JP2004304435A

JP2004304435A - マルチバンド無線通信モジュールおよびマルチバンド無線通信端末機

Info

Publication number: JP2004304435A
Application number: JP2003093666A
Authority: JP
Inventors: Kunio Gosho; 邦仁男五所
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4219203B2

Abstract

【課題】送信電力増幅器における送信電力制御が温度による影響なく正確に行えると共に、簡略化、小型化が可能なマルチバンド無線通信モジュールを提供する。
【解決手段】同一多層基板に、少なくとも、送信電力増幅器５、６と、該増幅器５、６により増幅された送信信号中に含まれる高調波を除去するフィルタ７、８と、送信信号レベルを検出するための方向性結合器１８と、該方向性結合器１８の出力を検波する検波回路１９と、周波数の異なる通信システムごとに信号を分波するダイプレクサ１５等の分波回路または選択する回路と、送受信の切換えを行う高周波スイッチ１１、１２とを設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車電話や携帯電話等の無線機器におけるマルチバンド無線通信モジュールとこれを用いたマルチバンド無線通信端末機に係り、特にその方向性結合器、検波回路および送信電力増幅器の配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線通信機器の高周波（ＲＦ）送受信ブロックでは、送信時の自動電力制御を行うため、特許文献１に示すように、送信電力をモニタリングするために送信信号レベル検出用の方向性結合器（カプラー）を、送信電力増幅器とバンド切換のための高周波スイッチの手前にある高調波歪み防止除去用のローパスフィルタとの間に配置し、方向性結合器の出力を検波回路で検波して自動電力制御回路によって送信信号電力がその状況に合った一定の送信信号電力レベルになるように制御している。
【０００３】
異なる複数の周波数帯で使用されるマルチバンド方式の無線機器においては、このような方向性結合器は各バンド毎に設けられており、検波回路も各バンド毎に設けられる。
【０００４】
このように、方向性結合器や検波回路を各バンド毎に設けるのではなく、これらを１つのもので兼用して構成を簡略化したものが、特許文献２に開示されている。特許文献２に開示のものは、アンテナとダイプレクサ（分波回路）との間に方向性結合器を設けると共に、方向性結合器と、ダイプレクサと、送受切換えを行う高周波スイッチと、前記ローパスフィルタとを同一多層基板により構成し、検波回路や前記送信電力増幅器の自動電力制御回路はこの多層基板の外部に設けている。
【０００５】
また、特許文献３には、特許文献１と同様の位置に各バンド毎の方向性結合器を配置すると共に、同一多層基板に、分波回路と、高周波スイッチと、方向性結合器と、送信電力増幅器とを設けている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４０９６９号公報。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−２７４７２３号公報。
【０００８】
【特許文献３】
特開２００３−８４７０号公報。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のモジュールにおいては、送信信号レベルを検出する方向性結合器の検波回路はマザーボード上の別の部品またはモジュールに配置されている。しかし、検波回路には温度により検波電圧にばらつきがあり、検波回路の温度と、送信電力増幅器を内蔵するモジュールの温度との相違により、実際の送信電力増幅器周辺の温度に沿った検波が行われていない。このため、正確な検波と、送信電力の制御が行われていないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、送信電力増幅器における送信電力制御が温度による影響がなく正確に行えるマルチバンド無線通信モジュールとこれを用いたマルチバンド無線通信端末機を提供することを目的とする。また、本発明は、簡略化、小型化が可能なマルチバンド無線通信モジュールとマルチバンド無線通信端末機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明によるマルチバンド無線通信モジュールは、同一多層基板に、少なくとも、送信電力増幅器と、フィルタと、方向性結合器と、該方向性結合器の出力を検波する検波回路と、周波数の異なる通信システムごとに信号を分波または選択する回路と、送受信の切換えを行う高周波スイッチとを設けたことを特徴とする。
【００１２】
（２）また、本発明のマルチバンド無線通信モジュールは、前記多層基板に、前記検波回路の出力信号により増幅回路を制御する自動電力制御回路を設けたことを特徴とする。
【００１３】
（３）また、本発明のマルチバンド無線通信モジュールは、前記多層基板の実装基板（マザーボード）側に少なくとも前記検波回路を内蔵し、グランド電極を、検波回路に対して実装基板の反対側に内蔵したことを特徴とする。
【００１４】
（４）また、本発明のマルチバンド無線通信モジュールは、前記方向性結合器を、アンテナと、周波数の異なる通信システムごとに信号を分波または選択する回路との間に設けたことを特徴とする。
【００１５】
（５）また、本発明のマルチバンド無線通信モジュールは、前記多層基板上に、半導体ＩＣおよびチップ状素子を搭載したことを特徴とする。
【００１６】
（６）また、本発明のマルチバンド無線通信端末機は、前記（１）〜（５）のうちのいずれかのモジュールを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のマルチバンド無線通信モジュールの一実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態は、マルチ通信システムがＧＳＭ方式（９００ＭＨｚ帯）とＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）からなるものについて示す。図１において、点線で囲んだ部分１が本発明により構成される多層基板で構成されるマルチバンド無線通信モジュールの部分である。本発明のマルチバンド無線通信端末機は、このモジュール１を含んで構成される。
【００１８】
図１において、２、３はそれぞれＧＳＭ系、ＤＣＳ系送信回路に接続される端子部、５、６はそれぞれＧＳＭ系、ＤＣＳ系送信電力増幅器、７、８はそれぞれ送信電力増幅器５、６により発生する高調波を除去するためのローパスフィルタからなる高周波フィルタ、９、１０はそれぞれ増幅器５、６とフィルタ７、８間のインピーダンス整合回路、１１、１２はそれぞれＧＳＭ系、ＤＣＳ系高周波スイッチで、送信、受信の切換えを行うものである。１３、１４はそれぞれＧＳＭ系、ＤＣＳ系の受信回路に接続される端子部、１５はダイプレクサであり、ＧＳＭ（ＤＣＳ）系送信信号や受信信号が相手側のＤＣＳ（ＧＳＭ）系に回り込むことを防止するものである。
【００１９】
１６はアンテナであり、モジュール１の端子部１７に接続される。１８はアンテナ１６とダイプレクサ１５との間に配置された方向性結合器であり、ＧＳＭ方式とＤＣＳ方式の送信信号レベルの検出に兼用されるものである。１９は方向性結合器１８の出力信号を検波（整流）する検波回路であり、この検波回路１９もモジュール１内に設けられる。２０は検波回路１９の出力信号をモジュール１外に設けられる自動利得制御（ＡＰＣ）回路（図示せず）に接続される端子部である。２１は自動利得制御回路からの制御信号を加える端子部である。
【００２０】
図２は図１の回路の一例を示す図であり、図２において、前記整合回路９（１０）は、それぞれインダクタＬ１、Ｌ２（Ｌ３、Ｌ４）と、コンデンサＣ１〜Ｃ４（Ｃ５〜８）と、電源端子Ｔ１（Ｔ２）とにより構成される。
【００２１】
また、高周波スイッチ１１（１２）は、ＰＩＮダイオードＤ１、Ｄ２（Ｄ３、Ｄ４）と、インダクタＬ５、Ｌ６（Ｌ７、Ｌ８）と、コンデンサＣ９〜Ｃ１２（Ｃ１３〜Ｃ１６）と、抵抗Ｒ１（Ｒ２）と、送受切換えのための制御電圧を加える制御端子Ｔ３（Ｔ４）とからなる。前記検波回路１９は、検波用ダイオードＤ５と、コンデンサＣ１７、１８および抵抗Ｒ３とからなる。
【００２２】
図３は本発明のモジュール１の層構成図である。モジュール１は、導体パターン２２や層間接続用ビアホール２３等を有する樹脂製または樹脂に誘電体粉末や磁性体粉末等の機能材料粉末を混合した複合材料により構成された基材２４を積層することにより構成された多層基板２５でなる。２６は主にＲＦ信号を扱う領域（以下ＲＦ領域という。）、２７は例えばＩＣ化された検波回路１９を含む主にＩＦ信号を扱う領域（以下ＩＦ領域と言う。）である。
【００２３】
前記多層基板２５の実装基板側のＩＦ領域２７にはキャビティ２８を形成し、その中に前記検波回路１９を必要な電気的接続を行って内蔵し、ＩＣ端子強度、基板たわみ強度、ＩＣ耐湿性、絶縁性、放熱性、キャビティ内空気温度変化によりＩＣ動作の不安定性等を考慮して、モールド樹脂２９により覆う。前記多層基板２５には、前記検波回路１９を主にＲＦ領域に対してシールドするグランド電極３０を、検波回路１９に対して実装基板と反対側近傍に内蔵する。
【００２４】
前記多層基板２５上には、送信電力増幅器５、６を構成する半導体ＩＣ３２や、前記ダイオードＤ１〜Ｄ４、コンデンサＣ１〜Ｃ１６やインダクタＬ１〜Ｌ８の一部等のチップ状素子３３が、多層基板２５の表面（実装基板側とは反対の面）に形成されたパッド３４に電気的に接続して搭載される。
【００２５】
このモジュールにおいて、方向性結合器１７により結合された信号は、多層基板２５に内蔵された検波回路１９の端子部２０より結合電力レベルに応じた電圧を出力し、不図示の自動電力制御回路に送られる。送信電力増幅器５、６は、端子部２１を介して自動電力制御回路からの制御信号を受け、所定のレベルの送信信号を出力するように制御される。
【００２６】
ここで、本発明においては、検波回路１９を送信電力増幅器５、６と同一基板２５に設けているので、これらは同一温度環境で動作することになり、従来のように、マザーボード上に異なるチップや基板として構成される場合の温度の相違（増幅器５、６の温度が検波回路１９に比較して高くなる）による送信信号のレベルの目標レベルからのずれの発生を防止し、正確なレベル制御を行うことができる。
【００２７】
また、送信電力増幅器５、６と、フィルタ７、８と、方向性結合器１８と、検波回路１９と、ダイプレクサ１５、高周波スイッチ１１、１２とを同一多層基板２５に設けたので、各素子、回路間の整合、減衰、アイソレーション等の特性を確実にするための整合回路を減少させることが可能となり、配線が簡略化できるため、挿入損失も改善できる。
【００２８】
また、検波回路１９は、ＲＦ領域２６からグランド電極３０によりシールドされているので、検波回路１９が検出すべき送信信号以外の信号から影響を受けることを防ぐことができる。また、ＲＦ領域２６とＩＦ領域２７とはグランド電極３０によって上下に分離されているので、図示しないが、シールドケースは、主としてノイズ放射の原因となるＲＦ領域２６を含むモジュール上部のみを覆うような構造とすればよく、モジュールの軽量化および端末の軽量化を行うことができる。
【００２９】
本実施の形態においては、方向性結合器１８をアンテナ１６とダイプレクサ１５との間に配置しているので、異なる通信システム（ＧＳＭ、ＤＣＳ）ごとに方向性結合器１８や検波回路１９を設ける必要がなく、さらなる回路の簡略化とモジュール１の小型化が図れる。
【００３０】
また、本実施の形態においては、アンテナ１６に近い位置に方向性結合器１７を配置したので、実際の送信電力に近い電力値を検出することができ、より正確な自動電力制御を行うことができる。
【００３１】
本発明を実施する場合、図４に示すように、検波回路１９に温度補償用のダイオードＤ６を設けてもよい。図４において、Ｒ４〜Ｒ６は抵抗、Ｔ５は所定の電圧を印加する端子である。
【００３２】
図５は本発明のモジュールの他の実施の形態であり、検波回路１９の出力によって自動電力制御回路３５を１つのモジュール１に含ませて構成した（すなわち同一基板に設けた。）ものである。このような構成とすれば、自動電力制御回路３５も検波回路１９や増幅器５、６と同じ温度環境で動作するため、個別に実装した時に比べて温度の差による影響がより少なくなり、さらに正確な送信電力の制御が行える。また、さらなる構成の簡略化、小型化が可能となる。
【００３３】
図６は本発明のモジュールの他の実施の形態であり、前記ダイオード使用の高周波スイッチの代わりに、ＦＥＴをスイッチング素子とした高周波スイッチ３６、３７を用いたものである。Ｔ３、Ｔ４はそれぞれ高周波スイッチ３６、３７の送受切換え用の制御信号を加える制御端子である。
【００３４】
図７は本発明のモジュールの他の実施の形態であり、前記ダイオード使用の高周波スイッチおよびダイプレクサの代わりに、複数の通信システムに兼用の送受信の選択機能を有するＦＥＴからなるスイッチング素子を選択回路３８に用いたものである。Ｔ５はこの選択回路３８の切換信号を加える制御端子である。この回路構成の場合は、選択回路３８とアンテナ端子部１７との間に方向性結合器１８を設ける。この構成によると、さらなる構成の簡略化、小型化が可能になる。
【００３５】
本発明を実施する場合、検波回路１９に代えて送信電力増幅器５、６をキャビティ２内に内蔵し、検波回路１９を前出のダイオード等と共に多層基板上に搭載してもよい。この場合には、多層基板のＲＦ領域、ＩＦ領域の上下の位置関係が逆になるので、シールド用のグランド電極３０を多層基板の上面近傍に配置することが好ましい。
【００３６】
また、本発明は、前記ＧＳＭ系とＤＣＳ系の組み合わせだけではなく、このような２系統と、ＰＣＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅｓ）系とからなるトリプルバンドや、ＧＳＭ、ＤＣＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）系のトリプルバンド、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳ、Ｗ−ＣＤＭＡの４バンド、ＰＣＳ系とＡＭＰＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｂｉｌｅＰｈｏｎｅＳｅｒｖｉｃｅｓ）系の組み合わせ、ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）とＰＤＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＣｅｌｌｕｌａｒ）の組み合わせ等に適用でき、扱うシステムが多いほど構成の簡略化、小型化の効果を発揮できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチバンド無線通信モジュールとして、検波回路および送信電力増幅器を同一多層基板に設けたので、送信電力増幅器における送信電力制御が温度による影響なく正確に行えると共に、モジュールの簡略化、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチバンド無線通信モジュールの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の回路の一例を示す図である。
【図３】図１、図２のモジュールの層構成図である。
【図４】本実施の形態における検波回路の他の例を示す回路図である。
【図５】本発明のマルチバンド無線通信モジュールの他の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明のマルチバンド無線通信モジュールの他の実施の形態を示す回路図である。
【図７】本発明のマルチバンド無線通信モジュールの他の実施の形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１：マルチバンド無線通信モジュール、２、３：送信端子部、５、６：送信電力増幅器、７、８：フィルタ、９、１０：整合回路、１１、１２：高周波スイッチ、１３、１４：受信端子部、１５：ダイプレクサ、１６：アンテナ、１７：アンテナ端子部、１８：方向性結合器、１９：検波回路、２０：検波出力端子部、２１：ＡＰＣ回路端子部、２２：導体パターン、２３：ビアホール、２４：基材、２５：多層基板、２６：ＲＦ領域、２７：ＩＦ領域、２８：キャビティ、２９：モールド樹脂、３０：グランド電極、３２：半導体ＩＣ、３３：チップ状素子、３４：パッド、３５：自動電力制御回路、３６、３７：高周波スイッチ、３８：選択回路

Claims

同一多層基板に、少なくとも、送信電力増幅器と、フィルタと、方向性結合器と、該方向性結合器の出力を検波する検波回路と、周波数の異なる通信システムごとに信号を分波または選択する回路と、送受信の切換えを行う高周波スイッチとを設けたことを特徴とするマルチバンド無線通信モジュール。
請求項１に記載のマルチバンド無線通信モジュールにおいて、前記多層基板に、前記検波回路の出力信号により増幅回路を制御する自動電力制御回路を設けたことを特徴とするマルチバンド無線通信モジュール。
請求項１または２に記載のマルチバンド無線通信モジュールにおいて、
前記多層基板の実装基板側に少なくとも前記検波回路を内蔵し、グランド電極を、検波回路に対して実装基板の反対側に内蔵したことを特徴とするマルチバンド無線通信モジュール。
請求項１から３までのいずれかに記載のマルチバンド無線通信モジュールにおいて、
前記方向性結合器を、アンテナと、周波数の異なる通信システムごとに信号を分波または選択する回路との間に設けたことを特徴とするマルチバンド無線通信モジュール。
請求項１から４までのいずれかに記載のマルチバンド無線通信モジュールにおいて、
前記多層基板上に、半導体ＩＣおよびチップ状素子を搭載したことを特徴とするマルチバンド無線通信モジュール。
請求項１から５までのいずれかに記載のマルチバンド無線通信モジュールを備えたことを特徴とするマルチバンド無線通信端末機。