JP2005057375A - 高周波スイッチモジュールおよび高周波スイッチモジュール用多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単で、設計が容易で、且つ高調波の周波数成分の電力を抑制できるようにした高周波スイッチモジュールを実現する。
【解決手段】高周波スイッチモジュール１は、アンテナポート２と、送信信号ポート３，４と、受信信号ポート５，６と、高周波スイッチ２０と、ＬＰＦ３０，４０と、位相調整用線路１６，１７とを備えている。高周波スイッチ２０は、アンテナポート２に対して、送信信号ポート３，４および受信信号ポート５，６のいずれかを選択的に接続する。高周波スイッチ２０は、ＧａＡｓ化合物半導体による電界効果トランジスタを含んでいる。位相調整用線路１６，１７は、高周波スイッチ２０の位置において、送信信号に基づいて高周波スイッチ２０で発生する高調波の進行波と、この進行波がＬＰＦ３０，４０で反射して発生する反射波との合成波の電力が小さくなるように進行波と反射波との位相差を調整する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機等の無線通信装置において、周波数帯域の切り替えや送信信号と受信信号の切り替え等に使用される高周波スイッチモジュール、およびこの高周波スイッチモジュールに用いられる高周波スイッチモジュール用多層基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の周波数帯域（マルチバンド）に対応可能な携帯電話機が実用化されている。例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式用の携帯電話機は、ＥＧＳＭ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ＧＳＭ）のシングルバンド対応機から始まり、ＥＧＳＭ／ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）のデュアルバンド対応機、ＥＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅ）のトリプルバンド対応機へと変化して、通話チャンネルの拡大のため１つの携帯電話機が使う周波数帯域を増やしている。
【０００３】
ＧＳＭ方式は時分割多重接続方式を用いることから、ＧＳＭ方式用の携帯電話機では、高周波スイッチを用いて、送信信号と受信信号の切り替えを行なっている。この高周波スイッチでは、スイッチ素子としてＰＩＮダイオードが用いられることが多い。トリプルバンド対応機にも、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチが多く使用されている。特許文献１には、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチが記載されている。
【０００４】
また、高周波スイッチを備えた携帯電話機としては、高周波スイッチにおけるスイッチ素子として、ＧａＡｓ化合物半導体による電界効果トランジスタ（以下、ＧａＡｓ・ＦＥＴと記す。）を用いたものもある。ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチは、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチに比べて、回路が簡単で、設計が容易で、小型化が可能で、消費電力を低減できるといった利点がある。ＧＳＭ方式以外で、時分割多重接続方式を用いる方式、例えばＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）方式やＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式の携帯電話機では、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチは多用されている。特許文献２には、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２９８２０１号公報
【特許文献２】
特開２００２−４３９１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチでは、切り替える周波数帯域が増えるほど回路が複雑になり、要求される特性を満たす高周波スイッチの設計および試作の時間が増大するという問題点がある。特に、この先、ＥＧＳＭ／ＡＧＳＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ ＧＳＭ）／ＤＣＳ／ＰＣＳの４バンドや、ＥＧＳＭ／ＡＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＭ／ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）の５バンドに対応する場合には、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチでは益々設計が難しくなると共に、小型化も困難になる。また、切り替える周波数帯域が増えると、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチでは、非導通状態のＰＩＮダイオードから発生する高調波が増加するという問題や、ＰＩＮダイオードを導通状態にするための電流が増加して、携帯電話機の通話可能時間に影響を与えるという問題が生じる。
【０００７】
一方、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチでは、大電力の送信信号を通過させると、ＧａＡｓ・ＦＥＴの非線形特性から送信信号に歪みが発生し、この歪みが原因で、送信信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生するという問題点がある。例えば、ＧＳＭ方式の規格における送信信号の電力の最大値である３５ｄＢｍの送信信号を、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチに与えると、高周波スイッチより高調波が発生する。この高調波の大きさは、ＧＳＭ方式の規格における許容範囲を超える場合がある。このような高周波スイッチを有する携帯電話機は認定されない。このようなことから、ＧＳＭ方式用の携帯電話機では、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチはあまり用いられていない。そのため、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチは、使用されている数量が少なく、規格を満たす電話機の歩留まりも悪いため、価格が下がらない。そのため、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチは、ＰＩＮダイオードを用いた高周波スイッチに比べると市場の占有率が低くなっている。
【０００８】
ところで、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数は、ＤＣＳ方式の信号の周波数帯域内に入る。そのため、ＧＳＭ／ＤＣＳのデュアルバンド対応機では、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の高調波をフィルタによって除去することはできない。
【０００９】
また、ＧＳＭの規格では、アンテナ端における高調波の周波数成分の電力を−３２ｄＢｍ以下にしなければならない。また、ＧＳＭの送信規格からアンテナ端における送信信号の最大電力は３３〜３５ｄＢｍにする必要がある。そのため、通常、高周波スイッチの入力端には、３４ｄＢｍ程度の送信信号が印加される。また、高周波スイッチを動作させる電源電圧は、携帯電話機の動作電圧である２．７Ｖ程度とする必要がある。このような要求を満足し、且つ安価な、単極四投型程度の多分岐型の高周波スイッチを、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いて実現することが求められている。しかしながら、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチでは、動作電圧を下げると、発生される高調波成分が多くなるため、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチを歩留まりよく提供することが困難であった。ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチだけで、上述のような特性を満足させるためには、ＦＥＴのピンチオフ電圧の調整や、高電力入力時の波形の歪の原因となるＦＥＴのバイアス点の調整等、ＦＥＴの製造プロセスの制御を伴う特性の改善が必要となる。そのため、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチの改善のみで、上述のような特性を満足させることは大変難しい。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成が簡単で、設計が容易で、且つ高調波の周波数成分の電力を抑制できるようにした高周波スイッチモジュール、およびこの高周波スイッチモジュールに用いられる高周波スイッチモジュール用多層基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１および第２の高周波スイッチモジュールは、
アンテナに接続されるアンテナポートと、
複数の周波数帯域の各々における送信信号を入力する複数の送信信号ポートと、
複数の周波数帯域の各々における受信信号を出力する複数の受信信号ポートと、
半導体スイッチ素子を含み、アンテナポートに対して、複数の送信信号ポートおよび複数の受信信号ポートのいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
それぞれ高周波スイッチと各送信信号ポートとの間に設けられ、各送信信号ポートに入力される送信信号を通過させ、送信信号に基づく高調波を遮断する複数のローパスフィルタと、
それぞれ高周波スイッチと各ローパスフィルタとを接続する複数の位相調整用線路とを備えている。
【００１２】
本発明の第１の高周波スイッチモジュールでは、各位相調整用線路は、高周波スイッチの位置において、送信信号に基づいて高周波スイッチで発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がローパスフィルタで反射して発生する反射波との合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整する。
【００１３】
本発明の第１の高周波スイッチモジュールでは、位相調整用線路によって、高調波の進行波と反射波との位相差が調整されることにより、高周波スイッチからアンテナポートに向かう高調波の周波数成分の電力が抑制される。
【００１４】
本発明の第１の高周波スイッチモジュールにおいて、位相調整用線路は、第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００１５】
また、本発明の第１の高周波スイッチモジュールにおいて、位相調整用線路は、第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００１６】
本発明の第２の高周波スイッチモジュールでは、各位相調整用線路は、高周波スイッチの位置において、送信信号に基づいて高周波スイッチで発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がローパスフィルタで反射して発生する反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整する。
【００１７】
本発明の第２の高周波スイッチモジュールでは、位相調整用線路によって、高調波の進行波と反射波との位相差が調整されることにより、高周波スイッチからアンテナポートに向かう高調波の周波数成分の電力が抑制される。
【００１８】
本発明の第２の高周波スイッチモジュールにおいて、位相調整用線路は、第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１５０°〜２１０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００１９】
また、本発明の第２の高周波スイッチモジュールにおいて、位相調整用線路は、第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１７０°〜１９０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６５°〜１９５°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００２０】
また、本発明の第１または第２の高周波スイッチモジュールにおいて、位相調整用線路は、分布定数線路を含んでいてもよい。
【００２１】
また、本発明の第１または第２の高周波スイッチモジュールにおいて、高周波スイッチは、半導体スイッチ素子としてトランジスタを含んでいてもよい。この場合、トランジスタは、ＧａＡｓ化合物半導体による電界効果トランジスタであってもよい。
【００２２】
本発明の高周波スイッチモジュール用多層基板は、本発明の第１または第２の高周波スイッチモジュールに用いられる多層基板であって、アンテナポート、送信信号ポート、受信信号ポート、ローパスフィルタおよび位相調整用線路を含み、高周波スイッチが実装されることによって高周波スイッチモジュールを完成させるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る高周波スイッチモジュールの回路構成の一例について説明する。ここでは、一例として、ＧＳＭ方式の送信信号および受信信号と、ＤＣＳ方式の送信信号および受信信号とを処理する高周波スイッチモジュール１について説明する。
【００２４】
ＧＳＭ方式の送信信号の周波数帯域は８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである。ＧＳＭ方式の受信信号の周波数帯域は９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである。ＤＣＳ方式の送信信号の周波数帯域は１７１０ＭＨｚ〜１７８５ＭＨｚである。ＤＣＳ方式の受信信号の周波数帯域は１８０５ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。
【００２５】
高周波スイッチモジュール１は、図示しないアンテナに接続されるアンテナポート２と、送信信号ポート３，４と、受信信号ポート５，６と、高周波スイッチ２０と、２つのローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと記す。）３０，４０とを備えている。高周波スイッチモジュール１は、更に、キャパシタ１１〜１５と、位相調整用線路１６，１７と、インダクタ１８とを備えている。
【００２６】
送信信号ポート３，４は、それぞれ、ＧＳＭ方式の送信信号、ＤＣＳ方式の送信信号を入力する。受信信号ポート５，６は、それぞれ、ＧＳＭ方式の受信信号、ＤＣＳ方式の受信信号を出力する。高周波スイッチ２０は、アンテナポート２に対して、送信信号ポート３，４および受信信号ポート５，６のいずれかを選択的に接続する。
【００２７】
高周波スイッチ２０は、１つの電子的切替接点２１と、４つの接点２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、４つの制御端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとを有している。制御端子２３ａ〜２３ｄには、それぞれ制御信号Ｖｃ１〜Ｖｃ４が印加されるようになっている。制御信号Ｖｃ１がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ２〜Ｖｃ４がローレベルのときには、電子的切替接点２１は接点２２ａに接続される。制御信号Ｖｃ２がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ３，Ｖｃ４がローレベルのときには、電子的切替接点２１は接点２２ｂに接続される。制御信号Ｖｃ３がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ４がローレベルのときには、電子的切替接点２１は接点２２ｃに接続される。制御信号Ｖｃ４がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１〜Ｖｃ３がローレベルのときには、電子的切替接点２１は接点２２ｄに接続される。
【００２８】
電子的切替接点２１は、キャパシタ１１を介してアンテナポート２に接続されている。アンテナポート２にはインダクタ１８の一端が接続され、インダクタ１８の他端は接地されている。接点２２ａにはキャパシタ１２の一端が接続されている。キャパシタ１２の他端には位相調整用線路１６の一端が接続されている。位相調整用線路１６の他端は、ＬＰＦ３０の出力端に接続されている。ＬＰＦ３０の入力端は送信信号ポート３に接続されている。接点２２ｂにはキャパシタ１３の一端が接続されている。キャパシタ１３の他端には位相調整用線路１７の一端が接続されている。位相調整用線路１７の他端は、ＬＰＦ４０の出力端に接続されている。ＬＰＦ４０の入力端は送信信号ポート４に接続されている。接点２２ｃにはキャパシタ１４の一端が接続されている。キャパシタ１４の他端は受信信号ポート５に接続されている。接点２２ｄにはキャパシタ１５の一端が接続されている。キャパシタ１５の他端は受信信号ポート６に接続されている。
【００２９】
ＬＰＦ３０は、一端が出力端に接続されたインダクタ３１と、一端がインダクタ３１の他端に接続され、他端が入力端に接続されたインダクタ３２と、一端がインダクタ３１の他端に接続され、他端が入力端に接続されたキャパシタ３３と、一端がインダクタ３１の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ３４と、一端が入力端に接続され、他端が接地されたキャパシタ３５とを有している。ＬＰＦ３０は、送信信号ポート３に入力される送信信号を通過させ、この送信信号に基づく高調波を遮断する。
【００３０】
また、ＬＰＦ４０は、一端が出力端に接続されたインダクタ４１と、一端がインダクタ４１の他端に接続され、他端が入力端に接続されたインダクタ４２と、一端がインダクタ４１の他端に接続され、他端が入力端に接続されたキャパシタ４３と、一端がインダクタ４１の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ４４と、一端が入力端に接続され、他端が接地されたキャパシタ４５とを有している。ＬＰＦ４０は、送信信号ポート４に入力される送信信号を通過させ、この送信信号に基づく高調波を遮断する。
【００３１】
位相調整用線路１６，１７は、分布定数線路を含んでいてもよい。位相調整用線路１６，１７については、後で詳しく説明する。
【００３２】
インダクタ１８は、サージ抑制素子として用いられている。高周波スイッチモジュール１内には、アンテナから、例えば静電気放電によるサージが侵入する。インダクタ１８は、サージに基づく電流をアースに流して、サージを抑制する。これにより、高周波スイッチ２０が破損されることを防止することができる。
【００３３】
次に、図２を参照して、本実施の形態における高周波スイッチ２０の構成の一例について説明する。図２に示した高周波スイッチ２０は、１つの電子的切替接点２１と、４つの接点２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、４つの制御端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、２つのスイッチ部５０，６０とを備えている。スイッチ部５０，６０は、いずれも、半導体スイッチ素子として４つのトランジスタを含み、単極双投型のスイッチを構成している。そのため、高周波スイッチ２０全体としては、単極四投型のスイッチになっている。
【００３４】
スイッチ部５０は、トランジスタとして４つのＧａＡｓ・ＦＥＴ５１〜５４を含んでいる。ＦＥＴ５１のドレインは端子２２ａに接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗器５５を介して制御端子２３ｂに接続されている。ＦＥＴ５２のドレインは端子２２ａに接続され、ソースは電子的切替接点２１に接続され、ゲートは抵抗器５６を介して制御端子２３ａに接続されている。ＦＥＴ５３のドレインは端子２２ｂに接続され、ソースは電子的切替接点２１に接続され、ゲートは抵抗器５７を介して制御端子２３ｂに接続されている。ＦＥＴ５４のドレインは端子２２ｂに接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗器５８を介して制御端子２３ａに接続されている。
【００３５】
スイッチ部６０は、トランジスタとして４つのＧａＡｓ・ＦＥＴ６１〜６４を含んでいる。ＦＥＴ６１のドレインは端子２２ｃに接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗器６５を介して制御端子２３ｄに接続されている。ＦＥＴ６２のドレインは電子的切替接点２１に接続され、ソースは端子２２ｃに接続され、ゲートは抵抗器６６を介して制御端子２３ｃに接続されている。ＦＥＴ６３のドレインは電子的切替接点２１に接続され、ソースは端子２２ｄに接続され、ゲートは抵抗器６７を介して制御端子２３ｄに接続されている。ＦＥＴ６４のドレインは端子２２ｄに接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗器６８を介して制御端子２３ｃに接続されている。
【００３６】
次に、高周波スイッチ２０および高周波スイッチモジュール１の動作について説明する。高周波スイッチ２０の制御端子２３ａ〜２３ｄには、それぞれ制御信号Ｖｃ１〜Ｖｃ４が印加されるようになっている。制御信号Ｖｃ１がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ２〜Ｖｃ４がローレベルのときには、ＦＥＴ５２，５４が導通状態となり、他のＦＥＴは非導通状態となる。その結果、電子的切替接点２１は接点２２ａに接続される。この状態では、アンテナポート２に対して、送信信号ポート３が接続される。送信信号ポート３に入力されたＧＳＭ方式の送信信号は、ＬＰＦ３０、位相調整用線路１６、キャパシタ１２、高周波スイッチ２０およびキャパシタ１１を経て、アンテナポート２に送出される。
【００３７】
制御信号Ｖｃ２がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ３，Ｖｃ４がローレベルのときには、ＦＥＴ５１，５３が導通状態となり、他のＦＥＴは非導通状態となる。その結果、電子的切替接点２１は接点２２ｂに接続される。この状態では、アンテナポート２に対して、送信信号ポート４が接続される。送信信号ポート４に入力されたＤＣＳ方式の送信信号は、ＬＰＦ４０、位相調整用線路１７、キャパシタ１３、高周波スイッチ２０およびキャパシタ１１を経て、アンテナポート２に送出される。
【００３８】
制御信号Ｖｃ３がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ４がローレベルのときには、ＦＥＴ６２，６４が導通状態となり、他のＦＥＴは非導通状態となる。その結果、電子的切替接点２１は接点２２ｃに接続される。この状態では、アンテナポート２に対して、受信信号ポート５が接続される。アンテナポート２に入力されたＧＳＭ方式の受信信号は、キャパシタ１１、高周波スイッチ２０およびキャパシタ１４を経て、受信信号ポート５に送出される。
【００３９】
制御信号Ｖｃ４がハイレベルで、他の制御信号Ｖｃ１〜Ｖｃ３がローレベルのときには、ＦＥＴ６１，６３が導通状態となり、他のＦＥＴは非導通状態となる。その結果、電子的切替接点２１は接点２２ｄに接続される。この状態では、アンテナポート２に対して、受信信号ポート６が接続される。アンテナポート２に入力されたＤＣＳ方式の受信信号は、キャパシタ１１、高周波スイッチ２０およびキャパシタ１５を経て、受信信号ポート６に送出される。
【００４０】
次に、位相調整用線路１６について説明する。高周波スイッチ２０において電子的切替接点２１が接点２２ａに接続されているときには、送信信号ポート３に入力されたＧＳＭ方式の送信信号が高周波スイッチ２０を通過する。その際、高周波スイッチ２０の非線形特性から、送信信号に歪みが発生し、この歪みが原因で、送信信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波は、進行波となってアンテナポート２およびＬＰＦ３０に向かう。ＬＰＦ３０は、送信信号を通過させ、高調波を遮断するために、送信信号の周波数よりも高い周波数、特に送信信号の周波数の２倍および３倍の周波数においてインピーダンスが大きくなるように設計されている。そのため、高周波スイッチ２０で発生した高調波の進行波は、ＬＰＦ３０においてほぼ全反射して、反射波として高周波スイッチ２０に戻る。その結果、高周波スイッチ２０において、高調波の進行波と反射波との合成波が生成され、この合成波がアンテナポート２に向かう。ここで、高周波スイッチ２０の位置において、進行波と反射波との位相差がゼロであると、合成波の電力は最も大きくなる。
【００４１】
位相調整用線路１６は、高周波スイッチ２０の位置において、ＧＳＭ方式の送信信号に基づいて高周波スイッチ２０で発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がＬＰＦ３０で反射して発生する反射波との合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整する。これにより、アンテナポート２に向かう合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくすることができる。
【００４２】
位相調整用線路１６は、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整することが好ましい。
【００４３】
また、位相調整用線路１６は、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整することがより好ましい。
【００４４】
また、位相調整用線路１６は、高周波スイッチ２０の位置において、ＧＳＭ方式の送信信号に基づいて高周波スイッチ２０で発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がＬＰＦ３０で反射して発生する反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００４５】
位相調整用線路１６は、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１５０°〜２１０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整することが好ましい。
【００４６】
また、位相調整用線路１６は、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１７０°〜１９０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＧＳＭ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６５°〜１９５°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整することがより好ましい。
【００４７】
次に、位相調整用線路１７について説明する。高周波スイッチ２０において電子的切替接点２１が接点２２ｂに接続されているときには、送信信号ポート４に入力されたＤＣＳ方式の送信信号が高周波スイッチ２０を通過する。その際、送信信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波は、進行波となってアンテナポート２およびＬＰＦ４０に向かう。ＬＰＦ４０は、送信信号を通過させ、高調波を遮断するために、送信信号の周波数よりも高い周波数、特に送信信号の周波数の２倍および３倍の周波数においてインピーダンスが大きくなるように設計されている。そのため、高周波スイッチ２０で発生した高調波の進行波は、ＬＰＦ４０においてほぼ全反射して、反射波として高周波スイッチ２０に戻る。その結果、高周波スイッチ２０において、高調波の進行波と反射波との合成波が生成され、この合成波がアンテナポート２に向かう。ここで、高周波スイッチ２０の位置において、進行波と反射波との位相差がゼロであると、合成波の電力は最も大きくなる。
【００４８】
位相調整用線路１７は、高周波スイッチ２０の位置において、ＤＣＳ方式の送信信号に基づいて高周波スイッチ２０で発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がＬＰＦ４０で反射して発生する反射波との合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整する。これにより、アンテナポート２に向かう合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくすることができる。
【００４９】
位相調整用線路１７は、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整することが好ましい。
【００５０】
また、位相調整用線路１７は、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、合成波の電力が、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて５ｄＢ以上小さくなるように、進行波と反射波との位相差を調整することがより好ましい。
【００５１】
また、位相調整用線路１６は、高周波スイッチ２０の位置において、ＤＣＳ方式の送信信号に基づいて高周波スイッチ２０で発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波がＬＰＦ４０で反射して発生する反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整してもよい。
【００５２】
位相調整用線路１７は、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１５０°〜２１０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整することが好ましい。
【００５３】
また、位相調整用線路１７は、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の２倍の周波数の第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１７０°〜１９０°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、ＤＣＳ方式の送信信号の周波数の３倍の周波数の第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差が１６５°〜１９５°の範囲内となるように、進行波と反射波との位相差を調整することがより好ましい。
【００５４】
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール用多層基板について説明する。図３は、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１の外観を示す斜視図である。本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール用多層基板１０は、誘電体層と、パターン化された導体層とが交互に積層された構造になっている。高周波スイッチモジュール１の構成要素のうち、高周波スイッチ２０以外は、多層基板１０の内部または表面上の導体層を用いて構成されている。高周波スイッチ２０は、１つのＩＣ（集積回路）とされて、多層基板１０に実装されている。なお、高周波スイッチ２０以外の高周波スイッチモジュール１の構成要素の一部も、多層基板１０に実装されるようにしてもよい。
【００５５】
多層基板１０は、例えば低温焼成セラミック多層基板になっている。この場合、多層基板１０は、例えば以下のようにして製造される。すなわち、まず、予めスルーホール用の孔が形成されたセラミックグリーンシート上に、例えば銀を主成分とする導電性ペーストを用いて、所定のパターンの導体層を形成する。次に、このように導体層が形成された複数のセラミックグリーンシートを積層し、これらを同時に焼成する。これにより、スルーホールも同時に形成される。次に、図示しない端子電極を形成して、多層基板１０を完成させる。
【００５６】
図４は、多層基板１０の内部の導体層の一部の一例を示している。この例では、図１におけるキャパシタ１２、位相調整用線路１６およびインダクタ３１を示している。この例では、対向するように配置された２つの導体層１２ａ，１２ｂによってキャパシタ１２が形成されている。導体層１２ａは、スルーホール９ａを介して、多層基板１０の表面上の導体層１９に接続されている。この導体層１９には、高周波スイッチ２０の接点２２ａに接続された端子が接続されるようになっている。導体層１２ｂには、位相調整用線路１６を介して、インダクタ３１が接続されている。インダクタ３１は、スルーホール９ｂ，９ｃによって直列に接続された３層の導体層３１ａ〜３１ｃによって形成されている。この例では、位相調整用線路１６の長さを調整することによって、前述の進行波と反射波との位相差が調整される。
【００５７】
次に、位相調整用線路１６，１７の長さを調整することによって高調波の周波数成分の電力を抑制することができることを確認するために行った第１および第２の実験について説明する。図５は、第１および第２の実験で使用した測定システムの構成を示すブロック図である。この測定システム８０は、送信信号に相当する高周波信号を発生させる信号発生器８１と、この信号発生器８１の後段に順に接続された高周波電力増幅器８２、アイソレータ８３、ＬＰＦ８４、ラインストレッチャ８５、カプラ８６、高周波スイッチ８７、カプラ８８、減衰器８９、ノッチフィルタ９０およびスペクトラムアナライザ９１を備えている。測定システム８０は、更に、カプラ８６に接続されたパワーセンサ９２と、カプラ８８に接続されたパワーセンサ９３とを備えている。
【００５８】
高周波電力増幅器８２は、信号発生器８１から出力された信号を増幅する。アイソレータ８３は、高周波電力増幅器８２の出力信号をＬＰＦ８４に伝送し、ＬＰＦ８４から高周波電力増幅器８２への信号の伝送を阻止する。ＬＰＦ８４は、図１におけるＬＰＦ３０，４０に対応し、信号発生器８１から出力された信号を通過させ、その高調波を遮断する。ラインストレッチャ８５は、長さを変えることのできる同軸線路である。ラインストレッチャ８５は、図１における位相調整用線路１６，１７に対応する。カプラ８６は、ラインストレッチャ８５に対して、高周波スイッチ８７とパワーセンサ９２とを結合させる。高周波スイッチ８７は、ＧａＡｓ・ＦＥＴを含み、導通状態と非導通状態とを選択できるようになっている。高周波スイッチ８７は、図１における高周波スイッチ２０に対応する。カプラ８８は、高周波スイッチ８７に対して、減衰器８９とパワーセンサ９３とを結合させる。減衰器８９は、通過する信号の電力を２０ｄＢ減衰させる。ノッチフィルタ９０は、入力された信号のうち、送信信号の周波数成分を遮断する。スペクトラムアナライザ９１は、ノッチフィルタ９０を通過した信号のスペクトラムを検出する。パワーセンサ９２は、高周波スイッチ８７に入力される信号の電力を検出する。パワーセンサ９３は、高周波スイッチ８７から出力される信号の電力を検出する。
【００５９】
次に、図５に示した測定システムを用いた第１および第２の実験の内容について説明する。始めに、第１の実験について説明する。第１の実験は、位相調整用線路１６の長さを調整することによって、ＧＳＭ方式の送信信号に基づく高調波を低減することができることを確認するために行った実験である。この第１の実験では、信号発生器８１によって、ＧＳＭ方式の送信信号を想定した周波数９００ＭＨｚの信号を発生させる。ＬＰＦ８４は、信号発生器８１から出力された周波数９００ＭＨｚの信号を通過させ、その高調波を遮断するものとする。信号発生器８１から出力された信号は、高周波電力増幅器８２、アイソレータ８３、ＬＰＦ８４、ラインストレッチャ８５、カプラ８６を経て、高周波スイッチ８７に入力される。高周波スイッチ８７に入力される信号の電力は３４ｄＢｍとする。
【００６０】
高周波スイッチ８７では、周波数９００ＭＨｚのｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波の進行波は、カプラ８６側とカプラ８８側とに進行する。カプラ８６側に進行した進行波は、カプラ８６およびラインストレッチャ８５を経てＬＰＦ８４に達し、このＬＰＦ８４においてほぼ全反射して反射波となる。この反射波は、再度、ラインストレッチャ８５およびカプラ８６を経て、高周波スイッチ８７に戻る。その結果、高周波スイッチ８７において、高調波の進行波と反射波との合成波が生成され、この合成波がカプラ８８に向かう。この合成波は、減衰器８９およびノッチフィルタ９０を経て、スペクトラムアナライザ９１によって検出される。
【００６１】
第１の実験では、ラインストレッチャ８５の長さを変えることによって、高周波スイッチ８７の位置における高調波の進行波と反射波との位相差を変えながら、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力とを測定した。ラインストレッチャ８５の長さを変えることは、位相調整用線路１６の長さを変えることに相当する。第１の実験による測定結果を図６に示す。図６における縦軸は、合成波の電力を表している。また、図６における横軸は、ラインストレッチャ８５の長さを所定の初期値としたときの合成波の位相とラインストレッチャ８５の長さを任意の値にしたときの合成波の位相との位相差、すなわち位相角を表している。なお、図６における横軸の数値は、周波数９００ＭＨｚの信号における位相の値で示している。従って、第２高調波についての合成波の位相角は図６における横軸の数値の２倍の値となり、第３高調波についての合成波の位相角は図６における横軸の数値の３倍の値となる。
【００６２】
図６において、第２高調波についての合成波の電力が極大値をとるとき、高周波スイッチ８７の位置における第２高調波の進行波と反射波との位相差はゼロになっていると考えられる。また、第２高調波についての合成波の電力が極小値をとるとき、高周波スイッチ８７の位置における第２高調波の進行波と反射波との位相差は１８０°になっていると考えられる。また、第３高調波についての合成波の電力が極大値をとるとき、高周波スイッチ８７の位置における第３高調波の進行波と反射波との位相差はゼロになっていると考えられる。また、第３高調波についての合成波の電力が極小値をとるとき、高周波スイッチ８７の位置における第３高調波の進行波と反射波との位相差は１８０°になっていると考えられる。
【００６３】
図６から、ラインストレッチャ８５の長さを変えることによって、第２高調波と第３高調波の各々に関して、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて、合成波の電力を小さくすることが可能であることが分かる。また、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となるようにラインストレッチャ８５の長さを選択することにより、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力を共に抑制することができる。図６に示した測定結果では、位相角が約１００°のときに、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となる。このとき、高周波スイッチ８７の位置における第２高調波の進行波と反射波との位相差はほぼ１８０°になり、且つ高周波スイッチ８７の位置における第３高調波の進行波と反射波との位相差もほぼ１８０°になっていると考えられる。このとき、第２高調波に関しては、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて合成波の電力を約２０ｄＢ低減することができ、第３高調波に関しては、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて合成波の電力を約８ｄＢ低減することができる。
【００６４】
また、図６から分かるように、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となるときの位相角の±１０°の範囲内では、第２高調波に関して、合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくすることができ、且つ、第３高調波に関して、合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて３ｄＢ以上小さくすることができる。なお、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となるときの位相角の±１０°の範囲とは、第２高調波に関しては、進行波と反射波との位相差がおよそ１６０°〜２００°となる範囲であり、第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差がおよそ１５０°〜２１０°となる範囲である。
【００６５】
また、図６から分かるように、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となるときの位相角の±５°の範囲内では、第２高調波に関して、合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１５ｄＢ以上小さくすることができ、且つ、第３高調波に関して、合成波の電力を、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて５ｄＢ以上小さくすることができる。なお、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力が共にほぼ極小値となるときの位相角の±５°の範囲とは、第２高調波に関しては、進行波と反射波との位相差がおよそ１７０°〜１９０°となる範囲であり、第３高調波に関して、進行波と反射波との位相差がおよそ１６５°〜１９５°となる範囲である。
【００６６】
以上の実験結果から、図１に示した高周波スイッチモジュール１によれば、位相調整用線路１６の長さを調整することによって、ＧＳＭ方式の送信信号に基づく高調波の周波数成分の電力を抑制できることが分かる。上述の進行波と反射波との位相差と、合成波の電力との関係は、そのまま図１に示した高周波スイッチモジュール１に当てはまる。
【００６７】
次に、第２の実験について説明する。第２の実験は、位相調整用線路１７の長さを調整することによって、ＤＣＳ方式の送信信号に基づく高調波を低減することができることを確認するために行った実験である。この第２の実験では、信号発生器８１によって、ＤＣＳ方式の送信信号を想定した周波数１７５０ＭＨｚの信号を発生させる。ＬＰＦ８４は、信号発生器８１から出力された周波数１７５０ＭＨｚの信号を通過させ、その高調波を遮断するものとする。信号発生器８１から出力された信号は、高周波電力増幅器８２、アイソレータ８３、ＬＰＦ８４、ラインストレッチャ８５、カプラ８６を経て、高周波スイッチ８７に入力される。高周波スイッチ８７に入力される信号の電力は３２ｄＢｍとする。
【００６８】
高周波スイッチ８７では、周波数１７５０ＭＨｚのｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波の進行波は、カプラ８６側とカプラ８８側とに進行する。カプラ８６側に進行した進行波は、カプラ８６およびラインストレッチャ８５を経てＬＰＦ８４に達し、このＬＰＦ８４においてほぼ全反射して反射波となる。この反射波は、再度、ラインストレッチャ８５およびカプラ８６を経て、高周波スイッチ８７に戻る。その結果、高周波スイッチ８７において、高調波の進行波と反射波との合成波が生成され、この合成波がカプラ８８に向かう。この合成波は、減衰器８９およびノッチフィルタ９０を経て、スペクトラムアナライザ９１によって検出される。
【００６９】
第２の実験では、ラインストレッチャ８５の長さを変えることによって、高周波スイッチ８７の位置における高調波の進行波と反射波との位相差を変えながら、第２高調波についての合成波の電力と第３高調波についての合成波の電力とを測定した。ラインストレッチャ８５の長さを変えることは、位相調整用線路１７の長さを変えることに相当する。第２の実験による測定結果を図７に示す。図７における縦軸は、合成波の電力を表している。また、図７における横軸は、ラインストレッチャ８５の長さを所定の初期値としたときの合成波の位相とラインストレッチャ８５の長さを任意の値にしたときの合成波の位相との位相差、すなわち位相角を表している。なお、図７における横軸の数値は、周波数１７５０ＭＨｚの信号における位相の値で示している。従って、第２高調波についての合成波の位相角は図７における横軸の数値の２倍の値となり、第３高調波についての合成波の位相角は図７における横軸の数値の３倍の値となる。
【００７０】
図６に示した測定結果に関する前述の説明は、図７に示した測定結果にも当てはまる。従って、図７に示した測定結果から、図１に示した高周波スイッチモジュール１によれば、位相調整用線路１７の長さを調整することによって、ＤＣＳＭ方式の送信信号に基づく高調波の周波数成分の電力を抑制できることが分かる。
【００７１】
次に、図８を参照して、高周波スイッチ２０単体の特性を調べた第３の実験について説明する。図８は、第３の実験で使用した測定システムの構成を示すブロック図である。この測定システム１００は、送信信号に相当する高周波信号を発生させる信号発生器１０１と、この信号発生器１０１の後段に順に接続された高周波電力増幅器１０２、アイソレータ１０３、ＬＰＦ１０４、カプラ１０５、デュプレクサ１０６、高周波スイッチ１０７、カプラ１０８、減衰器１０９およびスペクトラムアナライザ１１０を備えている。測定システム１００は、更に、カプラ１０５に接続されたパワーセンサ１１１と、デュプレクサ１０６に接続された５０Ωの終端抵抗１１２と、カプラ１０８に接続されたパワーセンサ１１３とを備えている。
【００７２】
高周波電力増幅器１０２は、信号発生器１０１から出力された信号を増幅する。アイソレータ１０３は、高周波電力増幅器１０２の出力信号をＬＰＦ１０４に伝送し、ＬＰＦ１０４から高周波電力増幅器１０２への信号の伝送を阻止する。ＬＰＦ１０４は、図１におけるＬＰＦ３０，４０に対応し、信号発生器１０１から出力された信号を通過させ、その高調波を遮断する。カプラ１０５は、ＬＰＦ１０４に対して、デュプレクサ１０６とパワーセンサ１１１とを結合させる。デュプレクサ１０６は、ＬＰＦ１０６Ｌと、ハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと記す。）１０６Ｈとを有している。ＬＰＦ１０６Ｌの一端はカプラ１０５に接続され、他端は高周波スイッチ１０７の一端に接続されている。ＨＰＦ１０６Ｈの一端は終端抵抗１１２に接続され、他端は高周波スイッチ１０７の一端に接続されている。高周波スイッチ１０７は、ＧａＡｓ・ＦＥＴを含み、導通状態と非導通状態とを選択できるようになっている。高周波スイッチ１０７は、図１における高周波スイッチ２０に対応する。カプラ１０８は、高周波スイッチ１０７に対して、減衰器１０９とパワーセンサ１１３とを結合させる。減衰器１０９は、通過する信号の電力を１０ｄＢ減衰させる。スペクトラムアナライザ１１０は、減衰器１０９を通過した信号のスペクトラムを検出する。パワーセンサ１１１は、高周波スイッチ１０７に入力される信号の電力を検出する。パワーセンサ１１３は、高周波スイッチ１０７から出力される信号の電力を検出する。
【００７３】
図９は、デュプレクサ１０６におけるＬＰＦ１０６ＬとＨＰＦ１０６Ｈの特性を簡略化して表している。ＬＰＦ１０６Ｌは、周波数９００ＭＨｚにおいて挿入損失が０．５ｄＢ以下、周波数９００ＭＨｚの信号の第２高調波の周波数である１．８ＧＨｚにおいて減衰量が５０ｄＢ以上、周波数９００ＭＨｚの信号の第３高調波の周波数である２．７ＧＨｚにおいて減衰量が５０ｄＢ以上となる特性を有している。ＨＰＦ１０６Ｈは、周波数９００ＭＨｚにおいて減衰量が５０ｄＢ以上、周波数１．８ＧＨｚにおいて挿入損失が０．５ｄＢ以下、周波数２．７ＧＨｚにおいて挿入損失が０．５ｄＢ以下となる特性を有している。
【００７４】
次に、図８に示した測定システムを用いた第３の実験の内容について説明する。第３の実験では、信号発生器１０１によって、ＧＳＭ方式の送信信号を想定した周波数９００ＭＨｚの信号を発生させる。信号発生器１０１から出力された信号は、高周波電力増幅器１０２、アイソレータ１０３、ＬＰＦ１０４、カプラ１０５、デュプレクサ１０６におけるＬＰＦ１０６Ｌを経て、高周波スイッチ１０７に入力される。高周波スイッチ１０７に入力される信号の電力は３４ｄＢｍとする。
【００７５】
高周波スイッチ１０７では、周波数９００ＭＨｚのｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の高調波が発生する。この高調波の進行波は、デュプレクサ１０６側とカプラ１０８側とに進行する。デュプレクサ１０６側に進行した進行波は、デュプレクサ１０６のＨＰＦ１０６を通過するが、終端抵抗１１２において反射せず、ＨＰＦ１０６には戻らない。カプラ１０８側に進行した進行波は、カプラ１０８および減衰器１０９を経て、スペクトラムアナライザ１１０によって検出される。
【００７６】
このように、第３の実験では、高周波スイッチ１０７によって発生された高調波の反射波の影響を排除して、高調波の進行波のみを検出する。第３の実験では、多数の高周波スイッチ１０７について、高調波のレベルを測定し、高調波のレベルと頻度（高周波スイッチ１０７の個数）との関係を求めた。その結果を図１０に示す。図１０において、横軸は、高調波のレベルをキャリア対スプリアス比（ｄＢｃ）で表している。ここで、キャリアは周波数９００ＭＨｚの信号であり、スプリアスは周波数９００ＭＨｚの信号の第２高調波である。キャリア対スプリアス比が大きいほど、高調波のレベルは小さい。図１０において、縦軸は頻度を表している。
【００７７】
ここで、図１０に示した実験結果から、高周波スイッチ１０７の歩留まりについて考察する。ＧＳＭの規格から、アンテナ端における高調波の周波数成分の電力の上限値を−３２ｄＢｍとする。この場合、高周波スイッチ１０７に入力される信号の電力を３４ｄＢｍとすると、キャリア対スプリアス比の下限は６６ｄＢｃとなる。通常、マージンが３ｄＢ程度必要であることから、このマージンを加えると、キャリア対スプリアス比の下限は６９ｄＢｃとなる。図１０に示した実験結果では、キャリア対スプリアス比が６９ｄＢｃ以上となる高周波スイッチ１０７の割合、すなわち歩留まりは約５０％である。
【００７８】
図６に示した実験結果から、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１によれば、周波数９００ＭＨｚの信号の第２高調波に関して、進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて合成波の電力を約２０ｄＢ低減することが可能である。このことから、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１によれば、図１０に示した実験結果のように反射波の影響を排除した場合に比べて、アンテナより出力される高調波の周波数成分の電力を約１０ｄＢ低減することが可能である。このようにアンテナより出力される高調波の周波数成分の電力が約１０ｄＢ低減されるとすると、図１０においてキャリア対スプリアス比が５９ｄＢｃ以上となる高周波スイッチ１０７が使用可能となり、歩留まりはほぼ１００％となる。
【００７９】
次に、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１と、ＰＩＮダイオードを用いた比較例の高周波スイッチモジュールとについて、回路の規模、大きさ、設計の難易度について比較する。
【００８０】
図１１は、比較例の高周波スイッチモジュール２０１の構成を示す回路図である。この高周波スイッチモジュール２０１は、図示しないアンテナに接続されるアンテナポート２０２と、送信信号ポート２０３，２０４と、受信信号ポート２０５，２０６と、ダイプレクサ２１０と、２つのＬＰＦ２２０，２３０と、２つのスイッチ部２４０，２５０とを備えている。送信信号ポート２０３，２０４は、それぞれ、ＧＳＭ方式の送信信号、ＤＣＳ方式の送信信号を入力する。受信信号ポート２０５，２０６は、それぞれ、ＧＳＭ方式の受信信号、ＤＣＳ方式の受信信号を出力する。スイッチ部２４０は、１つの電子的切替接点を有し、この電子的切替接点に対して、送信信号ポート２０３と受信信号ポート２０５の一方を選択的に接続する。スイッチ部２５０は、１つの電子的切替接点を有し、この電子的切替接点に対して、送信信号ポート２０４と受信信号ポート２０６の一方を選択的に接続する。
【００８１】
ダイプレクサ２１０は、アンテナポート２０２に接続される第１のポートと、ＧＳＭ方式の送信信号および受信信号を入出力する第２のポートと、ＤＣＳ方式の送信信号、受信信号を入出力する第３のポートとを有している。ダイプレクサ２１０は、更に、一端が第１のポートに接続され、他端が第２のポートに接続されたインダクタ２１１と、一端が第１のポートに接続され、他端が第２のポートに接続されたキャパシタ２１２と、一端が第２のポートに接続され、他端が接地されたキャパシタ２１３とを有している。これらは、ＧＳＭ方式の信号を通過させ、ＤＣＳ方式の信号を遮断するＬＰＦを構成している。ダイプレクサ２１０は、更に、一端が第１のポートに接続されたキャパシタ２１４と、一端がキャパシタ２１４の他端に接続され、他端が第３のポートに接続されたキャパシタ２１５と、一端がキャパシタ２１４の他端に接続されたインダクタ２１６と、一端がインダクタ２１６の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ２１７とを有している。これらは、ＤＣＳ方式の信号を通過させ、ＧＳＭ方式の信号を遮断するＨＰＦを構成している。
【００８２】
ＬＰＦ２２０は、一端がダイプレクサ２１０の第２のポートに接続され、他端がスイッチ部２４０の電子的切替接点に接続されたインダクタ２２１と、一端がダイプレクサ２１０の第２のポートに接続され、他端がスイッチ部２４０の電子的切替接点に接続されたキャパシタ２２２と、一端がスイッチ部２４０の電子的切替接点に接続され、他端が接地されたキャパシタ２２３とを有している。
【００８３】
スイッチ部２４０は、カソードが電子的切替接点に接続され、アノードが送信信号ポート２０３に接続されたＰＩＮダイオード２４１と、一端が電子的切替接点に接続されたキャパシタ２４２と、一端がキャパシタ２４２の他端に接続され、他端が送信信号ポート２０３に接続されたインダクタ２４３と、一端が送信信号ポート２０３に接続されたインダクタ２４４と、一端がインダクタ２４４の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ２４５と、インダクタ２４４とキャパシタ２４５との接続点に接続された制御端子２０７とを有している。スイッチ部２４０は、更に、一端が電子的切替接点に接続され、他端が受信信号ポート２０５に接続されたインダクタ２４６と、アノードが受信信号ポート２０５に接続されたＰＩＮダイオード２４７と、一端がＰＩＮダイオード２４７のカソードに接続され、他端が接地されたキャパシタ２４８と、一端がＰＩＮダイオード２４７のカソードに接続され、他端が接地された抵抗器２４９とを有している。
【００８４】
ＬＰＦ２３０は、一端がダイプレクサ２１０の第３のポートに接続され、他端がスイッチ部２５０の電子的切替接点に接続されたインダクタ２３１と、一端がダイプレクサ２１０の第３のポートに接続され、他端がスイッチ部２５０の電子的切替接点に接続されたキャパシタ２３２と、一端がスイッチ部２５０の電子的切替接点に接続され、他端が接地されたキャパシタ２３３とを有している。
【００８５】
スイッチ部２５０は、カソードが電子的切替接点に接続され、アノードが送信信号ポート２０４に接続されたＰＩＮダイオード２５１と、一端が電子的切替接点に接続されたキャパシタ２５２と、一端がキャパシタ２５２の他端に接続され、他端が送信信号ポート２０４に接続されたインダクタ２５３と、一端が送信信号ポート２０４に接続されたインダクタ２５４と、一端がインダクタ２５４の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタ２５５と、インダクタ２５４とキャパシタ２５５との接続点に接続された制御端子２０８とを有している。スイッチ部２５０は、更に、一端が電子的切替接点に接続され、他端が受信信号ポート２０６に接続されたインダクタ２５６と、アノードが受信信号ポート２０６に接続されたＰＩＮダイオード２５７と、一端がＰＩＮダイオード２５７のカソードに接続され、他端が接地されたキャパシタ２５８と、一端がＰＩＮダイオード２５７のカソードに接続され、他端が接地された抵抗器２５９とを有している。
【００８６】
高周波スイッチモジュール２０１では、制御端子２０７に印加される制御信号がハイレベルのときには、ダイオード２４１，２４７が導通状態となり、送信信号ポート２０３が、ＬＰＦ２２０およびダイプレクサ２１０を介してアンテナポート２０２に接続される。また、制御端子２０７に印加される制御信号がローレベルのときには、ダイオード２４１，２４７が非導通状態となり、受信信号ポート２０５が、ＬＰＦ２２０およびダイプレクサ２１０を介してアンテナポート２０２に接続される。また、制御端子２０８に印加される制御信号がハイレベルのときには、ダイオード２５１，２５７が導通状態となり、送信信号ポート２０４が、ＬＰＦ２３０およびダイプレクサ２１０を介してアンテナポート２０２に接続される。また、制御端子２０８に印加される制御信号がローレベルのときには、ダイオード２５１，２５７が非導通状態となり、受信信号ポート２０６が、ＬＰＦ２３０およびダイプレクサ２１０を介してアンテナポート２０２に接続される。
【００８７】
比較例の高周波スイッチモジュール２０１では、３１個の素子が使用されている。このうち、例えば２３個程度の素子が多層基板内に形成される。これに対し、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１では、１７個の素子が使用されている。このうち、例えば１１個程度の素子が多層基板内に形成される。このように、比較例の高周波スイッチモジュール２０１では、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１に比べて、回路が複雑であり、そのため、設計が難しくなると共に、小型化が難しくなる。特に、比較例の高周波スイッチモジュール２０１では、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１に比べて、インダクタやキャパシタが多い。そのため、比較例の高周波スイッチモジュール２０１では、インダクタ同士の結合や浮遊容量が発生しやすく、目標とする特性を得るまでの試作の回数が多くなる。また、これにより、開発コストの増加や製品の市場投入の遅れ等の問題が生じる。これに対し、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１では、構成が簡単で、設計も容易である。これにより、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１によれば、比較例の高周波スイッチモジュール２０１に比べて、開発に要する時間を例えば半分程度に短縮することが可能になる。
【００８８】
また、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１では、ＩＣ化された高周波スイッチ２０の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスが広帯域で５０Ωとなるように整合されている点からも、設計が容易になる。
【００８９】
また、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１では、素子数が少なく、また、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いた高周波スイッチ２０のチップサイズは縦１ｍｍ、横１ｍｍ程度である。そのため、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１は、容易に小型化することができる。
【００９０】
また、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチの消費電流は１０ｍＡ程度であるのに対し、ＧａＡｓ・ＦＥＴを用いたスイッチの消費電流は１０μＡ以下で済む。従って、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１によれば、比較例の高周波スイッチモジュール２０１に比べて、消費電力を低減することができる。
【００９１】
ＧａＡｓ・ＦＥＴは、大電力の送信信号の通過時に高調波を発生する。しかし、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１によれば、既に詳しく説明したように、アンテナから送出される高調波の周波数成分の電力を抑制することができる。
【００９２】
また、本実施の形態に係る高周波スイッチモジュール１では、サージ抑制素子としてのインダクタ１８を設けているので、サージによって高周波スイッチ２０が破損されることを防止することができる。なお、サージ抑制素子としては、バリスタ、ツェナーダイオード、トランジェント電圧サプレッサ等の他の素子を用いてもよい。
【００９３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、高周波スイッチは、半導体スイッチ素子としてＧａＡｓ・ＦＥＴを含むものに限らず、他の種類の半導体スイッチ素子を含むものであってもよい。
【００９４】
また、各実施の形態で挙げた周波数帯域の組み合わせは一例であり、本発明は、他の周波数帯域の組み合わせに対しても適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波スイッチモジュールおよび高周波スイッチモジュール用多層基板によれば、構成が簡単で、設計が容易で、且つ高調波の周波数成分の電力を抑制できるようにした高周波スイッチモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高周波スイッチモジュールの回路構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１における高周波スイッチの構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る高周波スイッチモジュールの外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示した多層基板の内部の導体層の一部の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る高周波スイッチモジュールの効果を確認するための第１および第２の実験で使用した測定システムの構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実験による測定結果を示す特性図である。
【図７】第２の実験による測定結果を示す特性図である。
【図８】高周波スイッチ単体の特性を調べる第３の実験で使用した測定システムの構成を示すブロック図である。
【図９】図８におけるデュプレクサにおけるＬＰＦとＨＰＦの特性を簡略化して表す説明図である。
【図１０】第３の実験の結果を示す特性図である。
【図１１】比較例の高周波スイッチモジュールの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１…高周波スイッチモジュール、２…アンテナポート、３，４…送信信号ポート、５，６…受信信号ポート、１６，１７…位相調整用線路、２０…高周波スイッチ、３０，４０…ＬＰＦ、５１〜５４…ＧａＡｓ・ＦＥＴ。

Claims (10)

1. アンテナに接続されるアンテナポートと、
   複数の周波数帯域の各々における送信信号を入力する複数の送信信号ポートと、
   複数の周波数帯域の各々における受信信号を出力する複数の受信信号ポートと、
   半導体スイッチ素子を含み、前記アンテナポートに対して、前記複数の送信信号ポートおよび複数の受信信号ポートのいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
   それぞれ前記高周波スイッチと各送信信号ポートとの間に設けられ、各送信信号ポートに入力される送信信号を通過させ、前記送信信号に基づく高調波を遮断する複数のローパスフィルタと、
   それぞれ前記高周波スイッチと各ローパスフィルタとを接続する複数の位相調整用線路とを備え、
   前記各位相調整用線路は、前記高周波スイッチの位置において、前記送信信号に基づいて前記高周波スイッチで発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波が前記ローパスフィルタで反射して発生する反射波との合成波の電力が、前記進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、前記進行波と反射波との位相差を調整するものであることを特徴とする高周波スイッチモジュール。
2. 前記位相調整用線路は、第２高調波に関して、前記合成波の電力が、前記進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１０ｄＢ以上小さくなるように、前記進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、前記合成波の電力が、前記進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて３ｄＢ以上小さくなるように、前記進行波と反射波との位相差を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチモジュール。
3. 前記位相調整用線路は、第２高調波に関して、前記合成波の電力が、前記進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて１５ｄＢ以上小さくなるように、前記進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、前記合成波の電力が、前記進行波と反射波との位相差がゼロである場合に比べて５ｄＢ以上小さくなるように、前記進行波と反射波との位相差を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチモジュール。
4. アンテナに接続されるアンテナポートと、
   複数の周波数帯域の各々における送信信号を入力する複数の送信信号ポートと、
   複数の周波数帯域の各々における受信信号を出力する複数の受信信号ポートと、
   半導体スイッチ素子を含み、前記アンテナポートに対して、前記複数の送信信号ポートおよび複数の受信信号ポートのいずれかを選択的に接続する高周波スイッチと、
   それぞれ前記高周波スイッチと各送信信号ポートとの間に設けられ、各送信信号ポートに入力される送信信号を通過させ、前記送信信号に基づく高調波を遮断する複数のローパスフィルタと、
   それぞれ前記高周波スイッチと各ローパスフィルタとを接続する複数の位相調整用線路とを備え、
   前記各位相調整用線路は、前記高周波スイッチの位置において、前記送信信号に基づいて前記高周波スイッチで発生した少なくとも１つの周波数の高調波の進行波と、この進行波が前記ローパスフィルタで反射して発生する反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、前記進行波と反射波との位相差を調整するものであることを特徴とする高周波スイッチモジュール。
5. 前記位相調整用線路は、第２高調波に関して、前記進行波と反射波との位相差が１６０°〜２００°の範囲内となるように、前記進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、前記進行波と反射波との位相差が１５０°〜２１０°の範囲内となるように、前記進行波と反射波との位相差を調整することを特徴とする請求項４記載の高周波スイッチモジュール。
6. 前記位相調整用線路は、第２高調波に関して、前記進行波と反射波との位相差が１７０°〜１９０°の範囲内となるように、前記進行波と反射波との位相差を調整し、且つ、第３高調波に関して、前記進行波と反射波との位相差が１６５°〜１９５°の範囲内となるように、前記進行波と反射波との位相差を調整することを特徴とする請求項４記載の高周波スイッチモジュール。
7. 前記位相調整用線路は、分布定数線路を含んでいることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
8. 前記高周波スイッチは、前記半導体スイッチ素子としてトランジスタを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
9. 前記トランジスタは、ＧａＡｓ化合物半導体による電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項８記載の高周波スイッチモジュール。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の高周波スイッチモジュールに用いられる多層基板であって、
    前記アンテナポート、送信信号ポート、受信信号ポート、ローパスフィルタおよび位相調整用線路を含み、前記高周波スイッチが実装されることによって高周波スイッチモジュールを完成させることを特徴とする高周波スイッチモジュール用多層基板。

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