JP2007089193A - アンテナスイッチモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受信信号を単一の受信信号に切り分け可能なアンテナスイッチモジュールを、受信信号のインサーションロスや電力の消費が小さく、かつ部品点数の少ないものとする。
【解決手段】アンテナスイッチモジュール１に内蔵されるスイッチ部４に、ＰＣＳ受信信号の送信を阻止するＤＣＳ用ストリップライン１０ａとＤＣＳ受信信号の送信を阻止するＰＣＳ用ストリップライン１０ｂとが互いに並列接続される位相整合回路１０を接続し、かつ各ストリップライン１０ａ，１０ｂにそれぞれ弾性表面波フィルタ６，７を接続した。したがって、ダイオードＤや電圧制御回路等を接続する必要がなくなり、ダイオードＤを通過する際に発生するインサーションロス、また電圧制御回路による電力消費を解消することが可能となる。さらに、部品点数が減少し、アンテナスイッチモジュール１の小型化に貢献しうる優れた効果が生じる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信機器に用いられるアンテナスイッチモジュールに関し、特に弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）を具備するアンテナスイッチモジュールに関するものである。

現在、携帯電話等の移動体通信機器に利用される通信システムの周波数帯域としては、ＤＣＳの１．８ＧＨｚ帯域、ＰＣＳの１．９ＧＨｚ帯域、及びＧＳＭの９００ＭＨｚ帯域とが良く知られている。そして、これらの周波数帯域全てに対応可能なトリプルバンド移動体通信機器が従来より提案されている。そしてこの移動体通信機器には、これらの電波を送受信するアンテナスイッチモジュールが内蔵されている。ここで、トリプルバンドに対応した従来構成のアンテナスイッチモジュールを以下に説明する。

図５に示されるトリプルバンドに対応したアンテナスイッチモジュールＡは、アンテナａ、ダイプレクサｂ、第一から第三の高周波スイッチｃ１〜ｃ３、第一から第三の弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）ｆ１〜ｆ３、第一及び第二のローパスフィルタｇ１，ｇ２、及び各周波数帯域に対応する受波電極ｒ１〜ｒ３、送波電極ｔ１，ｔ２とを備えている。

ここで、電波を送受信するアンテナａにはダイプレクサｂが接続される。このダイプレクサｂは受信信号を高周波数受信信号（ＤＣＳ受信信号及びＰＣＳ受信信号）と低周波数受信信号（ＧＳＭ受信信号）とに分波する働きをし、また各送信信号（ＤＣＳ送信信号、ＰＣＳ送信信号及びＧＳＭ送信信号）をアンテナａに送信する働きをする。

また、前記ダイプレクサｂのアンテナａに接続されない線路の、その一側には第一高周波スイッチｃ１が接続され、他側には第二高周波スイッチｃ２が接続される。これらの高周波スイッチｃ１，ｃ２は、当該高周波スイッチｃ１，ｃ２を通過した所定信号が所定導電線路にのみ送られるように信号を切り分ける働きをする。すなわち、アンテナａより受信した受信信号をそれぞれの周波数帯域に対応した受波電極ｒ１〜ｒ３側へ送り、また送波電極ｔ１，ｔ２から送られた送信信号をアンテナａ側へ送る機能を有する。

そしてさらに、上述の第一高周波スイッチｃ１の受波電極ｒ１，ｒ２側には第三高周波スイッチｃ３が接続される。この第三高周波スイッチｃ３は、第一高周波スイッチｃ１を通過した高周波数受信信号をＤＣＳ受信信号とＰＣＳ受信信号とにそれぞれ切り分ける機能を有する。

また、この第三高周波スイッチｃ３と受波電極ｒ１との間には第一弾性表面波フィルタｆ１が、また受波電極ｒ２との間には第二弾性表面波フィルタｆ２がそれぞれ接続される。そして、前記第二高周波スイッチｃ２と受波電極ｒ３との間にも、第三弾性表面波フィルタｆ３が接続される。これらの弾性表面波フィルタｆ１〜ｆ３は特定の周波数である受信信号のみ通過させ、それ以外の周波数の受信信号は減衰させる働きをする。

また、第一高周波スイッチｃ１と送波電極ｔ１との間、及び第二高周波スイッチｃ２と送波電極ｔ２との間には、第一及び第二のローパスフィルタｇ１，ｇ２がそれぞれ接続される。すなわち、送波電極ｔ１から送られる送信信号は第一ローパスフィルタｇ１を通過した後に第一高周波スイッチｃ１に送られ、また送波電極ｔ２から送られる送信信号は第二ローパスフィルタｇ２を通過した後に第二高周波スイッチｃ２に送られることとなる。そして、かかる送信信号は各高周波スイッチｃ１，ｃ２によりアンテナａ側に切り分けられる。

ところで、上述の第三高周波スイッチｃ３の構成としては以下のような構成が一般的である。
例えば、図６に示されるように、アンテナａにより受信した受信信号を受波電極ｒ２側に切り分ける場合には、電圧端子ＶＣと接続される電圧制御回路（図示せず）により電圧端子ＶＣに電圧を印加し、ダイオードＤ，Ｄ’をオン状態とする。かかる状態となると共振素子ＬＣは接地されることなるため共振し、第一高周波スイッチｃ１からみて受波電極ｒ１側のインピーダンスが高くなることとなる。かかる状態を発生させることにより、受波電極ｒ１側への送信を阻止し、受波電極ｒ２側に信号を送るようにする構成としている。一方、受波電極ｒ１側に受信信号を切り分ける場合には、電圧の印加を中止して、ダイオードＤ，Ｄ’をオフ状態とし、受波電極ｒ１側に信号を送るようにする構成としている。

なお、このアンテナスイッチモジュールＡは、所定回路パターンが形成された複数の誘電体層が積層され、その積層体を焼成してなる多層型の構成が一般的である。また、アンテナスイッチモジュールＡに用いられる弾性表面波フィルタｆや、ダイオードＤ等のチップ部品は、この積層体の最上面に実装されることとなる。

上述のように、近接する周波数帯域を含む高周波数受信信号（ＤＣＳ受信信号及びＰＣＳ受信信号）をそれぞれの受信信号に切り分ける第三高周波スイッチは、ダイオード、共振素子及び電圧制御回路等の協働により実現している。

しかしながらこのような構成であると、受信信号が複数のスイッチを通過することとなるため、受信信号のインサーションロスが大きくなってしまう問題が招来する。さらに、電圧制御回路により電圧を印加し、高インピーダンス状態を発生させる必要があるため、電力消費が大きくなってしまうとともに、部品点数が多くなるという問題も生ずる。これらの問題は、移動体通信機器の性能向上を図るうえで大きな阻害要因となってしまう。また、かかるダイオードは、複数の誘電体層を積層してなるアンテナスイッチモジュールの最上面に実装されるから、アンテナスイッチモジュールの小型化にも限界が生じてしまう。
そこで本発明は、これらの課題を解決しうるアンテナスイッチモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、アンテナに接続され、アンテナからの受信信号を出力する複数の受波電極と、アンテナへ送信信号を出力する送波電極と、前記アンテナからの受信信号を受波電極側へ、また送波電極からの送信信号をアンテナ側へ切り分けるスイッチ部と、特定の周波数特性をもつ位相整合回路要素を複数備えた位相整合回路と、複数の弾性表面波フィルタとを具備するとともに、前記スイッチ部の受波電極側に、互いに並列接続された位相整合回路要素を備えた位相整合回路が接続され、かつ各位相整合回路要素に弾性表面波フィルタがそれぞれ接続され、さらに各弾性表面波フィルタに受波電極がそれぞれ接続されていることを特徴とするアンテナスイッチモジュールである。

このように、スイッチ部と受波電極との間に接続される特定の周波数特性をもつ位相整合回路要素を複数備える位相整合回路を具備する構成とすることにより、相互に周波数が異なる複数の受信信号を所定の線路へ切り分けることが可能となる。なお、このスイッチ部には、ダイオードと共振素子とを主な構成要素とする高周波スイッチとしても良いし、又はＧａＡｓ素子からなるスイッチとしても良い。

また本発明は、アンテナと、アンテナからの受信信号を出力する第一、第二及び第三の受波電極と、アンテナへ送信信号を出力する送波電極と、前記アンテナに接続され、受信信号を分波するダイプレクサと、前記ダイプレクサに接続され、アンテナからの受信信号を受波電極側へ、また送波電極からの送信信号をアンテナ側へ切り分ける第一及び第二のスイッチ部と、それぞれ特定の周波数特性をもつ第一及び第二の位相整合回路要素を備えた位相整合回路と、第一、第二及び第三の弾性表面波フィルタとを備え、前記第一スイッチ部に、互いに並列接続された第一及び第二の位相整合回路要素を備えた位相整合回路が接続され、かつ第一位相整合回路要素に第一弾性表面波フィルタが、第二位相整合回路要素に第二弾性表面波フィルタがそれぞれ接続され、さらに第一及び第二の弾性表面波フィルタにそれぞれ第一及び第二の受波電極が接続されているとともに、前記第二スイッチ部に第三弾性表面波フィルタが接続され、さらに該第三弾性表面波フィルタに第三受波電極が接続されていることを特徴とするアンテナスイッチモジュールである。

かかる構成とすることにより、相互に周波数帯域が異なる３つの送受信信号を所定の線路へ切り分けることが可能となる。したがって、トリプルバンドに対応可能なアンテナスイッチモジュールとすることができる。

なお、位相整合回路の位相整合回路要素としては、ストリップラインが提案されうる。このストリップラインの線長は、弾性表面波フィルタの入力インピーダンスに依存し、所定の受信信号に対して高インピーダンスとなる周波数特性を備えるように設定されている。

また、位相整合回路要素は、コンデンサであっても良いし、インダクタ素子であっても良い。

また、所定回路パターンが形成された複数の誘電体層からなる多層型のアンテナスイッチモジュールであって、これら複数の誘電体層が、位相整合回路の位相整合回路パターンが形成された誘電体層を具備する構成が提案される。このように、位相整合回路を多層型のアンテナスイッチモジュールに内在させることにより、アンテナスイッチモジュールの小型化が可能となる。

本発明にかかるアンテナスイッチモジュールは、複数の位相整合回路要素を具備する位相整合回路が接続される構成とし、特定の周波数帯域の信号を所定線路に切り分けるようにしたから、ダイオード及び電圧制御回路等を用いたスイッチ部が不要となり、受信信号がスイッチ部を通過する際に発生するインサーションロスを排除できるとともに、電力消費が増大する問題も解決することができる。また、別途電圧制御回路を備える必要がなくなるため、部品点数を減らすことも可能となり、アンテナスイッチモジュールの小型化や製造コスト低減に貢献できる。

また、ダイプレクサに接続される第一及び第二のスイッチ部を備え、位相整合回路が、前記第一スイッチ部に接続される構成とした場合には、トリプルバンドに対応可能なアンテナスイッチモジュールとすることが可能となる。

なお、位相整合回路要素としてストリップライン、コンデンサ、又はインダクタ素子を用いた場合には、好適に特定の周波数帯域の信号を所定線路に切り分けることができる。

さらに、位相整合回路を多層型のアンテナスイッチモジュールに内在させた場合には、アンテナスイッチモジュールの外表面にチップ部品を実装する必要がなくなり、全体としてアンテナスイッチモジュールの小型化が可能となる。

本発明にかかるアンテナスイッチモジュール１を、添付図面に従って説明する。
図１に示されるように、アンテナスイッチモジュール１は、受信信号を受信する場合には、アンテナ２により電波を受信し、そしてダイプレクサ３によりＤＣＳ受信信号，ＰＣＳ受信信号あるいはＧＳＭ受信信号に信号を分波し、さらに各信号を第一及び第二のスイッチ部４，５により受波電極１５〜１７側へそれぞれ切り分けて、各周波数帯域に対応する受波電極１５〜１７へそれぞれ送る構成である。一方、各送波電極１８，１９から送信信号を送信する場合には、第一及び第二のローパスフィルタ２０，２１をそれぞれ介し、そして第一及び第二のスイッチ部４，５によりアンテナ２側へ切り分けて、ダイプレクサ３を介し、アンテナ２から外部へ送信する構成である。各構成要素について以下に詳述する。なお、本実施形態例にあっては、前記スイッチ部４，５としては、ダイオードＤと共振素子ＬＣとを主な構成要素とする高周波スイッチが用いられている。

外部からの信号を受信するＤＣＳ，ＰＣＳ及びＧＳＭ共用のアンテナ２には、ダイプレクサ３が接続される。このダイプレクサ３には、ハイパスフィルタ１１及びローパスフィルタ１２が内蔵され、かかるフィルタの働きにより、アンテナ２で受信した受信信号は高周波数受信信号（ＤＣＳ受信信号、ＰＣＳ受信信号）又は低周波数受信信号（ＧＳＭ受信信号）に分波され、また送波電極１８，１９から送られる各送信信号（ＤＣＳ送信信号、ＰＣＳ送信信号又はＧＳＭ送信信号）についてはアンテナ２へ送信されることとなる。

このダイプレクサ３のハイパスフィルタ１１側には第一スイッチ部４が接続される。この第一スイッチ部４はダイオードＤ、共振素子ＬＣ、電圧制御回路が接続される電圧端子ＶＣ等により構成され、これらが協働することにより、受信信号（ＤＣＳ受信信号又はＰＣＳ受信信号）はＤＣＳ用受波電極１５又はＰＣＳ用受波電極１６側へ、一方送信信号（ＤＣＳ送信信号又はＰＣＳ送信信号）はアンテナ２側へ切り分けられる。

一方、ダイプレクサ３のローパスフィルタ１２側には第二スイッチ部５が接続される。前記第一スイッチ部４と同様に、第二スイッチ部５はダイオードＤ等から構成され、受信信号（ＧＳＭ受信信号）はＧＳＭ用受波電極１７側へ、一方送信信号（ＧＳＭ送信信号）はアンテナ２側へ切り分けられる。

また、第一スイッチ部４の送波電極１８側には、第一ローパスフィルタ２０が接続され、この第一ローパスフィルタ２０にＤＣＳ，ＰＣＳ共用送波電極１８が接続される。すなわち、ＤＣＳ又はＰＣＳ送信信号が送波電極１８から出力される場合には、第一ローパスフィルタ２０により不要な周波数について減衰された後に、第一スイッチ部４に送られることとなる。

同様に、第二スイッチ部５の送波電極１９側についても第二ローパスフィルタ２１が接続され、この第二ローパスフィルタ２１にＧＳＭ用送波電極１９が接続される。したがって、ＧＳＭ送信信号がＧＳＭ用送波電極１９から出力される場合には、第二ローパスフィルタ２１を通過した後に、第二スイッチ部５に送られることとなる。

また、第二スイッチ部５とＧＳＭ用受波電極１７との間には、第三弾性表面波フィルタ８が接続されている。すなわち、第二スイッチ部５により受波電極１７側に切り分けられたＧＳＭ受信信号は、第三弾性表面波フィルタ８により不要な周波数を減衰された後に受波電極１７に送られることとなる。

次に、本発明の要部である位相整合回路１０、及びそれに接続される第一及び第二の弾性表面波フィルタ６，７について説明する。
上述の第一スイッチ部４の受波電極１５，１６側には、互いに異なる周波数特性を有する二つの位相整合回路要素を備える位相整合回路１０が接続される。この位相整合回路１０は、位相整合回路要素が互いに並列となるように接続された構成である。

ここで本実施形態例にあっては、この位相整合回路要素としてストリップライン１０ａ，１０ｂが提案される。このストリップライン１０ａは第一弾性表面波フィルタ６の入力インピーダンスに依存し、ＰＣＳ受信信号に対して高インピーダンスとなるように構成されている。同様にストリップライン１０ｂは第二弾性表面波フィルタ７の入力インピーダンスに依存し、ＤＣＳ受信信号に対して高インピーダンスとなるように構成されている。

ここで、ＤＣＳ用ストリップライン１０ａの線長は、ＰＣＳ受信信号（1930〜1990ＭＨｚ）を阻止するように、ＰＣＳ受信信号に対して高インピーダンスとなる周波数特性を有するように設定される。これに対しＰＣＳ用ストリップライン１０ｂの線長は、ＤＣＳ受信信号（1805〜1880ＭＨｚ）を阻止するように、ＤＣＳ受信信号に対して高インピーダンスとなる周波数特性を有するように設定される。

ところで、このストリップライン１０ａ，１０ｂからなる位相整合回路１０の位相整合パターンは、スパイラル（らせん状）パターンであっても良いし、ミアンダ（蛇行状）パターンであっても良い。また、かかる位相整合回路１０は、各ストリップライン１０ａ，１０ｂの線長を可及的に短くするために、互いに並列接続される各ストリップライン１０ａ，１０ｂと前記第一スイッチ部４との間に、他端が接地されるインダクタ素子Ｌ又はコンデンサＣを接続する構成が好適である。図１は、インダクタ素子Ｌを接続した構成を示す。

そしてさらに、ＤＣＳ用ストリップライン１０ａには、第一弾性表面波フィルタ６が接続され、ＰＣＳ用ストリップライン１０ｂには、第二弾性表面波フィルタ７が接続される。かかる構成により、各受信信号の不要な周波数は減衰されて各周波数帯域に対応する受波電極１５，１６に送られることとなる。

また位相整合回路１０の位相整合回路要素は、上述の構成に代えて他の構成としても良い。例えば、位相整合回路要素としてインダクタ素子Ｌが提案され、互いに並列接続される二つのインダクタ素子Ｌ，Ｌを備える位相整合回路１０としても良い（図３イロ参照）。例えば図３イは、二つのインダクタ素子Ｌ，Ｌが互いに並列接続されるとともに、各インダクタ素子Ｌ，Ｌの線長を短くする目的で、一側が接地される一つのコンデンサＣが第一スイッチ部４側に接続されている構成を示している。また図３ロは、二つのインダクタ素子Ｌ，Ｌが互いに並列接続され、各インダクタ素子Ｌ，Ｌの第一スイッチ部４側に一側が接地されるコンデンサＣ，Ｃがそれぞれ接続されている構成を示している。

また、位相整合回路要素としてコンデンサＣが提案され、互いに並列接続される二つのコンデンサＣ，Ｃを備える構成としても良い（図４イロ参照）。例えば図４イは、２つのコンデンサＣ，Ｃが互いに並列接続され、一側が接地される一つのインダクタ素子Ｌが第一スイッチ部４側に接続されている構成を示している。また図４ロは、二つのコンデンサＣ，Ｃが互いに並列接続され、各コンデンサＣ，Ｃの第一スイッチ部４側に一側が接地されるインダクタ素子Ｌ，Ｌがそれぞれ接続されている構成を示している。

ところで上述したアンテナスイッチモジュール１は、図２に示されるように、それぞれ所定の回路パターン３１が形成された複数の誘電体層３０を積層し、この積層体３２を焼成してなる構成が好適である。ここで本発明にあっては、これら複数の誘電体層３０には位相整合回路１０の位相整合回路パターンを備えるものが含まれている。すなわち、多層型のアンテナスイッチモジュール１に位相整合回路１０が内在している構成となる。

さらに、この積層体３２の最上面にはチップ部品（ダイオードＤや弾性表面波フィルタｆ等）が実装される。ここで本発明は、従来構成のダイオードＤを備える高周波スイッチｃ３に代えて位相整合回路１０を用いた構成であるため、積層体３２の最上面に実装するチップ部品の部品点数を減少させることができる。これにより、アンテナスイッチモジュール１の部品点数が減少し、小型化することが可能となる。

なお、これら誘電体層３０上に形成される各回路パターン３１は、インダクタ素子Ｌ又はコンデンサＣ）である。また、この回路パターン３１は公知技術のスクリーン印刷法により好適に形成される。

本発明にかかるアンテナスイッチモジュール１のブロック回路図である。 積層体３２の縦断面図である。 図３イロは、それぞれ位相整合回路１０の他の実施形態例を示すブロック回路図である。 図４イロは、それぞれ位相整合回路１０の他の実施形態例を示すブロック回路図である。 従来構成のアンテナスイッチモジュールＡの構成を示す概念図である。 従来構成のアンテナスイッチモジュールＡの第三高周波スイッチｃ３のブロック回路図である。

符号の説明

１ アンテナスイッチモジュール
２ アンテナ
３ ダイプレクサ
４，５ 第一及び第二のスイッチ部
６，７，８ 第一から第三の弾性表面波フィルタ
１０ 位相整合回路
１０ａ，１０ｂ ストリップライン
１５ ＤＣＳ用受波電極
１６ ＰＣＳ用受波電極
１７ ＧＳＭ用受波電極
１８ ＤＣＳ，ＰＣＳ共用送波電極
１９ ＧＳＭ用送波電極
２０，２１ 第一及び第二のローパスフィルタ
３０ 誘電体層
３１ 回路パターン
３２ 積層体
Ｃ コンデンサ
Ｌ インダクタ素子
ＬＣ 共振素子

Claims (6)

1. アンテナに接続され、アンテナからの受信信号を出力する複数の受波電極と、アンテナへ送信信号を出力する送波電極と、前記アンテナからの受信信号を受波電極側へ、また送波電極からの送信信号をアンテナ側へ切り分けるスイッチ部と、特定の周波数特性をもつ位相整合回路要素を複数備えた位相整合回路と、複数の弾性表面波フィルタとを具備するとともに、
   前記スイッチ部の受波電極側に、互いに並列接続された位相整合回路要素を備えた位相整合回路が接続され、かつ各位相整合回路要素に弾性表面波フィルタがそれぞれ接続され、さらに各弾性表面波フィルタに受波電極がそれぞれ接続されていることを特徴とするアンテナスイッチモジュール。
2. アンテナに接続され、アンテナからの受信信号を出力する第一、第二及び第三の受波電極と、アンテナへ送信信号を出力する送波電極と、前記アンテナに接続され、受信信号を分波するダイプレクサと、前記ダイプレクサに接続され、アンテナからの受信信号を受波電極側へ、また送波電極からの送信信号をアンテナ側へ切り分ける第一及び第二のスイッチ部と、それぞれ特定の周波数特性をもつ第一及び第二の位相整合回路要素を備えた位相整合回路と、第一、第二及び第三の弾性表面波フィルタとを備え、
   前記第一スイッチ部に、互いに並列接続された第一及び第二の位相整合回路要素を備えた位相整合回路が接続され、かつ第一位相整合回路要素に第一弾性表面波フィルタが、第二位相整合回路要素に第二弾性表面波フィルタがそれぞれ接続され、さらに第一及び第二の弾性表面波フィルタにそれぞれ第一及び第二の受波電極が接続されているとともに、前記第二スイッチ部に第三弾性表面波フィルタが接続され、さらに該第三弾性表面波フィルタに第三受波電極が接続されていることを特徴とするアンテナスイッチモジュール。
3. 位相整合回路要素がストリップラインである請求項１又は請求項２記載のアンテナスイッチモジュール。
4. 位相整合回路要素がコンデンサである請求項１又は請求項２記載のアンテナスイッチモジュール。
5. 位相整合回路要素がインダクタ素子である請求項１又は請求項２記載のアンテナスイッチモジュール。
6. 所定回路パターンが形成された複数の誘電体層からなる多層型のアンテナスイッチモジュールであって、これら複数の誘電体層が、位相整合回路の位相整合回路パターンが形成された誘電体層を具備するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナスイッチモジュール。

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