JP2005277515A

JP2005277515A - アンテナ切り換え回路装置

Info

Publication number: JP2005277515A
Application number: JP2004084272A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Okamoto; 哲也岡元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】アンテナ切り換え回路のみで減衰極を発現させ、インダクタンスの値も１ｎＨ以下のような小さな値でなく、製造時のばらつきに対しても減衰極が大きく変化することのないアンテナ切り換え回路を提供すること。
【解決手段】アンテナ端子１は、送信時のみにＯＮ動作を行なう第１のスイッチ素子４を介して送信信号端子２に接続されるとともに、第１のスイッチ素子４との接続部に第１のストリップ線路６を介して受信信号端子３および第２のストリップ線路７を介して接地容量８がそれぞれ接続されており、受信信号端子３は、第１のストリップ線路６との間の接続配線に送信時のみにＯＮ動作を行なう第２のスイッチ素子５が接続されるとともに第２のスイッチ素子５が接地されており、第２のストリップ線路７と接地容量８との直列共振回路により発現する減衰極が、送信信号端子２より入力される送信信号の周波数の３倍である。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末機等に用いられる、送信と受信の信号を切り換えるアンテナ切り換え回路装置に関するものである。

従来、送信と受信の信号を切り換えるアンテナ切り換え回路装置としては、ＧａＡｓを用いた半導体スイッチやＰＩＮダイオードとストリップ線路とを組み合わせたスイッチが用いられてきた。また、内部に複数の電極を内蔵させた積層体の上面に、ダイオードや抵抗などの部品を実装してフィルタやダイプレクサなどと組み合わせることにより、ＲＦモジュールとしても製品化されている。

このようなアンテナ切り換え回路として、例えば特許文献１には、スイッチ回路に接続されたローパスフィルタ回路の二つのシャントコンデンサのうちいずれか一方のシャントコンデンサに伝送線路を直列に接続し、シャントコンデンサと伝送線路との直列共振周波数を送信周波数のｎ倍波（ｎ＝２, ３, ４,・・・）と等しい周波数に設定することにより、ローパスフィルタのｎ倍波の減衰作用をサポートできるというものである。

また、ローパスフィルタ回路のシャントコンデンサに電気的に直列に接続された伝送線路の値は小さくても良いため、ビアホールにて構成することができるというものである。

また、複数の誘電体層と送受信用スイッチ回路の伝送線路とを積層して構成した積層体に、ローパスフィルタ回路のシャントコンデンサに電気的に直列に接続された伝送線路であるビアホールを内蔵し、積層体表面にダイオードを搭載することにより、部品内に必要な回路を内蔵できるため、小型で性能の優れた高周波スイッチを得ることができるというものである。

また、図３は従来のアンテナ切り換え回路装置の回路構成を示す回路図であり、１ａはアンテナ端子、２ａは送信信号端子、３ａは受信信号端子、４ａは第１のスイッチ素子、５ａは第２のスイッチ素子、６ａは第１のストリップ線路、８ａは接地容量、９ａは制御端子である。

また、第１のストリップ線路６ａと接地容量８ａは、送信信号の周波数付近において、並列共振となるようにに設定される。以下に送信時、受信時の動作について説明する。

送信時においては制御端子９ａから電源が供給され、第１のスイッチ素子４ａおよび第２のスイッチ素子５ａがＯＮ状態となり、第１のスイッチ素子４ａが導通状態となるとともに、第１のストリップ線路６ａが第２のスイッチ素子５ａを介して接地されることから、送信信号の周波数付近においては、接地容量８ａと第１のストリップ線路６ａとでアンテナ端子１ａに対して並列共振回路が構成される。この並列共振回路がアンテナ端子１ａに対してはオープン状態と等価となるため、送信信号端子２ａに入力された送信信号を受信信号端子３ａに漏らすことなくアンテナ端子１ａに導くことができるというものである。
特開２００１−２９２０７５号公報

しかしながら、上記従来の例においては、送信周波数のｎ倍波の減衰極を発現している為に、スイッチ回路単体では減衰極を発現することができない。

また、シャントコンデンサに電気的に直列に接続された伝送線路を、ビアホールにて構成した場合は、ビアホールにより生じるインダクタンス成分はビアホールの長さやビアホール径などで決定されることとなる。ビアホールの長さは高周波スイッチ自体の厚みで制限され、ビアホールの径は一般的に積層される誘電体層の厚みで制限されるため、ビアホール自体は積層体固有のであまり自由度の少ないパラメータとなるため、ビアホールによるインダクタンス成分の設計範囲が制限される。また、ビアホールにより生じるインダクタンス成分は１ｎＨ以下程度と小さな値となるため、ストリップラインなどで１ｎＨ以上のインダクタンスを形成する場合に比べ、製造時のばらつきに対して影響を受けやすく、製造時のばらつきにより減衰極が大きく変化してしまうという問題点があった。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、アンテナ切り換え回路装置のみで減衰極を発現させ、インダクタンスの値もビアホールにより生じるインダクタンス成分のみで形成できるような１ｎＨ以下のような小さな値でなく、ストリップラインで形成する１ｎＨ以上の値となり、製造時のばらつきに対しても減衰極が大きく変化することのないアンテナ切り換え回路装置を提供することにある。

本発明のアンテナ切り換え回路装置は、送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナが接続されるアンテナ端子と、外部の送信回路に接続される送信信号端子と、外部の受信回路に接続される受信信号端子とを具備しており、前記アンテナ端子は、送信時のみにＯＮ動作を行なう第１のスイッチ素子を介して前記送信信号端子に接続されており、前記アンテナ端子と前記第１のスイッチ素子との接続部に、前記受信信号端子が第１のストリップ線路を介して接続されているとともに接地容量が第２のストリップ線路を介して接続されており、前記受信信号端子は、前記第１のストリップ線路との間の接続配線に送信時のみにＯＮ動作を行なう接地されている第２のスイッチ素子が接続されており、前記第２のストリップ線路と前記接地容量との直列共振回路により発現する減衰極が、前記送信信号端子に入力される送信信号の周波数の３倍であることを特徴とする。

本発明のアンテナ切り換え回路装置によれば、送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナが接続されるアンテナ端子と、外部の送信回路に接続される送信信号端子と、外部の受信回路に接続される受信信号端子とを具備しており、アンテナ端子は、送信時のみにＯＮ動作を行なう第１のスイッチ素子を介して送信信号端子に接続されており、アンテナ端子と第１のスイッチ素子との接続部に、受信信号端子が第１のストリップ線路を介して接続されているとともに接地容量が第２のストリップ線路を介して接続されており、受信信号端子は、第１のストリップ線路との間の接続配線に送信時のみにＯＮ動作を行なう接地されている第２のスイッチ素子が接続されており、第２のストリップ線路と接地容量との直列共振回路により発現する減衰極が、送信信号端子に入力される送信信号の周波数の３倍であることから、送信時においては第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とがＯＮ状態となり、第１のストリップ線路が第２のスイッチ素子を介して接地されることから、送信信号の周波数付近においては、第２のストリップ線路と接地容量とが直列接続された回路により形成される容量成分と、第１のストリップ線路とでアンテナ端子に対して並列共振回路が構成される。

この並列共振回路がアンテナ端子に対して、オープン状態と等価となるため、送信信号端子に入力された送信信号を受信信号端子に漏らすことなくアンテナ端子に導くことができる。

また、第２のストリップ線路と接地容量とが直列接続された回路は、送信信号の周波数においては容量成分となる。しかし、送信信号の３倍の周波数においては直列共振を起こすように設定されており、ショート状態と等価となるためにノッチとして動作することにより、アンテナ切り換え回路装置のみで減衰極が発現することができる。

例えば、ＧＳＭシステム（８８０〜９６０ＭＨｚ）とＤＣＳシステム（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）のデュアルバンド機のようなシステムの場合、ＧＳＭシステム（８８０〜９６０ＭＨｚ）の送信時においては、ダイプレクサの減衰極により送信信号の２倍波が減衰され、本発明のアンテナ切り換え回路装置の３倍の減衰極により送信信号の３倍波が減衰されるため、パワーアンプからの２倍波および３倍波を減衰極により効果的に減衰できることから、送信信号の経路にローパスフィルタを設ける必要がなくなり、ＧＳＭシステム（８８０〜９６０ＭＨｚ）の送信時の損失を減らすことができる。

本発明のアンテナ切り換え回路装置を以下に詳細に説明する。

図１は本発明のアンテナ切り換え回路装置の回路構成を示す回路図であり、１はアンテナ端子、２は送信信号端子、３は受信信号端子、４は第１のスイッチ素子、５は第２のスイッチ素子、６は第１のストリップ線路、７は第２のストリップ線路、８は接地容量、９は制御端子である。

また、第１のストリップ線路６，第２のストリップ線路７および接地容量８は、送信信号の周波数付近において、第２のストリップ線路７と接地容量８とが直列接続して構成される回路（以下、直列接続回路ともいう）の容量成分と第１のストリップ線路６との間に並列共振となるように設定される。さらに、送信信号の３倍の周波数においては、直列接続回路が直列共振となるように設定される。以下に送信時、受信時の動作について説明する。

送信時においては制御端子９から電源が供給され、第１のスイッチ素子４および第２のスイッチ素子５がＯＮ状態となり、第１のスイッチ素子４が導通状態となるとともに、、第１のストリップ線路６が第２のスイッチ素子５を介して接地されることから、送信信号の周波数付近においては、直列接続回路により生じる容量成分と、第１のストリップ線路６とでアンテナ端子１に対して並列共振回路が構成される。この並列共振回路がアンテナ端子１に対してオープン状態と等価となるため、送信信号端子２に入力された送信信号を受信信号端子３に漏らすことなくアンテナ端子１に導くことができる。

また、直列接続回路は送信信号の周波数においては容量成分となる。しかし、送信信号の３倍の周波数においては直列共振を起こすように設定されており、ショート状態と等価となるために、ノッチとして動作することにより、アンテナ切り換え回路装置のみで送信信号の３倍の周波数に減衰極を発現することができる。

アンテナ端子１と送信信号端子２の間に送信周波数の略３倍の周波数に減衰極が発現する。また、第２のストリップ線路７は比誘電率１０程度で厚み０．７ｍｍ程度のセラミック基板の中にストリップ線路の形状にて内蔵化した場合の長さは約１ｍｍ程度が好ましい。

受信時においては、制御端子９からは電源が供給されないため、第１のスイッチ素子４と第２のスイッチ素子５がＯＦＦ状態となり、受信信号はアンテナ端子１から受信信号端子３へと導かれる。

図４は、ＧＳＭシステム（８８０〜９６０ＭＨｚ）において、図１の本発明のアンテナ切り換え回路装置と、図３の従来のアンテナ切り換え回路装置の周波数特性とを示す線図（グラフ）である。図４において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は入力から出力への信号通過量（単位：ｄＢ）を表わしている。また、図４において、Ａは図１に示す本発明のアンテナ切り換え回路装置の例を周波数−信号通過特性、Ｂは図３に示す従来のアンテナ切り換え回路装置の周波数−信号通過特性を示したものである。

図３に示す結果より、本発明のアンテナ切り換え回路装置においては、従来のアンテナ切り換え回路装置に比べ、送信信号の周波数（８２４〜９１５ＭＨｚ）の信号の通過特性に影響することなく、新たに送信信号の３倍の周波数（２４７２〜２７４５ＭＨｚ）付近に新たに減衰極が発現しているのがわかる。

また、図２は本発明のアンテナ切り換え回路装置を多層基板の内部にストリップライン線路や接地容量を形成し、構成した場合の例を示す分解斜視図であり、１はアンテナ端子、２は送信信号端子、３は受信信号端子、４は第１のスイッチ素子、５は第２のスイッチ素子、６は第１のストリップ線路、７は第２のストリップ線路、８は接地容量、９は制御端子、１０は接地容量電極、１１は接地電極、１２は多層基板である。接地容量８は接地容量電極１０と接地電極１１を対向させることにより生じる容量成分である。多層基板１２の表面に、アンテナ端子１，送信信号端子２，受信信号端子３および制御端子９を電極パターンにて形成するとともに、第１のスイッチ素子４と第２のスイッチ素子５を実装している。また、多層基板１２の内部に、第１のストリップ線路６，第２のストリップ線路７，接地容量８，接地容量電極１０および接地電極１１を形成している。このように多層基板を用いて本発明のアンテナ切り換え回路装置を構成した場合は、多くの素子を多層基板内に形成し、端子や部品を表面に設けることが出来るため、小型のアンテナ切り換え回路装置とすることができる。

したがって、本発明のアンテナ切り換え回路装置においては送信時においては制御端子９から電源が供給され、第１のスイッチ素子４および第２のスイッチ素子５がＯＮ状態となり、第１のスイッチ素子４が導通状態となるとともに、第１のストリップ線路６が第２のスイッチ素子５を介して接地されることから、送信信号の周波数付近においては、直列接続回路により生じる容量成分と、第１のストリップ線路６とでアンテナ端子１に対して並列共振回路が構成される。この並列共振回路がアンテナ端子１に対してオープン状態と等価となるため、送信信号端子２に入力された送信信号を受信信号端子３に漏らすことなくアンテナ端子１に導くことができる。

また、第２のストリップ線路７の長さを１ｍｍ程度とするのがよく、ビアなどで形成する場合に比べ、製造上のばらつきの影響を受けにく、減衰極も安定しやすいものとすることができる。

また、ＧＳＭシステム（８８０〜９６０ＭＨｚ）ＤＣＳシステム（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）のデュアルバンド機のようなシステムに本発明を用いた場合は、ＧＳＭシステムの送信信号の２倍の周波数（１６４８〜１８３０ＭＨｚ）の信号はダイプレクサで減衰され、３倍の周波数（２４７２〜２７４５ＭＨｚ）の信号は本発明のアンテナ切り換え回路装置にて減衰できるため、図６に示すような従来のデュアルバンドのような構成から、図５に示すようなＧＳＭ送信信号端子に接続されるＬＰＦを不要とする構成にすることができ、全体の構成を簡略化することができる。

また、第２のストリップ線路７と接地容量８により生じる減衰極を、送信信号の略３倍の周波数以外の周波数、例えば送信信号の略４倍の周波数に設定した場合は、送信信号の略４倍の周波数に減衰極が発現し、送信信号の略４倍波を減衰させることができる。

なお、本発明のアンテナ切り換え回路装置は、アンテナ切り換え回路装置を構成する基板の誘電体層がセラミックスから成る場合であれば、セラミックグリーンシート形成後に各誘電体層となるセラミックグリーンシートに所定の孔開け加工を施すとともに各電極のパターン形状および貫通導体となる貫通孔やグリーンシートの側面等に導体ペーストを塗布し、これらを積層して焼成することによって製作される。また誘電体層には、アルミナセラミックス・ムライトセラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料も用いることもできる。アンテナ端子１，送信信号端子２，受信信号端子３，第１のストリップ線路６，第２のストリップ線路７，接地容量８を形成する電極，制御端子９のような導体については、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅は、アンテナ切り換え回路装置に要求される特性や用途等に応じて設定され、装置の小型化をはかるために第１のストリップ線路６，第２のストリップ線路７，接地容量８を形成する電極、それぞれの電極を接続するための電極等は誘電体の内部に内蔵される。特に誘電体層にガラスセラミックス系の材料を用いた場合は、誘電体自体の誘電正接が他の材料に比べ小さく、焼成温度が低くできるため導体にＣｕやＡｇなどの導電率のよい材料を用いることが出来るため、高周波特性のよいアンテナ切り換え回路装置を得ることができる。

また、アンテナ切り換え回路装置を構成する基板の誘電体層が、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂のような樹脂から成る場合であれば、樹脂基板を用い、その表面に被着させた銅箔をエッチングして各電極パターンの形成を行ない、層間接続用ビア導体を形成して積層プレスすることによって製作される。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、ダイオードの方向を変えバイアスの方向を変更したり、減衰極を送信信号の任意の周波数に設定しても構わない。

本発明のアンテナ切り換え回路装置の実施の形態の一例を示す回路図である。本発明のアンテナ切り換え回路装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。従来のアンテナ切り換え回路装置の例を示す回路図である。図１および図２に示すアンテナ切り換え回路装置の周波数特性を示すグラフである。本発明のアンテナ切り換え回路装置を用いたデュアルバンド対応のフロントエンド部分周辺のブロック回路図である。従来のアンテナ切り換え回路装置を用いたデュアルバンド対応のフロントエンド部分周辺のブロック回路図である。

符号の説明

１・・・アンテナ端子
２・・・送信信号端子
３・・・受信信号端子
４・・・第１のスイッチ素子
５・・・第２のスイッチ素子
６・・・第１のストリップ線路
７・・・第２のストリップ線路
８・・・接地容量
９・・・制御端子
１０・・・接地容量電極
１１・・・接地電極
１２・・・多層基板

Claims

送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナが接続されるアンテナ端子と、外部の送信回路に接続される送信信号端子と、外部の受信回路に接続される受信信号端子とを具備しており、前記アンテナ端子は、送信時のみにＯＮ動作を行なう第１のスイッチ素子を介して前記送信信号端子に接続されており、前記アンテナ端子と前記第１のスイッチ素子との接続部に、前記受信信号端子が第１のストリップ線路を介して接続されているとともに接地容量が第２のストリップ線路を介して接続されており、前記受信信号端子は、前記第１のストリップ線路との間の接続配線に送信時のみにＯＮ動作を行なう接地されている第２のスイッチ素子が接続されており、前記第２のストリップ線路と前記接地容量との直列共振回路により発現する減衰極が、前記送信信号端子に入力される送信信号の周波数の３倍であることを特徴とするアンテナ切り換え回路装置。