circuits 100 and 200.
  • the high frequency circuit 100 includes an amplifier circuit 110 and a matching circuit 120, and the matching circuit 120 is connected to the output terminal of the amplifier circuit 110.
  • the high-frequency circuit 200 includes an amplifier circuit 210 and a matching circuit 220, and the matching circuit 220 is connected to the output terminal of the amplifier circuit 210.
  • the PA module 11 may be, for example, a multiband PA module in which the high frequency circuits 100 and 200 correspond to different frequency bands.
  • the amplification circuits 110 and 210 amplify individual signals included in different frequency bands.
  • the amplification circuits 110 and 210 include amplification elements 111 and 211, respectively.
  • Each of the amplifying elements 111 and 211 is composed of one or a plurality of transistor elements.
  • Matching circuits 120 and 220 are circuits that match impedances at the output ends of the amplifying elements 111 and 211 and attenuate undesired signal components, respectively.
  • the undesired signal components attenuated by the matching circuits 120 and 220 are harmonics of signals transmitted through the matching circuits 120 and 220, respectively, for example, harmonics of signals amplified by the amplification elements 111 and 211, respectively.
  • FIG. 1 shows a circuit equivalent to the broadband harmonic trap 800 of FIG. 4 as an example.
  • the matching circuit 120 is a circuit for matching the amplifier circuit 110.
  • Matching circuit 120 includes resonant tanks 121 and 122 and a capacitor 123.
  • the resonant tank 121 is configured by a parallel LC circuit formed by connecting an inductor 124 and a capacitor 125 in parallel.
  • the resonant tank 122 is configured by a series LC circuit in which an inductor 126 and a capacitor 127 are connected in series.
  • the matching circuit 220 is a circuit for matching the amplifier circuit 210.
  • Matching circuit 220 includes resonant tanks 221 and 222 and a capacitor 223.
  • the resonant tank 221 is configured by a parallel LC circuit formed by connecting an inductor 224 and a capacitor 225 in parallel.
  • the resonant tank 222 is configured by a series LC circuit formed by connecting an inductor 226 and a capacitor 227 in series.
  • the matching circuits 120 and 220 are arranged adjacent to each other in the PA module 11.
  • that the matching circuits 120 and 220 are adjacent to each other means that they are electromagnetically adjacent to each other, that is, the matching circuits 120 and 220 are in positions where they can be electromagnetically coupled to each other. Specifically, it indicates that no structure that affects electromagnetic coupling exists between the arrangement region of the matching circuit 120 and the arrangement region of the matching circuit 220.
  • the matching circuits 120 and 220 influence each other when elements included in each of the matching circuits 120 and 220 are coupled by electric field coupling and / or magnetic field coupling.
  • the matching circuit 120 not only matches the amplifier circuit 110 but also a harmonic of a signal transmitted through the matching circuit 120 under the influence of the matching circuit 220, for example, a harmonic of a signal amplified by the amplifier circuit 110. It functions as a filter that suppresses waves. In other words, the matching circuit 120 attenuates the harmonics based on the circuit characteristics compensated by the elements included in the matching circuit 220.
  • the matching circuit 220 functions as a filter that suppresses harmonics of a signal transmitted through the matching circuit 220 under the influence of the matching circuit 120, for example, a signal amplified by the amplifier circuit 210. . That is, the matching circuit 220 attenuates the harmonics based on the circuit characteristics compensated by the elements included in the matching circuit 120.
  • the inductors 124 and 224 respectively constitute main paths of signals of the matching circuits 120 and 220. That is, the inductors 124 and 224 are signal paths in the matching circuits 120 and 220, respectively, and greatly affect the insertion loss of the matching circuits 120 and 220. Specifically, the insertion loss of the matching circuits 120 and 220 increases as the inductance values of the inductors 124 and 224 increase.
  • the inductors 124 and 224 having small inductance values are arranged adjacent to each other to increase the effective inductance value by magnetic field coupling. Thereby, a desired attenuation characteristic can be obtained while suppressing the insertion loss of the matching circuits 120 and 220 to be small.
  • the mismatch of the matching caused by using the inductor elements having a small inductance value for the inductors 124 and 224 the element constants of the capacitors 123, 125, 127, 223, 225, and 227 and the inductors 126 and 226 constituting the matching circuits 120 and 220 are described. Will be compensated according to
  • FIG. 2 is a graph conceptually showing an example of the frequency characteristic of the insertion loss of the matching circuit 120.
  • the horizontal axis represents the frequency of the signal
  • the vertical axis represents the insertion loss.
  • fo is a center frequency of the signal amplified by the amplifier circuit 110
  • 2fo is a frequency of a harmonic (a second example as a representative example) of the signal.
  • the frequency characteristic indicated by the thin line corresponds to the frequency characteristic when the matching circuit 220 is deleted from the PA module 11 or the arrangement of the matching circuit 220 is changed.
  • the matching circuit 120 has a pass band including the center frequency fo of the signal amplified by the amplifier circuit 110, and has an attenuation pole at the resonance frequency of the resonance tank 121.
  • the inductance value of the inductor 124 is effectively increased as compared with the case where there is no coupling with the inductor 224.
  • the resonance frequency of the resonance tank 121 is twice the center frequency fo by coupling with the inductor 224 while intentionally using a small inductor element whose inductance value alone is insufficient for the inductor 124. it can.
  • the attenuation amount att1 in the harmonic 2fo of the matching circuit 120 is larger than the attenuation amount att2 in the harmonic 2fo of the matching circuit 120 when the matching circuit 220 is deleted from the PA module 11 or the arrangement of the matching circuit 220 is changed. . That is, the attenuation characteristic of the matching circuit 120 with respect to the harmonic 2fo can be improved by the contribution of the matching circuit 220.
  • the resonant frequency of the resonant tank 221 can be set to a given frequency by coupling with the inductor 124 while intentionally using a small inductor element that lacks a single inductance value as the inductor 224. .
  • an inductor element having a small inductance value can be generally configured with a low impedance, it is easy to suppress signal loss in the matching circuits 120 and 220 by using such an inductor element. Furthermore, increasing the effective inductance value of the inductors 124 and 224 by coupling the inductors 124 and 224 is useful for increasing the Q value of the resonance tanks 121 and 221.
  • the resonance tank 121 included in the matching circuit 120 is a harmonic of a signal transmitted through the matching circuit 120 as a band rejection filter whose attenuation characteristics are compensated by the inductor 224 included in the matching circuit 220, for example, The harmonics of the signal amplified by the amplifier circuit 110 are attenuated.
  • the resonance tank 221 included in the matching circuit 220 is a harmonic that is transmitted through the matching circuit 220 as a band rejection filter whose attenuation characteristics are compensated by the inductor 124 included in the matching circuit 120.
  • the harmonics of the signal amplified at 210 may be attenuated.
  • the matching circuit 120 that suppresses the harmonics transmitted through the first matching circuit 120 and the matching circuit 220 that suppresses the harmonics transmitted through the second matching circuit 220 without increasing the number of elements and the element constants. Can be configured.
  • elements that are intentionally coupled are not limited to the inductors 124 and 224.
  • the inductors 126 and 226 may be magnetically coupled, and the capacitors 123 and 223 may be electric-field coupled.
  • the PA module 11 having a small size and excellent circuit characteristics as a whole can be obtained.
  • the amount of attenuation of harmonics of a signal transmitted through the matching circuit 120 with the matching circuit 220 out of the state with and without the matching circuit 220 attached depends on, for example, the amount of attenuation of harmonics of a signal transmitted through the matching circuit 120 with the matching circuit 220 out of the state with and without the matching circuit 220 attached. Can be judged by becoming larger. That is, comparing the state where the matching circuit 220 is added and the state where the matching circuit 220 is removed, the state where the matching circuit 220 is attached is higher than the harmonic of the signal transmitted through the matching circuit 120 than when the matching circuit 220 is removed. If the amount of attenuation is large, it can be said that the matching circuit 120 and the matching circuit 220 are arranged adjacent to each other so as to attenuate the harmonics of the signal transmitted through the first matching circuit.
  • the above-described configuration may be applied to a matching circuit connected to the input side of the amplifier circuit.
  • the amplifier circuit may be a power amplifier circuit that amplifies the transmission signal, or may be a low noise amplifier circuit that amplifies the reception signal.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the communication device 1 according to the second embodiment.
  • the communication device 1 includes a front end circuit 10, an RF signal processing circuit 20, and a baseband signal processing circuit 30.
  • the front-end circuit 10 includes a PA module 11, an LNA (Low Noise Amplifier) module 12, diplexers 13 and 14, and a duplexer 15.
  • the PA module 11 the PA module 11 described in the first embodiment is used.
  • the front end circuit 10 may be entirely constituted by a single high-frequency module.
  • the PA module 11 amplifies the transmission RF signals Tx1 and Tx2 for each frequency band received from the RF signal processing circuit 20.
  • the diplexer 13 combines the amplified transmission RF signals Tx1 and Tx2 and supplies them to the duplexer 15.
  • the duplexer 15 mixes the transmission RF signal received from the diplexer 13 with the antenna signal ANT, separates the received RF signal from the antenna signal ANT, and supplies it to the diplexer 14.
  • the antenna signal ANT is transmitted and received at the antenna 2.
  • the antenna 2 may be included in the communication device 1.
  • the diplexer 14 separates the reception RF signals Rx1 and Rx2 for each frequency band from the reception RF signal separated by the duplexer 15.
  • the LNA module 12 amplifies the received RF signals Rx1 and Rx2 for each separated frequency band and supplies them to the RF signal processing circuit 20.
  • the RF signal processing circuit 20 converts the transmission signal received from the baseband signal processing circuit 30 into a transmission RF signal and supplies it to the front end circuit 10.
  • the conversion may include signal modulation and up-conversion.
  • the RF signal processing circuit 20 converts the received RF signal received from the front end circuit 10 into a received signal and supplies the received signal to the baseband signal processing circuit 30.
  • the conversion may include signal demodulation and down-conversion.
  • the RF signal processing circuit 20 may be composed of a high frequency integrated circuit (RFIC) chip.
  • the baseband signal processing circuit 30 converts transmission data generated by an application device / application software that performs voice calls, image display, and the like into a transmission signal and supplies the transmission signal to the RF signal processing circuit 20.
  • the conversion may include data compression, multiplexing, and error correction code addition.
  • the received signal received from the RF signal processing circuit 20 is converted into received data and supplied to the application device / application software. Such conversion may include data decompression, demultiplexing, and error correction.
  • the baseband signal processing circuit 30 may be configured with a baseband integrated circuit (BBIC) chip.
  • BBIC baseband integrated circuit
  • a small communication device having excellent circuit characteristics can be obtained by using the small PA module 11 having excellent circuit characteristics.
  • the present invention can be widely used for various communication devices as a high-frequency module.

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Abstract

第１の増幅回路（１１０）と、第２の増幅回路（２１０）と、第１の増幅回路（１１０）に接続された第１の整合回路（１２０）と、第２の増幅回路（２１０）に接続された第２の整合回路（２２０）と、を備え、第１の整合回路（１２０）と第２の整合回路（２２０）とは、第１の整合回路（１２０）を伝達する信号の高調波を減衰させるように、隣接して配置されている。第１の整合回路（１２０）は、第１の増幅回路（１１０）の出力側に設けられていてもよい。

Description

高周波モジュール及び通信装置
　本発明は高周波モジュール及び通信装置に関する。
　従来、高周波回路に用いられる整合ネットワーク回路において、構成を複雑化させずに所与の特性を得るための種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
　図４は、特許文献１に開示される広帯域高調波トラップ８００の回路図である。
　広帯域高調波トラップ８００は、並列ＬＣ回路で構成された共振タンク８１０と、直列ＬＣ回路で構成された共振タンク８２０とを備える。共振タンク８１０の入力端および共振タンク８２０の入力端は共通入力８０１に接続されている。共振タンク８１０の出力端は、負荷８０９に接続されるとともに、分路コンデンサ８３０を介して接地されている。負荷８０９は、アンテナを含むことができる。共振タンク８２０の出力端は接地されている。
　広帯域高調波トラップ８００によれば、広帯域電力増幅器の所与の阻止帯域減衰および阻止帯域幅（具体的には、第２高調波の抑制）が得られる。
　図５は、特許文献２に開示される高周波回路９００の回路図である。
　高周波回路９００は、減衰極を有するフィルタ９３０と、フィルタ９３０の一端および他端にそれぞれ接続されたインダクタ９１１、９１２とを備える。インダクタ９１１、９１２は、インダクタ９１１、９１２が設けられていないときのフィルタ９３０の減衰極の周波数が、所与の阻止帯域から低域および高域のどちらにずれているかに応じて、正または負の相互インダクタンスを有するように配置される。このように配置されたインダクタ９１１、９１２間の相互インダクタンスによって、フィルタ９３０の減衰極は、阻止帯域からのずれが縮小する方向に移動する。
　高周波回路９００によれば、インダクタ９１１、９１２間の相互インダクタンスを利用して、フィルタ９３０の減衰極の周波数の阻止帯域からのずれを抑制するので、高周波回路９００の構成を複雑化させずに、回路特性を改善することができる。
　複数の高周波回路を有する高周波モジュールにあっては、特許文献１、２に開示される技術を個々の高周波回路に独立して適用することにより、高周波モジュール全体での小型化および回路特性の向上を図ることもできる。
特表２０１７－５０１６５８号公報 特開２００６－１０１１０３号公報
　しかしながら、複数の高周波回路を備える高周波モジュールにあっては、従来の技術を個々の高周波回路に独立して適用する以外にも、高周波モジュール全体での小型化および回路特性の向上が可能である。
　そこで、本発明は、複数の高周波回路を備え、小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュール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高周波モジュールは、第１の増幅回路と、第２の増幅回路と、前記第１の増幅回路に接続された第１の整合回路と、前記第２の増幅回路に接続された第２の整合回路と、を備え、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とは、前記第１の整合回路を伝達する信号の高調波を減衰させるように、隣接して配置されている。
　この構成によれば、第１の整合回路と第２の整合回路とを隣接して配置することで、第１の整合回路は、第１の増幅回路の整合をとるだけでなく、第２の整合回路の影響下で、所与の高調波（具体的には、第１の整合回路を伝達する信号の高調波であって、例えば、第１の増幅回路で増幅される信号の高調波）を減衰させることが可能となる。つまり、第１の整合回路は、第１の増幅回路の整合をとるだけでなく、第２の整合回路に含まれる素子によって補償された回路特性に基づいて所与の高調波を減衰させるフィルタとしても機能している。ここで、回路特性には、例えば、減衰帯域および減衰量が含まれてもよい。
　第２の整合回路の影響を意図的に利用して第１の整合回路の回路特性を補償することにより、第１の整合回路を伝達する信号の高調波を減衰させるためのフィルタを用意する必要がなくなるため、第２の整合回路の影響がない場合と比べて、少ない数の素子や小さい定数の素子を用いて第１の整合回路を構成できる。
　第１の整合回路と第２の整合回路との間の影響は相互的であることから、第２の整合回路についても同様のことが言える。すなわち、第１の整合回路の影響を意図的に利用して第２の整合回路を伝送する信号の高調波についても抑制できる。このように、第２の整合回路の回路特性を補償することにより、第１の整合回路の影響がない場合と比べて少ない数の素子の数や小さい定数の素子を用いて第２の整合回路を構成できる。
　これにより、第１の整合回路および第２の整合回路を構成する素子の数や素子定数を削減しながら、それぞれの整合回路で、所望の回路特性（例えば、所与の高調波を抑制するための回路特性）が得られるので、全体として小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュールが得られる。
　なお、上述の技術が適用されているか否かは、例えば、第２の整合回路を付けた状態と外した状態のうち、第２の整合回路を付けた状態で、第１の整合回路を伝達する信号の高調波の減衰量がより大きくなることをもって判断できる。
　また、前記第１の整合回路は第１の素子を含み、前記第２の整合回路は第２の素子を含み、前記第１の素子と前記第２の素子とが、電界結合および磁界結合の少なくとも一方により結合していてもよい。
　この構成によれば、第１の整合回路を構成する素子と第２の整合回路を構成する素子とを結合させることにより、所望の回路特性を得ることができる。例えば、第１の整合回路および第２の整合回路において、単独では素子定数が不足する小型のインダクタ素子やキャパシタ素子を意図的に用いながら、互いの素子の結合により実効的な素子定数を増やすことによって、所望の回路特性を得てもよい。これにより、全体として小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュールが得られる。
　また、前記第１の素子は、前記第１の整合回路の入力端と出力端との間に接続された第１のインダクタ素子であり、前記第２の素子は、前記第２の整合回路の入力端と出力端との間に接続された第２のインダクタ素子であり、前記第１のインダクタ素子と前記第２のインダクタ素子とが磁界結合していてもよい。
　この構成によれば、第１のインダクタ素子および第２のインダクタ素子は、第１の整合回路の信号の主経路および第２の整合回路の信号の主経路をそれぞれ構成している。つまり、第１のインダクタ素子および第２のインダクタ素子はそれぞれ、第１の整合回路および第２の整合回路における信号の通り道であり、第１の整合回路および第２の整合回路の挿入損失に大きく影響する。具体的には、第１のインダクタ素子および第２のインダクタ素子のインダクタンス値が大きいほど第１の整合回路の挿入損失および第２の整合回路の挿入損失がそれぞれ大きくなる。
　挿入損失を低減するためには、第１のインダクタ素子および第２のインダクタ素子にインダクタンス値の小さいインダクタ素子を用いることが有効である。反面、第１のインダクタ素子および第２のインダクタ素子のインダクタンス値を小さくすると、第１の整合回路および第２の整合回路の減衰帯域が高周波側へシフトするため、所望の回路特性（例えば、所与の高調波に対する減衰特性）が得られなくなる懸念がある。
　そこで、上述の構成を利用して、インダクタンス値の小さい第１のインダクタ素子と第２のインダクタ素子とを隣接して配置することで磁界結合させ実効的なインダクタンス値を増やす。これにより、第１の整合回路の挿入損失および第２の整合回路の挿入損失を小さく抑えながら、所与の高調波に対する減衰特性を得ることができる。第１のインダクタ素子と第２のインダクタ素子とにインダクタンス値の小さいインダクタ素子を用いることによって生じる整合のずれは、第１の整合回路および第２の整合回路を構成する他の素子の素子定数に応じて補償される。
　また、前記第１の整合回路は、前記第１のインダクタ素子と並列に接続された第１のキャパシタ素子をさらに有し、前記第２の整合回路は、前記第２のインダクタ素子と並列に接続された第２のキャパシタ素子をさらに有してもよい。
　この構成によれば、それぞれＬＣ並列共振回路（いわゆる共振タンク）として構成される第１の整合回路と第２の整合回路とにおいて、上述の効果を得ることができる。
　また、前記第１の整合回路は、前記第１の増幅回路の出力側に設けられてもよい。
　この構成によれば、第１の増幅回路が電力増幅回路である場合に、電力増幅回路の非線形性に起因して発生する高調波を効果的に減衰させることができる。
　また、前記第１の増幅回路と前記第２の増幅回路とは、互いに異なる周波数帯に含まれる個別の信号を増幅してもよい。
　この構成によれば、マルチバンドの高周波モジュールにおいて、他の周波数帯を処理する整合回路の影響を意図的に利用することによって、全体として小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュールが得られる。
　本発明の一態様に係る通信装置は、前記高周波モジュールと、前記高周波モジュールに接続されたＲＦ信号処理回路と、を備える。
　この構成によれば、前述した高周波モジュールの効果に基づいて、小型でかつ回路特性に優れた通信装置が得られる。
　本発明に係る高周波モジュールおよび通信装置によれば、複数の高周波回路を備え、小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュールおよび通信装置が得られる。
図１は、実施の形態１に係るＰＡ（Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）モジュールの構成の一例を示す回路図である。 図２は、実施の形態１に係る整合回路の挿入損失の一例を概念的に示すグラフである。 図３は、実施の形態２に係るＰＡモジュールを有する通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図４は、従来の広帯域高調波トラップの一例を示す回路図である。 図５は、従来の高周波回路の一例を示す回路図である。
　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、いずれも包括的又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、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、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、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る高周波モジュールについて、各々が増幅回路を含む複数の高周波回路を備えたＰＡモジュールの例を用いて説明する。
　図１は、実施の形態１に係るＰＡモジュール１１の構成の一例を示す回路図である。ＰＡモジュール１１は、高周波モジュールの一例であり、例えば、ワンチップの部品として実現されてもよい。
　図１に示されるように、ＰＡモジュール１１は、高周波回路１００、２００を備える。高周波回路１００は、増幅回路１１０および整合回路１２０を含み、整合回路１２０は、増幅回路１１０の出力端に接続されている。高周波回路２００は、増幅回路２１０および整合回路２２０を含み、整合回路２２０は、増幅回路２１０の出力端に接続されている。
　ＰＡモジュール１１は、例えば、高周波回路１００、２００が、互いに異なる周波数帯に対応するマルチバンドのＰＡモジュールであってもよい。マルチバンドのＰＡモジュール１１にあっては、増幅回路１１０、２１０は、互いに異なる周波数帯に含まれる個別の信号を増幅する。
　増幅回路１１０、２１０は、それぞれ増幅素子１１１、２１１を含む。増幅素子１１１、２１１の各々は、１または複数のトランジスタ素子で構成される。
　整合回路１２０、２２０は、それぞれ増幅素子１１１、２１１の出力端におけるインピーダンスを整合させ、かつ非所望の信号成分を減衰させる回路である。整合回路１２０、２２０が減衰させる非所望の信号成分は、整合回路１２０、２２０をそれぞれ伝達する信号の高調波であって、例えば、増幅素子１１１、２１１でそれぞれ増幅される信号の高調波である。整合回路１２０、２２０の具体的な構成は特には限定されないが、図１では、一例として、図４の広帯域高調波トラップ８００と同等の回路を示している。
　整合回路１２０は、増幅回路１１０の整合をとる回路である。整合回路１２０は、共振タンク１２１、１２２、およびキャパシタ１２３を含む。共振タンク１２１は、インダクタ１２４とキャパシタ１２５とを並列に接続してなる並列ＬＣ回路で構成される。共振タンク１２２は、インダクタ１２６とキャパシタ１２７とを直列に接続してなる直列ＬＣ回路で構成される。
　整合回路２２０は、増幅回路２１０の整合をとる回路である。整合回路２２０は、共振タンク２２１、２２２、およびキャパシタ２２３を含む。共振タンク２２１は、インダクタ２２４とキャパシタ２２５とを並列に接続してなる並列ＬＣ回路で構成される。共振タンク２２２は、インダクタ２２６とキャパシタ２２７とを直列に接続してなる直列ＬＣ回路で構成される。
　整合回路１２０、２２０は、ＰＡモジュール１１において互いに隣接して配置される。ここで、整合回路１２０、２２０が互いに隣接するとは、電磁気的に隣接していること、つまり整合回路１２０、２２０が互いに電磁界結合可能な位置にあることを言う。具体的には、電磁界結合に影響を及ぼす構造物が、整合回路１２０の配置領域と整合回路２２０の配置領域との間に存在しないことを指す。
　整合回路１２０、２２０を互いに隣接して配置することで、整合回路１２０、２２０は、それぞれに含まれる素子同士が電界結合または磁界結合、もしくはその両方で結合することによって、互いに影響し合う。
　整合回路１２０は、増幅回路１１０の整合をとるだけでなく、整合回路２２０の影響下で、整合回路１２０を伝達する信号の高調波であって、例えば、増幅回路１１０で増幅される信号の高調波を抑制するフィルタとして機能する。つまり、整合回路１２０は、整合回路２２０に含まれる素子によって補償された回路特性に基づいて当該高調波を減衰させる。
　同様に、整合回路２２０は、整合回路１２０の影響下で、整合回路２２０を伝達する信号の高調波であって、例えば、増幅回路２１０で増幅される信号の高調波を抑制するフィルタとして機能する。つまり、整合回路２２０は、整合回路１２０に含まれる素子によって補償された回路特性に基づいて当該高調波を減衰させる。
　ＰＡモジュール１１では特に、インダクタ１２４、２２４は、整合回路１２０、２２０の信号の主経路をそれぞれ構成している。つまり、インダクタ１２４、２２４はそれぞれ、整合回路１２０、２２０における信号の通り道であり、整合回路１２０、２２０の挿入損失に大きく影響する。具体的には、インダクタ１２４、２２４のインダクタンス値が大きいほど整合回路１２０、２２０の挿入損失がそれぞれ大きくなる。
　挿入損失を低減するためには、インダクタ１２４、２２４にインダクタンス値の小さいインダクタを用いることが有効である。反面、インダクタ１２４、２２４のインダクタンス値を小さくすると、整合回路１２０、２２０の減衰帯域が高周波側へシフトする。そのため、所望の減衰特性、つまり、増幅回路１１０、２１０で増幅される信号の高調波に対する減衰特性が得られなくなる懸念がある。
　そこで、ＰＡモジュール１１では、インダクタンス値の小さいインダクタ１２４、２２４を隣接して配置することで磁界結合させ実効的なインダクタンス値を増やしている。これにより、整合回路１２０、２２０の挿入損失を小さく抑えながら、所望の減衰特性を得ることができる。インダクタ１２４、２２４にインダクタンス値の小さいインダクタ素子を用いることによって生じる整合のずれについては、整合回路１２０、２２０を構成するキャパシタ１２３、１２５、１２７、２２３、２２５、２２７、インダクタ１２６、２２６の素子定数に応じて補償される。
　一例として、整合回路１２０のインダクタ１２４と、整合回路２２０のインダクタ２２４とを、正の相互インダクタンスＭで磁界結合するように配置する場合について説明する。
　図２は、整合回路１２０の挿入損失の周波数特性の一例を概念的に示すグラフである。図２において、横軸は信号の周波数を表し、縦軸は挿入損失を表している。また、ｆｏは増幅回路１１０で増幅される信号の中心周波数であり、２ｆｏは、当該信号の高調波（代表的な一例として２倍波）の周波数である。
　図２における太線および細線は、インダクタ１２４、２２４が互いに結合する場合および結合しない場合の挿入損失の周波数特性を、それぞれ示している。細線で示される周波数特性は、ＰＡモジュール１１から整合回路２２０を削除するか、整合回路２２０の配置を変更した場合の周波数特性に対応する。
　図２に見られるように、整合回路１２０は、増幅回路１１０で増幅される信号の中心周波数ｆｏを含む通過帯域を有すると共に、共振タンク１２１の共振周波数に減衰極を有する。
　ここで、インダクタ１２４、２２４が正の相互インダクタンスＭで結合することにより、インダクタ１２４のインダクタンス値は、インダクタ２２４との結合がない場合と比べて、実効的に大きくなる。
　そのため、インダクタ１２４に、単体でのインダクタンス値が不足する小型のインダクタ素子を意図的に用いながら、インダクタ２２４と結合によって、共振タンク１２１の共振周波数を、中心周波数ｆｏの２倍に設定することができる。
　これにより、整合回路１２０の高調波２ｆｏにおける減衰量ａｔｔ１は、ＰＡモジュール１１から整合回路２２０を削除するか整合回路２２０の配置を変更した場合の整合回路１２０の高調波２ｆｏにおける減衰量ａｔｔ２より大きい。つまり、整合回路１２０の高調波２ｆｏに対する減衰特性を、整合回路２２０の寄与によって改善することができる。
　同様の説明は、整合回路２２０についても成り立つ。すなわち、インダクタ２２４に、単体でのインダクタンス値が不足する小型のインダクタ素子を意図的に用いながら、インダクタ１２４との結合によって、共振タンク２２１の共振周波数を、所与の周波数に設定することができる。
　これにより、全体として小型でかつ回路特性に優れたＰＡモジュールが得られる。
　また、単体でのインダクタンス値が小さいインダクタ素子は、一般に、低インピーダンスで構成できるので、そのようなインダクタ素子を用いることで整合回路１２０、２２０における信号の損失を抑制し易くなる。さらにまた、インダクタ１２４、２２４の実効的なインダクタンス値を、インダクタ１２４、２２４同士の結合によって大きくすることは、共振タンク１２１、２２１のＱ値を高めるためにも役立つ。
　以上説明したように、ＰＡモジュール１１によれば、整合回路１２０、２２０を隣接して配置することにより、相互の影響を意図的に利用して所望の回路特性を得ている。具体的に、整合回路１２０に含まれる共振タンク１２１は、整合回路２２０に含まれるインダクタ２２４によって減衰特性が補償された帯域阻止フィルタとして、整合回路１２０を伝達する信号の高調波であって、例えば、増幅回路１１０で増幅される信号の高調波を減衰させる。同様に、整合回路２２０に含まれる共振タンク２２１は、整合回路１２０に含まれるインダクタ１２４によって減衰特性が補償された帯域阻止フィルタとして、整合回路２２０を伝達する高調波であって、例えば、増幅回路２１０で増幅される信号の高調波を減衰させてもよい。これにより、素子の数や素子定数を増やすことなく、第１の整合回路１２０を伝達する高調波を抑制する整合回路１２０、および第２の整合回路２２０を伝達する高調波を抑制する整合回路２２０が構成できる。
　なお、整合回路１２０、２２０において、意図的に結合させる素子は、インダクタ１２４、２２４には限られない。例えば、インダクタ１２６、２２６同士を磁界結合させてもよく、キャパシタ１２３、２２３同士を電界結合させてもよい。これにより、インダクタ１２６、２２６、キャパシタ１２３、２２３の各々の実効的なインダクタンス値およびキャパシタンス値が大きくなるので、全体として小型でかつ回路特性に優れたＰＡモジュール１１が得られる。
　上述の技術が適用されているか否かは、例えば、整合回路２２０を付けた状態と外した状態のうち、整合回路２２０を付けた状態で、整合回路１２０を伝達する信号の高調波の減衰量がより大きくなることをもって判断できる。つまり、整合回路２２０を付けた状態と外した状態とを比較して、整合回路２２０を付けた状態の方が、整合回路２２０を外した状態よりも、整合回路１２０を伝達する信号の高調波の減衰量が大きくなっていれば、整合回路１２０と整合回路２２０とが、第１の整合回路を伝達する信号の高調波を減衰させるように、隣接して配置されていると言える。
　また、上述の構成は、増幅回路の入力側に接続された整合回路に適用してもよい。増幅回路は、送信信号を増幅するパワーアンプ回路であってもよく、受信信号を増幅するローノイズアンプ回路であってもよい。
　（実施の形態２）
　実施の形態２では、実施の形態１に係るＰＡモジュールを含むフロントエンド回路を備えた通信装置について説明する。
　図３は、実施の形態２に係る通信装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図３に示されるように、通信装置１は、フロントエンド回路１０、ＲＦ信号処理回路２０、およびベースバンド信号処理回路３０を備える。
　フロントエンド回路１０は、ＰＡモジュール１１、ＬＮＡ（Ｌｏｗ　Ｎｏｉｓｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）モジュール１２、ダイプレクサ１３、１４、およびデュプレクサ１５を有する。ＰＡモジュール１１には、実施の形態１で説明したＰＡモジュール１１が用いられる。フロントエンド回路１０は、全体が単一の高周波モジュールによって構成されてもよい。
　フロントエンド回路１０において、ＰＡモジュール１１は、ＲＦ信号処理回路２０から受信した周波数帯ごとの送信ＲＦ信号Ｔｘ１、Ｔｘ２を増幅する。ダイプレクサ１３は、増幅された送信ＲＦ信号Ｔｘ１、Ｔｘ２を合成して、デュプレクサ１５へ供給する。
　デュプレクサ１５は、ダイプレクサ１３から受信した送信ＲＦ信号をアンテナ信号ＡＮＴに混合するとともに、アンテナ信号ＡＮＴから受信ＲＦ信号を分離して、ダイプレクサ１４へ供給する。アンテナ信号ＡＮＴは、アンテナ２において送信および受信される。アンテナ２は、通信装置１に含まれてもよい。
　ダイプレクサ１４は、デュプレクサ１５で分離された受信ＲＦ信号から、周波数帯ごとの受信ＲＦ信号Ｒｘ１、Ｒｘ２を分離する。ＬＮＡモジュール１２は、分離された周波数帯ごとの受信ＲＦ信号Ｒｘ１、Ｒｘ２を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０へ供給する。
　ＲＦ信号処理回路２０は、ベースバンド信号処理回路３０から受信した送信信号を送信ＲＦ信号に変換し、フロントエンド回路１０へ供給する。当該変換は、信号の変調及びアップコンバートを含んでもよい。また、ＲＦ信号処理回路２０は、フロントエンド回路１０から受信した受信ＲＦ信号を受信信号に変換し、ベースバンド信号処理回路３０へ供給する。当該変換は、信号の復調及びダウンコンバートを含んでもよい。ＲＦ信号処理回路２０は、高周波集積回路（ＲＦＩＣ）チップで構成されてもよい。
　ベースバンド信号処理回路３０は、音声通話や画像表示などを行う応用装置／応用ソフトウェアで生成された送信データを送信信号に変換し、ＲＦ信号処理回路２０へ供給する。当該変換は、データの圧縮、多重化、誤り訂正符号の付加を含んでもよい。また、ＲＦ信号処理回路２０から受信した受信信号を受信データに変換し、応用装置／応用ソフトウェアへ供給する。当該変換は、データの伸長、多重分離、誤り訂正を含んでもよい。ベースバンド信号処理回路３０は、ベースバンド集積回路（ＢＢＩＣ）チップで構成されてもよい。
　通信装置１によれば、小型でかつ回路特性に優れたＰＡモジュール１１を用いることにより、小型でかつ回路特性に優れた通信装置が得られる。
　以上、本発明の実施の形態に係る高周波モジュール及び通信装置について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。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に施したものや、異なる実施の形態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。
　本発明は、高周波モジュールとして、各種の通信装置に広く利用できる。
　　１　　通信装置
　　２　　アンテナ
　　１０　　フロントエンド回路
　　１１　　ＰＡモジュール
　　１２　　ＬＮＡモジュール
　　１３、１４　　ダイプレクサ
　　１５　　デュプレクサ
　　２０　　ＲＦ信号処理回路
　　３０　　ベースバンド信号処理回路
　　１００、２００、９００　　高周波回路
　　１１０、２１０　　増幅回路
　　１１１、２１１　　増幅素子
　　１２０、２２０　　整合回路
　　１２１、１２２、２２１、２２２、８１０、８２０　　共振タンク
　　１２３、１２５、１２７、２２３、２２５、２２７　　キャパシタ
　　１２４、１２６、２２４、２２６、９１１　　インダクタ
　　８００　　広帯域高調波トラップ
　　８０１　　共通入力
　　８０９　　負荷
　　８３０　　分路コンデンサ
　　９３０　　フィルタ

Claims (7)

  1. 　第１の増幅回路と、
    　第２の増幅回路と、
    　前記第１の増幅回路に接続された第１の整合回路と、
    　前記第２の増幅回路に接続された第２の整合回路と、
    　を備え、
    　前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とは、前記第１の整合回路を伝達する信号の高調波を減衰させるように、隣接して配置されている、
    　高周波モジュール。
  2. 　前記第１の整合回路は第１の素子を含み、
    　前記第２の整合回路は第２の素子を含み、
    　前記第１の素子と前記第２の素子とが、電界結合および磁界結合の少なくとも一方により結合している、
    　請求項１に記載の高周波モジュール。
  3. 　前記第１の素子は、前記第１の整合回路の入力端と出力端との間に接続された第１のインダクタ素子であり、
    　前記第２の素子は、前記第２の整合回路の入力端と出力端との間に接続された第２のインダクタ素子であり、
    　前記第１のインダクタ素子と前記第２のインダクタ素子とが磁界結合している、
    　請求項２に記載の高周波モジュール。
  4. 　前記第１の整合回路は、前記第１のインダクタ素子と並列に接続された第１のキャパシタ素子をさらに有し、
    　前記第２の整合回路は、前記第２のインダクタ素子と並列に接続された第２のキャパシタ素子をさらに有する、
    　請求項３に記載の高周波モジュール。
  5. 　前記第１の整合回路は、前記第１の増幅回路の出力側に設けられる、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  6. 　前記第１の増幅回路と前記第２の増幅回路とは、互いに異なる周波数帯に含まれる個別の信号を増幅する、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の高周波モジュールと、
    　前記高周波モジュールに接続されたＲＦ信号処理回路と、
    　を備える通信装置。
PCT/JP2018/008746 2017-03-17 2018-03-07 高周波モジュール及び通信装置 WO2018168603A1 (ja)

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