JP2013106128A - フロントエンドモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数帯域で共有される出力端子を備え、挿入損失が抑制されたフロントエンドモジュールを提供する。
【解決手段】フロントエンドモジュール１０は、アンテナ端子１２、出力端子３０と、第１端子１６を介してアンテナ端子１２に接続され、第１端子１６を第２端子１８又は第３端子２０に選択的に接続するスイッチ１４と、第２端子１８と出力端子３０間の第１伝送路Ｐ１と、第３端子２０と出力端子３０間の第２伝送路Ｐ２と、第１伝送路Ｐ１上に設けられ、第１の通過帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ２４と、第２伝送路Ｐ２上に設けられ、第１の通過帯域とは異なる第２の通過帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ２６と、バンドパスフィルタ２４、２６と出力端子３０との間に配置された整合回路２８と、第２端子１８とバンドパスフィルタ２４との間に配置された移相器２２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はフロントエンドモジュールに関し、特に、マルチバンド対応の通信装置において用いられるフロントエンドモジュールに関する。

複数の通信方式を利用して通話やデータ送受信を行うことができるマルチバンド対応の携帯電話機が普及している。このようなマルチバンド対応の携帯電話機は、高周波スイッチ、フィルタ、増幅素子等から成るＲＦ回路を単一のパッケージに複合化したフロントエンドモジュールを備えることが一般的であり、このフロントエンドモジュールにより、複数の周波数帯域の信号が重畳されたマルチバンド受信信号を周波数帯域ごとに分離して後段の受信機に出力する。

増幅素子を複数の周波数帯で共用してフロントエンドモジュールを小型化するために、出力端子を複数の周波数帯で共用化したフロントエンドモジュールの開示例がある。例えば、特開２００５−６４７７８号公報（特許文献１）には、互いに異なる周波数帯域を通過帯域とする一組のバンドパスフィルタを共通の入力端子と共通の出力端子との間に並列に配置し、この一組のバンドパスフィルタの入力側と出力側のそれぞれにスイッチを接続して構成されたフロントエンドモジュールが開示されている（特許文献１の図８−Ｂ参照）。

特開２００５−６４７７８号公報

特許文献１に記載されたフロントエンドモジュールは、フィルタの入力側と出力側のそれぞれにスイッチを設けているため、このフィルタを通過する受信信号がスイッチを通過するたびに減衰され、モジュールの挿入損失が増加する。そこで、本発明の様々な実施形態によって、複数の周波数帯域で共有される出力端子を備え、挿入損失が抑制されたフロントエンドモジュールを提供する。その他の課題は、下記の詳細な説明、添付図面等の記載から理解される。

本発明の一実施態様に係るフロントエンドモジュールは、少なくともアンテナからの受信信号が入力されるアンテナ端子と、出力端子と、第１端子、第２端子、及び第３端子を有し、前記第１端子を介して前記アンテナ端子に接続され、前記第１端子を前記第２端子又は前記第３端子に選択的に接続するスイッチと、前記第２端子と前記出力端子との間で前記受信信号を伝送する第１伝送路と、前記第３端子と前記出力端子との間で前記受信信号を伝送する第２伝送路と、前記第１伝送路上に設けられ、前記受信信号のうち第１の通過帯域の信号を通過させる第１フィルタと、前記第２伝送路上に設けられ、前記受信信号のうち前記第１の通過帯域とは異なる第２の通過帯域の信号を通過させる第２フィルタと、前記第１及び第２フィルタと前記出力端子との間に配置された整合回路と、前記第２端子と前記第１フィルタとの間に配置された第１の移相器と、を備える。

本発明の様々な実施態様によれば、複数の周波数帯域で共有される出力端子を備え、挿入損失が抑制されたフロントエンドモジュールを提供できる。

本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュールを示す回路図 第２端子１８から見たバンドパスフィルタ２４側の回路の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャート バンドパスフィルタ２４の動作時における本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュールの減衰特性を表すグラフ 移相器を備えていないフロントエンドモジュールの減衰特性を表すグラフ バンドパスフィルタ２６の動作時における本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュールの減衰特性を表すグラフ

本発明の様々な実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール１０を表す回路図である。図示のとおり、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール１０は、アンテナ端子１２に接続されたスイッチ１４と、スイッチ１４の後段にスイッチ用整合回路２１を介して接続されたバンドパスフィルタ２４、２６と、バンドパスフィルタ２４、２６の出力側に接続された整合回路２８と、出力端子３０とを備える。不図示のアンテナからアンテナ端子１２を介して入力されたマルチバンド信号は、スイッチ１４のスイッチング動作に従ってバンドパスフィルタ２４、２６の一方に選択的に伝送される。各バンドパスフィルタ２４、２６は、スイッチ１４からの信号のうちそれぞれの通過帯域の信号を通過させる。バンドパスフィルタ２４、２６を通過した信号は、出力端子３０から後段の受信機に出力される。一実施形態において、バンドパスフィルタ２４とスイッチ１４との間には、後述の移相器２２が配置される。一態様におけるスイッチ用整合回路２１は、スイッチ１４の端子に接続された複数のインダクタを含む。

一実施形態におけるスイッチ１４は、例えば、アンテナ端子１２に接続された第１端子１６と第２端子１８と第３端子２０とを備えるＳＰＤＴ（Single Pole Dual Throw）型のスイッチである。スイッチ１４は、電圧を供給するための電圧供給用端子（不図示）と、制御信号を入力するための制御用端子（不図示）をさらに備え、この制御用端子から入力される制御信号に基づいて、第１端子１６が、第２端子１８又は第３端子２０の一方と選択的に接続されるように構成される。スイッチ１４の端子数は、回路構成に応じて任意に設定することができる。例えば、スイッチ１４は、ＳＰ３Ｔスイッチ、ＳＰ４Ｔスイッチ、ＳＰ８Ｔスイッチ、ＤＰＤＴスイッチ、又はＤＰ４Ｔスイッチとすることができる。スイッチ１４を構成するスイッチ素子として、例えば、電界効果トランジスタを用いることができる。

スイッチ１４の第２端子１８と出力端子３０とを結ぶ第１の伝送路Ｐ１上にはバンドパスフィルタ２４が配置される。また、スイッチ１４の第３端子２０と出力端子３０とを結ぶ第２の伝送路Ｐ２上にはバンドパスフィルタ２６が配置される。バンドパスフィルタ２４、２６は、例えば、表面弾性波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）やバルク弾性波フィルタ（ＢＡＷフィルタ）から成る。バンドパスフィルタ２４、２６は、それぞれ固有の通過帯域を有しており、入力された信号のうち通過帯域の信号を後段の回路に伝送するとともに通過帯域以外の信号を抑圧する。バンドパスフィルタ２４、２６の通過帯域は、例えば、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）で規定されている様々なバンドの受信用帯域に設定される。バンドパスフィルタ２４、２６は、入力される不平衡信号を平衡信号に変換して出力するように構成してもよい。

バンドパスフィルタ２４、２６と出力端子３０との間には、整合回路２８が配置されている。整合回路２８は、例えば、キャパシタ及びインダクタ等の受動素子を組み合わせて構成することができる。整合回路２８は、アンテナ側及び出力側から見たフロントエンドモジュール１０の入力インピーダンスが、バンドパスフィルタ２４、２６の通過帯域において、出力端子３０の後段に接続される外部回路に整合するように構成される。つまり、スイッチ１４の第１端子１６を第２端子１８と接続してバンドパスフィルタ２４を動作させる場合に、フロントエンドモジュール１０の入力インピーダンスがバンドパスフィルタ２４の通過帯域において基準インピーダンスに整合するとともに、スイッチ１４の第１端子１６を第３端子２０と接続してバンドパスフィルタ２６を動作させる場合に、フロントエンドモジュール１０の入力インピーダンスがバンドパスフィルタ２６の通過帯域において基準インピーダンスに整合するように構成される。このような整合条件を満たす整合回路２８の具体的な構成方法は当業者に自明であるため、本明細書では詳しい説明は省略する。

このように、バンドパスフィルタ２４、２６の後段に整合回路２８を設け、バンドパスフィルタ２４、２６をこの整合回路２８を介して共通の出力端子３０に接続することにより、バンドパスフィルタ２４、２６の後段にスイッチを設けた従来のフロントエンドモジュール（特許文献１の図８−Ｂ参照）と比較して挿入損失を抑制することができる。

一方、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール１０においては、整合回路２８によってバンドパスフィルタ２４、２６の出力側同士が常時接続されているため、バンドパスフィルタ２４とバンドパスフィルタ２６との間のアイソレーションが不十分となり、一方のフィルタを動作させる際に、他方のフィルタの影響により、その動作対象となるフィルタの減衰特性が劣化する恐れがある。例えば、スイッチ１４の第１端子１６を第２端子１８と接続してバンドパスフィルタ２４を動作させる場合に、第１端子１６及び第２端子１８から本来切断されている第３端子２０にバンドパスフィルタ２６の通過帯域の信号が若干漏洩し、この漏洩した信号がバンドパスフィルタ２６を通過して出力端子３０に到ることで、バンドパスフィルタ２４の動作時におけるフロントエンドモジュール１０の減衰特性が、本来切断されているバンドパスフィルタ２６の通過帯域において劣化する恐れがある。

そこで、本発明の一実施形態においては、移相器２２をスイッチ１４の第２端子１８とバンドパスフィルタ２４との間に配置することで、回路３１と第２端子との接続点Ｊ１から見たスイッチ１４の後方（出力側）に接続されている回路３１単体の入力インピーダンスをバンドパスフィルタ２６の通過帯域において実質的に０とする。これにより、バンドパスフィルタ２６の通過帯域における減衰特性の劣化を抑制することができる。このように、接続点Ｊ１から見た回路３１単体の入力インピーダンスをバンドパスフィルタ２６の通過帯域において実質的に０とすることで、バンドパスフィルタ２６の通過帯域の信号が第１端子１６及び第２端子１８から第３端子２０へ漏洩することを抑制でき、その結果、バンドパスフィルタ２６の通過帯域における減衰特性の劣化を抑制することができる。一態様において、入力インピーダンスの調整対象となる回路３１には、スイッチ用整合回路２１、移相器２２、バンドパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２６、及び整合回路２８が含まれるが、これら以外の様々な素子を回路３１に含めることができる。ここで挙げた回路３１の具体的構成はあくまでも例示であり、本明細書で具体的に説明したもの以外にも様々な素子を回路３１に含めることができる。つまり、回路３１は、スイッチ１４と出力端子３０との間に配置される任意の回路を示す。回路３１の入力インピーダンスは、後述するように、回路３１単体で、すなわちスイッチ１４が回路３１のインピーダンスに実質的に影響を与えない状態で評価される。

図２を参照して、移相器２２による入力インピーダンスの回転について説明する。図２（ａ）は、図１に示す構成から移相器２２を除去した回路３１（ここでは、移相器２２が省略されているため、スイッチ用整合回路２１、バンドパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２６、及び整合回路２８から成る回路）単体の接続点Ｊ１から見た入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートであり、図２（ｂ）は、図１に示す回路３１（スイッチ用整合回路２１、移相器２２、バンドパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２６、整合回路２８から成る回路）単体の接続点Ｊ１から見た入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。つまり、図２（ａ）及び図２（ｂ）のスミスチャートは、スイッチ１４が回路３１の入力インピーダンスに実質的に影響を与えないようにスイッチ１４を回路３１から切り離した状態における回路３１の入力インピーダンスのシミュレーション結果を示す。ここでは、バンドパスフィルタ２４の通過帯域をＵＭＴＳのバンドVIIIの受信用に割り当てられた９２５〜９６０ＭＨｚに設定し、バンドパスフィルタ２６の通過帯域をＵＭＴＳのバンドVの受信用に割り当てられた８６９〜８９４ＭＨｚに設定してシミュレーションを行った。

図２（ａ）及び図２（ｂ）において、マーカｍ１は、バンドパスフィルタ２６の通過帯域内の周波数を表す。図２（ａ）に示すとおり、移相器２２を備えていない回路３１においてはマーカｍ１が容量性の領域に存在しているため、回路３１にスイッチ１４を接続して使用する際に、受信信号のバンドVの成分が第１端子１６及び第２端子１８から第３端子２０へ漏洩し、当該モジュールの減衰特性を劣化させる要因となる。この回路３１に移相器２２を設けることにより、図２（ｂ）に示すように、マーカｍ１における回路３１の入力インピーダンスが実質的に０となるように入力インピーダンスを反時計回りに回転させることができる。このようにマーカｍ１（バンドパスフィルタ２６の通過帯域）における入力インピーダンスを実質的に０とすることにより、バンドパスフィルタ２６の通過帯域の信号にとっては第２端子１８が接地されていることと等価であり、バンドパスフィルタ２６の通過帯域の信号が第１端子１６又は第２端子１８から第３端子２０へ漏洩することを抑制できる。これにより、バンドパスフィルタ２４とバンドパスフィルタ２６とのアイソレーションを十分に確保することができ、バンドパスフィルタ２４の動作時にバンドパスフィルタ２６の通過帯域におけるフロントエンドモジュールの減衰特性の劣化を抑制することができる。

一実施形態においては、移相器２２を分布定数素子で構成することができる。この分布定数素子の電気長は、接続点Ｊ１から見た回路３１単体の入力インピーダンスがバンドパスフィルタ２６の通過帯域において実質的に０となるように定められる。移相器２２を分布定数素子から構成することにより、バンドパスフィルタ２４の整合状態に実質的に影響を与えることなく、容量性の領域に存在するバンドパスフィルタ２６の通過帯域の周波数において入力インピーダンスを接地側へ回転させることができる。移相器２２は、分布定数素子でなく集中定数素子を用いて構成することもできる。

図３は、バンドパスフィルタ２４の動作時における本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュールの減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図４は、フロントエンドモジュール１０から移相器２２を除去したモジュールにおいてバンドパスフィルタ２４を動作させた場合の減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションは、図１のフロントエンドモジュール１０におけるスイッチ１４としてＳＰ８Ｔスイッチを用い、各フィルタとして１００Ωのバランス出力に対応したＳＡＷフィルタを用いた。これらの図において、横軸は周波数をＧＨｚ単位で表し、縦軸は、減衰特性をミックスドモードのＳパラメータで評価した結果を表す。具体的には、縦軸においては、アンテナ端子側の反射特性を示すＳｓｓ１１パラメータ及び減衰特性を示すＳｄｓ２１パラメータの大きさをｄＢ単位で表している。Ｓｓｓ１１パラメータは参照符号３２又は参照符号４２で示され、Ｓｄｓ２１パラメータは参照符号３４又は参照符号４４で示されている。図４に示されているとおり、移相器２２を設けていない場合には、バンドパスフィルタ２６の通過帯域である８６９〜８９４ＭＨｚの帯域の一部において減衰量が５０ｄＢ以下となるなど、バンドパスフィルタ２４単体の特性と比べて減衰特性が劣化していることがわかる。一方、図３に示すとおり、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール１０においては、８６９〜８９４ＭＨｚの帯域における減衰量がすべて５０ｄＢ以上となっており、移相器２２を設けない場合と比較して減衰特性が顕著に改善している。

図５は、本発明の一実施形態に係るフロントエンドモジュール１０において第１端子１６を第３端子２０と接続してバンドパスフィルタ２６を動作させた場合のフロントエンドモジュール１０の減衰特性を表すグラフである。図５は、図３及び図４と同様に、横軸は周波数をＧＨｚ単位で表し、縦軸は、減衰特性をミックスドモードのＳパラメータで評価した結果を表す。図示のとおり、バンドパスフィルタ２６を動作させた場合には、このバンドパスフィルタ２６の通過帯域である８６９〜８９４ＭＨｚを通過させ、帯域外が十分に抑圧されていることがわかる。このように、バンドパスフィルタ２４の前方に移相器２２を設けた場合でも、バンドパスフィルタ２６の通過帯域を良好に維持することができる。図５においてはバンドバスフィルタ２４の帯域である９２５〜９６０ＭＨｚの一部において減衰量の若干の劣化が見られるが、以下に示す方法で第３端子２０とバンドパスフィルタ２６との間に移相器を設けることにより、この減衰量の劣化を抑制することができる。

本開示の一態様においては、第３端子２０とバンドパスフィルタ２６との間に移相器２２と同様の移相器を設けることにより、第３端子２０と回路３１との接続点Ｊ２から見た回路３１（フィルタ用整合回路２１、移相器２２、バンドパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２６、整合回路２８、第３端子２０とバンドパスフィルタ２６との間の移相器から成る回路）単体の入力インピーダンスをバンドパスフィルタ２４の通過帯域において実質的に０とすることができる。上述したように、回路３１の入力インピーダンスの評価は、スイッチ１４を回路３１から切り離してスイッチ１４の影響を排除した状態で行われることに留意されたい。これにより、第３端子２０及び第１端子１６から第２端子１８へバンドパスフィルタ２４の通過帯域の信号が漏洩することを防止でき、バンドパスフィルタ２４とバンドパスフィルタ２６とのアイソレーションをさらに改善することができる。この第３端子２０とバンドパスフィルタ２６との間の移相器は、図１の移相器２２の代わりに設けることもできるし、移相器２２に加えて設けることもできる。

図１に示したフロントエンドモジュール１０の回路構成は適宜変更することができる。例えば、本明細書において説明したバンドパスフィルタ２４、２６の通過帯域は一例であり、これらのフィルタに代えて様々な通過帯域を有するフィルタを用いることができる。また、本発明のフロントエンドモジュール１０に設けることのできるバンドパスフィルタの数は任意であり、例えば、３つ以上のバンドパスフィルタをスイッチ１４の後段に並列に配置することができる。

本発明に係るフロントエンドモジュールは、携帯電話機以外の様々な無線通信装置に搭載され得る。本発明に係るフロントエンドモジュールは、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）多層回路基板に作りこむことで小型化することができる。

本発明の実施形態は、以上明示的に述べた態様に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本明細書において説明した実施形態に対して様々な変更を行うことができる。

１０・・・フロントエンドモジュール、１２・・・アンテナ端子、１４・・・スイッチ、２２・・・移相器、２４、２６・・・バンドパスフィルタ、２８・・・整合回路、３０・・・出力端子

Claims (8)

1. 少なくともアンテナからの受信信号が入力されるアンテナ端子と、
   出力端子と、
   第１端子、第２端子、及び第３端子を有し、前記第１端子を介して前記アンテナ端子に接続され、前記第１端子を前記第２端子又は前記第３端子に選択的に接続するスイッチと、
   前記第２端子と前記出力端子との間で前記受信信号を伝送する第１伝送路と、
   前記第３端子と前記出力端子との間で前記受信信号を伝送する第２伝送路と、
   前記第１伝送路上に設けられ、前記受信信号のうち第１の通過帯域の信号を通過させる第１フィルタと、
   前記第２伝送路上に設けられ、前記受信信号のうち前記第１の通過帯域とは異なる第２の通過帯域の信号を通過させる第２フィルタと、
   前記第１及び第２フィルタと前記出力端子との間に配置された整合回路と、
   前記第２端子と前記第１フィルタとの間に配置された第１の移相器と、
   を備えるフロントエンドモジュール。
2. 前記第３端子と前記第２フィルタとの間に配置された第２の移相器をさらに備える請求項１に記載のフロントエンドモジュール。
3. 前記第１及び第２のフィルタ、前記整合回路、及び前記第１の移相器を含む回路の入力インピーダンスが、前記第２フィルタの通過帯域において実質的に０となるように前記第１の移相器の電気長が定められた請求項１に記載のフロントエンドモジュール。
4. 前記第１及び第２のフィルタ、前記整合回路、及び前記第１及び第２の移相器を含む回路の入力インピーダンスが、前記第２フィルタの通過帯域において実質的に０となるように前記第１の移相器の電気長が定められた請求項２に記載のフロントエンドモジュール。
5. 前記第１及び第２のフィルタ、前記整合回路、及び前記第１及び第２の移相器を含む回路の入力インピーダンスが、前記第１フィルタの通過帯域において実質的に０となるように前記第２の移相器の電気長が定められた請求項２に記載のフロントエンドモジュール。
6. 前記移相器が分布定数素子から成る請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフロントエンドモジュール。
7. 前記移相器が集中定数素子から成る請求項１又は２に記載のフロントエンドモジュール。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフロントエンドモジュールを備える無線通信装置。

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