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JP6528845B2 - アンテナ整合回路、アンテナ回路、フロントエンド回路および通信装置 - Google Patents

アンテナ整合回路、アンテナ回路、フロントエンド回路および通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、アンテナに接続されてアンテナ特性を調整するアンテナ整合回路、それを備えるアンテナ回路、フロントエンド回路および通信装置に関する。
給電回路とアンテナとをインピーダンス整合させるため、または、特に小型のアンテナを広帯域に亘って所定のアンテナ特性をもたせるため、アンテナにアンテナ整合回路が接続される（特許文献１，２）。
特許文献１には、放射素子の給電点とグランド導体との間に可変共振回路が挿入され、その共振周波数を変化させることで、アンテナのマッチング周波数を切り替えることが記載されている。
特許文献２には、可変容量素子とインダクタとの直並列回路によるアンテナ整合回路が示されている。
国際公開第２０１４／１８１５６９号 特表２０１２−５０５５８０号公報
近年、携帯電話の周波数がますます広帯域化していくのに伴い、アンテナの特性についても広帯域化が要求されている。しかし携帯電話端末に搭載可能なアンテナのスペースは限られており、特に低域側（ローバンド）のアンテナについては小型化した上で広帯域化する必要がある。低域側は高域側よりも波長が長いため、同じアンテナ体積でも、低域側のアンテナは高域側のアンテナよりも体積が小さく見えるため、低域側のアンテナは高域側のアンテナよりも一層の小型化が必要になるからである。そして、小型化した上で広帯域化するための手段として、アンテナのマッチング周波数を切り替える回路を設けることが一般的である。
なお、ここでいう、広帯域化とは、必要帯域をカバーするためにいくつかの整合状態を設けることを意味する。
しかし、特許文献１に示されている構成では、可変容量素子のキャパシタンスを変えることによって、またはキャパシタンスの異なる容量素子をスイッチで切り替えることによって、アンテナのマッチング周波数を切り替えるので、マッチングできるインピーダンスの範囲が限定されるという問題がある。
また、特許文献２に示されている構成では、２つの可変容量素子のキャパシタンスを変化させることでアンテナのマッチング周波数を切り替えるので、すなわち回路構成が固定されているので、マッチングできるインピーダンス範囲が限定されるという問題がある。
本発明の目的は、回路を複雑化せずに広周波数帯に亘ってインピーダンスマッチングを可能としたアンテナ整合回路、それを備えるアンテナ回路、フロントエンド回路および通信装置を提供することにある。
（１）本発明のアンテナ整合回路は、
給電ポートとアンテナポートとの間に接続される第１回路と、
前記給電ポートとグランドとの間、または前記アンテナポートと前記グランドとの間に接続される第２回路とを備えるアンテナ整合回路において、
前記第１回路の第１端は前記給電ポートに接続され、前記第１回路の第２端は前記アンテナポートに接続され、
前記第２回路の第１端は前記グランドに接続され、
少なくとも、前記第２回路の第２端と前記第１回路の第１端との間を接続する第１状態と、前記第２回路の第２端と前記第１回路の第２端との間を接続する第２状態とを切り替えるスイッチを備えた、ことを特徴とする。
上記構成により、少ない素子数で広帯域に亘ってインピーダンスマッチングをとることができる。
（２）上記（１）において、前記第１回路は、第１可変容量素子と第１インダクタとが直列接続された回路であり、前記第２回路は、第２可変容量素子と第２インダクタとが並列接続された回路であることが好ましい。これにより、少ない素子数でありながら広帯域に亘ってインピーダンスマッチングをとることができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記アンテナポートに接続されるアンテナのインピーダンスを反射係数で表すときに前記反射係数の実部が負であるとき、前記スイッチは第１状態に切り替えられ、前記反射係数の実部が正であるとき、前記スイッチは第２状態に切り替えられることが好ましい。これにより、スミスチャート上でのインピーダンスの少ない変位量でインピーダンスマッチングがとれる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第１可変容量素子、前記第２可変容量素子および前記スイッチは単一のＩＣで構成されていることが好ましい。これにより、回路基板等へ実装すべき部品数が削減される。また、第１インダクタおよび第２インダクタをＩＣの外に設けることにより、ＩＣ化が容易となる。
（５）本発明のアンテナ回路は、
上記（１）から（４）のいずれかに記載のアンテナ整合回路と、前記アンテナポートに接続される第１通信周波数帯用の第１アンテナとを備える。
上記構成により、少ない素子数で広帯域に亘ってインピーダンス整合するアンテナ回路が構成できる。
（６）上記（５）において、前記第１アンテナを用いる第１通信周波数帯より高い周波数帯である第２通信周波数帯用の第２アンテナと、前記第２アンテナに接続される前記第２通信周波数帯用の第２給電回路とを更に備え、遮断周波数が第１通信周波数帯と第２通信周波数帯との間であるローパスフィルタを前記アンテナポートに備えることが好ましい。これにより、可変容量素子やスイッチで発生した高調波等の不要波の第１アンテナからの放射が抑制され、不要波が第２アンテナに回り込むことで生じる感度劣化を抑えることができる。
（７）上記（６）において、前記ローパスフィルタは、前記第１アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有することが好ましい。通常、アンテナのインピーダンスは、限られたスペースに収める都合上、小型に構成されるため、標準的なインピーダンス（50Ω）からずれることが多い。上記ローパスフィルタは例えば直列インダクタと並列キャパシタを梯子形に接続する構成であり、入出力のインピーダンスを変換することができるため、ローパスフィルタのインピーダンスをアンテナのインピーダンスに近づけることで、アンテナ整合回路によるインピーダンス変位量が軽減され、アンテナ回路全体の効率を改善できる。
（８）上記（６）または（７）において、遮断周波数が第１通信周波数帯と第２通信周波数帯との間であるハイパスフィルタを前記第２給電回路と前記第２アンテナとの間に備えることが好ましい。これにより、第１アンテナ（ローバンド用アンテナ）から放射された基本波が第２アンテナ（ミッド／ハイバンド用アンテナ）に回り込んでも、上記ハイパスフィルタで反射して再放射されるので、効率の悪化を防ぐことができる。
（９）上記（８）において、前記ハイパスフィルタは、前記第２アンテナと前記第２給電回路とのインピーダンス変換機能を有することが好ましい。これにより、上記ハイパスフィルタは例えば直列キャパシタと並列インダクタを梯子形に接続する構成であり、入出力のインピーダンスを変換することができるため、ハイパスフィルタのインピーダンスをアンテナのインピーダンスに近づけることで、アンテナ整合回路によるインピーダンス変位量が軽減され、アンテナ回路全体の効率を改善できる。
（１０）本発明のアンテナ回路は、
第１ポートと第３ポートとの間にローパスフィルタを有し、第２ポートと前記第３ポートとの間にハイパスフィルタを有するダイプレクサと、
前記ダイプレクサの第３ポートに接続されるアンテナと、
前記ダイプレクサの第１ポートを介して前記アンテナに給電する第１給電回路と、
前記ダイプレクサの第２ポートを介して前記アンテナに給電する第２給電回路と、
を備え、
前記第１給電回路と前記ダイプレクサの第１ポートとの間に、上記（１）から（４）のいずれかに記載のアンテナ整合回路が設けられたことを特徴とする。
上記構成により、アンテナに対して１つの給電部から給電する構成において、少ない素子数で広帯域に亘って使用可能なアンテナ回路が構成できる。
（１１）上記（１０）において、前記ローパスフィルタは、前記アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有し、または前記ハイパスフィルタは、前記アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有することが好ましい。これにより、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタの一方または両方のインピーダンスをアンテナのインピーダンスに近づけることで、アンテナ整合回路によるインピーダンス変位量が軽減され、アンテナ回路全体の効率を改善できる。
（１２）本発明のフロントエンド回路は、
上記（１）から（４）のいずれかに記載のアンテナ整合回路と、前記アンテナ整合回路に接続された高周波回路とを備える。
上記構成により、部品点数が削減される。また、アンテナの広範囲に亘るインピーダンス変動に対応するアンテナ整合回路を備えることで、汎用性の高いモジュール部品として利用できる。
（１３）上記（１２）において、前記高周波回路は、送信信号を電力増幅するパワーアンプを含んでもよい。
（１４）本発明の通信装置は、上記（５）から（１１）のいずれかに記載のアンテナ回路と前記アンテナ回路に接続される通信回路とを備える。これにより、省スペースに構成されたアンテナ回路を備える小型の通信装置が構成される。
本発明によれば、回路を複雑化せずに広周波数帯に亘ってインピーダンスマッチングを可能としたアンテナ整合回路、それを備えるアンテナ回路、フロントエンド回路および通信装置が得られる。
図１は第１の実施形態に係るアンテナ回路２０１の回路図である。 図２（Ａ）は第１状態でのアンテナ整合回路１０１およびアンテナ回路２０１の回路図である。図２（Ｂ）は第２状態でのアンテナ整合回路１０１およびアンテナ回路２０１の回路図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、アンテナ整合回路の構成と、それによるインピーダンス整合の作用を示す図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、アンテナ整合回路の構成と、それによるインピーダンス整合の作用を示す図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、アンテナ整合回路の構成と、それによるインピーダンス整合の作用を示す図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、アンテナ整合回路の構成と、それによるインピーダンス整合の作用を示す図である。 図７は第２の実施形態に係るアンテナ回路２０２の回路図である。 図８は、図７に示したアンテナ整合回路モジュール１１２の斜視図である。 図９は第３の実施形態に係るアンテナ回路２０３の回路図である。 図１０は第４の実施形態に係るアンテナ回路２０４の回路図である。 図１１は第５の実施形態に係るアンテナ回路２０５の回路図である。 図１２はシミュレーションモデルのアンテナ３０の構造を示す図である。 図１３は、ローバンドにおける各バンドにおいて最適なアンテナ整合回路１０１の各部の素子の値を示す図である。 図１４はローバンドでのアンテナ効率の周波数特性を示す図である。 図１５はミッド／ハイバンドでのアンテナ効率の周波数特性を示す図である。 図１６は第６の実施形態に係るアンテナ整合回路のローパスフィルタ５１およびハイパスフィルタ５２の回路図である。 図１７は、第６の実施形態に係るアンテナ整合回路のローパスフィルタ５１およびハイパスフィルタ５２の各部の素子の値を示す図である。 図１８は第６の実施形態に係るダイプレクサの３つのポートの反射損失と挿入損失の周波数特性について示す図である。 図１９は第７の実施形態に係るアンテナ回路２０７の回路図である。 図２０は第８の実施形態に係る通信装置３０８Ａのブロック図である。 図２１は第８の実施形態に係る別の通信装置３０８Ｂのブロック図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ回路２０１の回路図である。このアンテナ回路２０１は、アンテナ整合回路（アンテナチューナー）１０１、給電回路２１、伝送線路４１およびアンテナ３１を備える。
アンテナ整合回路１０１は、給電ポートＰｆとアンテナポートＰａとの間に直列接続される第１回路１１と、給電ポートＰｆとグランドとの間、またはアンテナポートＰａとグランドとの間に並列接続される第２回路１２と、スイッチ１３とを備える。
第１回路１１は、第１可変容量素子Ｃ１と第１インダクタＬ１とが直列接続された回路である。第２回路１２は、第２可変容量素子Ｃ２と第２インダクタＬ２とが並列接続された回路である。
第１回路１１の第１端Ｐ１１は給電ポートＰｆに接続されていて、第１回路１１の第２端Ｐ１２はアンテナポートＰａに接続されている。第２回路１２の第１端Ｐ２１は前記グランドに接続されている。
スイッチ１３は、第２回路１２の第２端Ｐ２２と第１回路１１の第１端Ｐ１１との間を接続する第１状態（ｃ−ａ間導通状態）と、第２回路１２の第２端Ｐ２２と第１回路１１の第２端Ｐ１２との間を接続する第２状態（ｃ−ｂ間導通状態）とを切り替える。
但し、整合の上で並列共振回路が必要のない場合は、上記スイッチがすべてOFFになり、cがaにもbにも接続されない状態を設けてもよい。
アンテナ整合回路１０１には、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２に対する制御信号およびスイッチ１３に対する制御信号をそれぞれ与える制御回路が接続される。
図２（Ａ）は上記第１状態でのアンテナ整合回路１０１およびアンテナ回路２０１の回路図である。図２（Ｂ）は上記第２状態でのアンテナ整合回路１０１およびアンテナ回路２０１の回路図である。
第１状態、第２状態のいずれにおいても伝送線路４１と給電回路２１との間に第１回路１１が直列接続される。第１状態では、図２（Ａ）に表れるように、アンテナ３１側から視て、伝送線路４１に先ず第１回路１１が直列接続され、その後段に第２回路１２が並列接続される。第２状態では、図２（Ｂ）に表れるように、伝送線路４１に先ず第２回路１２が並列接続され、その後段に第１回路１１が直列接続される。
次に、上記アンテナ整合回路１０１の作用について図３〜図６を参照して説明する。図３（Ａ）（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）、図５（Ａ）（Ｂ）、図６（Ａ）（Ｂ）それぞれは、アンテナ整合回路の構成とそれによるインピーダンス整合の作用を示す図である。図３（Ａ）（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）はスイッチ１３の第１状態に対応し、図５（Ａ）（Ｂ）、図６（Ａ）（Ｂ）はスイッチ１３の第２状態に対応する。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図３（Ａ）のハッチング領域にあるとき、図３（Ａ）中に示すように、第１回路１１を誘導性リアクタンス、第２回路１２を容量性リアクタンスとする。先ず、第１回路１１でアンテナのインピーダンスの誘導性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｌ））、第２回路１２で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｃ））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図３（Ｂ）のハッチング領域にあるとき、図３（Ｂ）中に示すように、第１回路１１を容量性リアクタンス、第２回路１２を誘導性リアクタンスとする。先ず、第１回路１１でアンテナのインピーダンスの容量性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｃ））、第２回路１２で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｌ））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図４（Ａ）のハッチング領域にあるとき、図４（Ａ）中に示すように、第１回路１１、第２回路１２共に誘導性リアクタンスとする。先ず、第１回路１１でアンテナのインピーダンスの誘導性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｌ１））、第２回路１２で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｌ２））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図４（Ｂ）のハッチング領域にあるとき、図４（Ｂ）中に示すように、第１回路１１、第２回路１２共に容量性リアクタンスとする。先ず、第１回路１１でアンテナのインピーダンスの容量性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｃ１））、第２回路１２で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｃ２））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図５（Ａ）のハッチング領域にあるとき、図５（Ａ）中に示すように、第２回路１２を誘導性リアクタンス、第１回路１１を容量性リアクタンスとする。先ず、第２回路１２でアンテナのインピーダンスの誘導性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｌ））、第１回路１１で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｃ））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図５（Ｂ）のハッチング領域にあるとき、図５（Ｂ）中に示すように、第２回路１２を容量性リアクタンス、第１回路１１を誘導性リアクタンスとする。先ず、第２回路１２でアンテナのインピーダンスの容量性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｃ））、第１回路１１で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｌ））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図６（Ａ）のハッチング領域にあるとき、図６（Ａ）中に示すように、第１回路１１、第２回路１２共に誘導性リアクタンスとする。先ず、第２回路１２でアンテナのインピーダンスの誘導性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｌ２））、第１回路１１で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｌ１））させることによって整合させる。
アンテナ３１のインピーダンスをスミスチャート上に表したときに図６（Ｂ）のハッチング領域にあるとき、図６（Ｂ）中に示すように、第１回路１１、第２回路１２共に容量性リアクタンスとする。先ず、第２回路１２でアンテナのインピーダンスの容量性を高める方向に変位させ（軌跡Ｔ（Ｃ２））、第１回路１１で規定のインピーダンス（５０Ω）に変位（軌跡Ｔ（Ｃ１））させることによって整合させる。
第１回路１１によるインピーダンスの変位量は、第１可変容量素子Ｃ１と第１インダクタＬ１とで定まる。そして、第１可変容量素子Ｃ１のキャパシタンスの最小値、最大値、および第１インダクタＬ１のインダクタンスを適宜定めておくことによって、第１回路１１のリアクタンスを誘導性から容量性の範囲で設定できる。但し、第１回路１１のリアクタンスを誘導性から容量性の範囲で設定可能とすることは必須ではない。インピーダンス整合の範囲は狭くなるが、誘導性の範囲または容量性の範囲で設定するように構成してもよい。
第２回路１２によるインピーダンスの変位量は、第２可変容量素子Ｃ２と第２インダクタＬ２とで定まる。そして、第２可変容量素子Ｃ２のキャパシタンスの最小値、最大値、および第２インダクタＬ２のインダクタンスを適宜定めておくことによって、第２回路１２のリアクタンスを誘導性から容量性の範囲で設定できる。第２回路１２についても、そのリアクタンスを誘導性から容量性の範囲で設定可能とすることは必須ではない。インピーダンス整合の範囲は狭くなるが、誘導性の範囲または容量性の範囲で設定するように構成してもよい。
以上に示したとおり、図３（Ａ）（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）に示したように、アンテナのインピーダンスを反射係数で表すときに反射係数の実部が負であるとき、スイッチ１３を第１状態にする。逆に、図５（Ａ）（Ｂ）、図６（Ａ）（Ｂ）に示したように、アンテナのインピーダンスを反射係数で表すときに反射係数の実部が正であるときは、スイッチ１３を第２状態にする。これにより、少ないインピーダンス整合量でインピーダンスマッチングがとれる。
本実施形態によれば、少ない素子数の回路（第１回路１１、第２回路１２およびスイッチ１３）で、広範囲に亘るインピーダンス整合が可能となる。
なお、本実施形態では（以降に示す実施形態においても）アンテナに対し伝送線路を介して給電する例を示したが、この伝送線路は必須ではない。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、２つのアンテナおよび２つの給電回路を備えるアンテナ回路２０２について示す。
図７は第２の実施形態に係るアンテナ回路２０２の回路図である。このアンテナ回路２０２はローバンド用のアンテナ回路とミッド／ハイバンド用のアンテナ回路を備える。ミッド／ハイバンド用アンテナ回路は、第２給電回路２２、第２伝送線路４２および第２アンテナ３２を備える。ローバンド用アンテナ回路は、アンテナ整合回路１０１、第１給電回路２１、ローパスフィルタ５１、第１伝送線路４１および第１アンテナ３１を備える。ローパスフィルタ５１は、アンテナ整合回路と第１伝送線路４１との間、すなわち、アンテナ整合回路１０１のアンテナ側に挿入されている。アンテナ整合回路１０１およびローパスフィルタ５１は１つのアンテナ整合回路モジュール１１２として構成されている。
ここで、ローバンドは本発明に係る「第１通信周波数帯」の例ではあり、６９９ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、ミッド／ハイバンドは本発明に係る「第２通信周波数帯」の例であり、１７１０ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚである。
上記ローパスフィルタ５１の遮断周波数は、ローバンドとミッド／ハイバンドとの間である。すなわち、ローパスフィルタ５１はローバンドの信号を通過させ、ミッド／ハイバンドの信号を遮断する。これにより、アンテナ整合回路１０１内の可変容量素子Ｃ１，Ｃ２やスイッチ１３で発生した高調波等の不要波が第１アンテナ３１から放射されることが抑制され、不要波が第２アンテナ３２に回り込むことで生じる感度劣化を抑えられる。
また、キャリアアグリゲーション運用においてローバンドとミッド／ハイバンドの2up link時に第２アンテナ３２から放射されたミッド／ハイバンドの送信波が第１アンテナ３１からアンテナ整合回路１０１に回り込むことが防止され、ローバンドの送信波とミッド／ハイバンドの送信波とが可変容量素子Ｃ１，Ｃ２およびスイッチ１３で混合されることによる相互変調歪（IMD）の発生が抑制される。
図８は、図７に示したアンテナ整合回路モジュール１１２の斜視図である。ローパスフィルタ５１は樹脂多層基板で構成されている。このローパスフィルタ５１（樹脂多層基板）上に可変容量素子Ｃ１，Ｃ２、インダクタＬ１，Ｌ２およびスイッチ１３が搭載されている。
可変容量素子Ｃ１，Ｃ２はデジタル信号制御でキャパシタンスが定められる半導体ＩＣチップである。スイッチ１３は制御信号によって上記第１状態または第２状態に切り替える半導体ＩＣチップである。インダクタＬ１，Ｌ２は樹脂多層基板またはセラミック多層基板で構成されたチップインダクタである。
ローパスフィルタ５１（樹脂多層基板）の下面には通信信号用入出力端子、グランド端子、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２に対する制御信号入力端子およびスイッチ１３に対する制御信号入力端子が形成されている。
このようにフィルタを含めてアンテナ整合回路をモジュール化することによって、回路基板等への実装すべき部品数が削減される。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、２つのアンテナおよび２つの給電回路を備えるアンテナ回路２０３について示す。
図９は第３の実施形態に係るアンテナ回路２０３の回路図である。このアンテナ回路２０３はローバンド用のアンテナ回路とミッド／ハイバンド用のアンテナ回路を備える。ミッド／ハイバンド用アンテナ回路は、第２給電回路２２、ハイパスフィルタ５２、第２伝送線路４２および第２アンテナ３２を備える。ローバンド用アンテナ回路は、アンテナ整合回路１０１、第１給電回路２１、ローパスフィルタ５１、第１伝送線路４１および第１アンテナ３１を備える。
上記ハイパスフィルタ５２の遮断周波数は、ローバンドとミッド／ハイバンドとの間である。すなわち、ハイパスフィルタ５２はミッド／ハイバンドの信号を通過させ、ローバンドの信号を遮断する。これにより、第１アンテナ（ローバンド用アンテナ）３１から放射された送信波（基本波）が第２アンテナ（ミッド／ハイバンド用アンテナ）３２に回り込んでも、その信号はハイパスフィルタ５２で反射して再放射されるので、ローバンドにおける効率の悪化を防止できる。
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、１つのアンテナと２つの給電回路を備えるアンテナ回路２０４について示す。
図１０は第４の実施形態に係るアンテナ回路２０４の回路図である。このアンテナ回路２０４は、第１給電回路２１、第２給電回路２２、ローバンド用のアンテナ整合回路１０１、ダイプレクサ５０、伝送線路４０およびアンテナ３０を備える。
ローバンド用のアンテナ整合回路１０１の構成は、これまでに示した実施形態の回路と同じである。ダイプレクサ５０は第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間にローパスフィルタを備え、第２ポートＰ２と第３ポートＰ３との間にハイパスフィルタを備える。ダイプレクサ５０の第３ポートには伝送線路４０を介してアンテナ３０が接続され、ダイプレクサの第１ポートＰ１にはローバンド用のアンテナ整合回路１０１が接続され、第２ポートＰ２にはミッド／ハイバンド用の給電回路２２が接続される。
ダイプレクサ５０のローパスフィルタは第２の実施形態で示したローパスフィルタ５１と同様に作用し、ダイプレクサ５０のハイパスフィルタは第３の実施形態で示したハイパスフィルタ５２と同様に作用する。
本実施形態によれば、アンテナに対して１つの給電部から給電する構成において、少ない素子数で広帯域に亘って使用可能なアンテナ回路が構成できる。
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、１つのアンテナと２つの給電回路を備えるアンテナ回路２０５について示す。また、本実施形態ではアンテナ効率のシミュレーション結果について示す。
図１１は第５の実施形態に係るアンテナ回路２０５の回路図である。このアンテナ回路２０５はローバンド用のアンテナ回路部、ミッド／ハイバンド用のアンテナ回路部およびアンテナ３０を備える。ミッド／ハイバンド用アンテナ回路部は、第２給電回路２２、アンテナ整合回路１０３Ｈ、ハイパスフィルタ５２、および第２伝送線路４２を備える。ローバンド用アンテナ回路部は、アンテナ整合回路１０１、第１給電回路２１、ローパスフィルタ５１、および第１伝送線路４１を備える。
次に、アンテナ回路２０５のアンテナ効率に関するシミュレーション結果について示す。
図１２はシミュレーションモデルのアンテナ３０の構造を示す図である。このアンテナ３０は、金属筐体の一方端であるコ字型の金属体である。回路基板６０にローバンド用のアンテナ回路部およびミッド／ハイバンド用のアンテナ回路部が形成されている。
図１３は、ローバンドにおける各バンドにおいて最適なアンテナ整合回路１０１の各部の素子の値を示す図である。スイッチ１３は第２状態（ｃ−ｂ間導通状態）である。
図１４はローバンドでのアンテナ効率の周波数特性を示す図であり、図１５はミッド／ハイバンドでのアンテナ効率の周波数特性を示す図である。図１４に表れているように、ローバンドにおける６つのバンドで、それぞれ山なりの曲線を描くが、それらのピーク値は約−２．５ｄＢであり、いずれのバンドにおいても高いアンテナ効率が得られる。また、ミッド／ハイバンドについては整合回路を含まないので、図１５に表れているように、アンテナ効率の周波数依存性は殆ど無く、高いアンテナ効率が得られる。
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、アンテナ整合回路に設けるローパスフィルタおよびハイパスフィルタのインピーダンス変換作用について示す。
図１６は第６の実施形態に係るアンテナ整合回路のローパスフィルタ５１およびハイパスフィルタ５２の回路図である。ローパスフィルタ５１とハイパスフィルタ５２とでダイプレクサが構成される。各素子の値は図１７に示すとおりである。図１７において、「インピーダンス変換」の欄に記載した数値は入出力間でのインピーダンス変換の値である。例えば、"LPF30-50"は、ローパスフィルタ５１の入力インピーダンスを３０Ω、出力インピーダンスを５０Ωとする場合の条件である。ミッド／ハイバンドにおいてはアンテナ３０のインピーダンスはほぼ５０Ωであるので、ミッド／ハイバンド用アンテナ整合回路のハイパスフィルタ５２はインピーダンス変換を行わず、ハイパスフィルタ５２の入力インピーダンスは５０Ω、出力インピーダンスは５０Ωである。
図１８は上記ダイプレクサの３つのポートの反射損失と挿入損失の周波数特性について示す図である。ここで、ローパスフィルタ側をポート１、ハイパスフィルタ側をポート２、アンテナ側をポート３としている。いずれも入出力インピーダンスを５０Ωとしたときの特性である。
このようにローバンド用アンテナ回路のローパスフィルタ５１によって、ローバンドにおけるインピーダンスが５０Ωより低いアンテナ３０のインピーダンスを５０Ωに整合させることができる。
以上に示した例では、ローパスフィルタによるインピーダンス変換の例を示したが、ミッド／ハイバンド用アンテナ回路のハイパスフィルタについても、素子値の設定により、インピーダンス変換を行うようにしてもよい。
また、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタのインピーダンス変換作用の利用は、図１０に示したダイプレクサ５０に適用してもよい。
《第７の実施形態》
第７の実施形態では、アンテナ整合回路１０１の一部をＩＣで構成した例を示す。
図１９は第７の実施形態に係るアンテナ回路２０７の回路図である。第１可変容量素子Ｃ１、第２可変容量素子Ｃ２およびスイッチ１３は単一のＩＣ６１で構成されている。このＩＣ６１と第１インダクタＬ１および第２インダクタＬ２とでアンテナ整合回路が構成される。このアンテナ整合回路の作用は第１の実施形態で図１に示したアンテナ整合回路１０１と同じである。
本実施形態によれば、回路基板等へ実装すべき部品数が削減される。また、第１インダクタＬ１および第２インダクタＬ２をＩＣ６１の外に設けることにより、ＩＣ６１は半導体集積回路として容易に構成される。
《第８の実施形態》
第８の実施形態では、通信装置について示す。
図２０は第８の実施形態に係る通信装置３０８Ａのブロック図である。この通信装置３０８Ａは例えば携帯電話端末である。アンテナ３１にアンテナ整合回路１０１が接続されている。アンテナ整合回路１０１と分波／切替回路７１との間にはカプラ８０が設けられている。アンテナ整合回路１０１の構成は図１に示したとおりである。アンテナ整合回路１０１にはＣＰＵ８３が接続されている。カプラ８０と受信フィルタ７２、送信フィルタ７３との間に分波／切替回路７１が設けられている。ＲＦＩＣ７６と受信フィルタ７２との間にローノイズアンプ７４が設けられていて、ＲＦＩＣ７６と送信フィルタ７３との間にパワーアンプ７５が設けられている。このパワーアンプ７５はＲＦＩＣ７６から出力される送信信号を電力増幅する。ベースバンドＩＣ７７にはＲＦＩＣ７６や表示装置７８が接続されている。アンテナ整合回路１０１、カプラ８０、分波／切替回路７１、受信フィルタ７２および送信フィルタ７３は１つのフロントエンド回路（１つのモジュール部品）７０Ａとして構成されている。
上記フロントエンド回路７０Ａ内において、アンテナ整合回路１０１以外の回路部は本発明に係る「高周波回路」に相当する。
カプラ８０には位相検波回路８１が接続されていて、位相検波回路８１とＣＰＵ８３との間にＡ／Ｄコンバータ８２が接続されている。
位相検波回路８１はカプラ８０から出力される２つの信号の振幅および位相を検出し、ＣＰＵ８３は位相検波回路８１の検出信号のＡＤ変換値を入力し、この値に基づいて、アンテナ３１の反射損失または反射係数を求める。そして、その値が小さくなる方向に、アンテナ整合回路１０１を制御する。すなわち、アンテナ整合回路１０１のスイッチ１３の状態を定め、第１可変容量素子Ｃ１の値および第２可変容量素子Ｃ２の値を調整する。
携帯電話端末である通信装置３０８Ａの使用状態によって、アンテナ３１近傍の環境は大きく変化し、それに伴ってアンテナ３１のインピーダンスは変化し、給電回路側から視たインピーダンスが変化する。本実施形態によれば、アンテナ３１からの反射が小さくなるようにアンテナ整合回路１０１がチューニングされるので、常にアンテナと給電回路とを整合させることができる。
図２１は第８の実施形態に係る通信装置３０８Ｂのブロック図である。図２０に示した通信装置３０８Ａとはフロントエンド回路の構成異なる。通信装置３０８Ｂのフロントエンド回路７０Ｂは、アンテナ整合回路１０１、カプラ８０、分波／切替回路７１、受信フィルタ７２、送信フィルタ７３、ローノイズアンプ７４およびパワーアンプ７５が１つのフロントエンド回路（１つのモジュール部品）７０Ｂとして構成されている。その他の構成は通信装置３０８Ａと同じである。
上記フロントエンド回路７０Ｂ内において、アンテナ整合回路１０１以外の回路部は本発明に係る「高周波回路」に相当する。
このようにパワーアンプ７５を含むフロントエンド回路７０Ｂを構成してもよい。なお、ローノイズアンプ７４は図２１に示すようにフロントエンド回路７０Ｂに含めてもよいし、フロントエンド回路７０Ｂ外に設けてもよい。
本実施形態によれば、アンテナ整合回路１０１を含むフロントエンド回路７０Ａ，７０Ｂを用いることで、部品点数が削減される。また、アンテナ整合回路１０１はアンテナ３１の広範囲に亘るインピーダンス変動に対応できるので、フロントエンド回路７０Ａ，７０Ｂは汎用性の高いモジュール部品として利用できる。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。例えば、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Ｃ１…第１可変容量素子
Ｃ２…第２可変容量素子
Ｌ１…第１インダクタ
Ｌ２…第２インダクタ
Ｐ１…第１ポート
Ｐ２…第２ポート
Ｐ３…第３ポート
Ｐａ…アンテナポート
Ｐｆ…給電ポート
１１…第１回路
１２…第２回路
１３…スイッチ
２１…給電回路，第１給電回路
２２…第２給電回路
３０…アンテナ
３１…アンテナ，第１アンテナ
３２…第２アンテナ
４０…伝送線路，
４１…伝送線路，第１伝送線路
４２…第２伝送線路
５０…ダイプレクサ
５１…ローパスフィルタ
５２…ハイパスフィルタ
６０…回路基板
６１…ＩＣ
７０…フロントエンド回路
７１…切替回路
７２…受信フィルタ
７３…送信フィルタ
７４…ローノイズアンプ
７５…パワーアンプ
７６…ＲＦＩＣ
７８…表示装置
８０…カプラ
８１…位相検波回路
８２…Ａ／Ｄコンバータ
８３…ＣＰＵ
１０１…アンテナ整合回路
１０３Ｈ…アンテナ整合回路
１１２…アンテナ整合回路モジュール
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０７…アンテナ回路
３０８…通信装置

Claims (13)

  1. 給電ポートとアンテナポートとの間に接続される第１回路と、
    前記給電ポートとグランドとの間、または前記アンテナポートと前記グランドとの間に接続される第２回路とを備えるアンテナ整合回路において、
    前記第１回路の第１端は前記給電ポートに接続され、前記第１回路の第２端は前記アンテナポートに接続され、
    前記第２回路の第１端は前記グランドに接続され、
    少なくとも、前記第２回路の第２端と前記第１回路の第１端との間を接続する第１状態と、前記第２回路の第２端と前記第１回路の第２端との間を接続する第２状態とを切り替えるスイッチを備え、
    前記アンテナポートに接続されるアンテナのインピーダンスを反射係数で表すときに前記反射係数の実部が負であるとき、前記スイッチは第１状態に切り替えられ、前記反射係数の実部が正であるとき、前記スイッチは第２状態に切り替えられる、
    ことを特徴とするアンテナ整合回路。
  2. 前記第１回路は、第１可変容量素子と第１インダクタとが直列接続された回路であり、
    前記第２回路は、第２可変容量素子と第２インダクタとが並列接続された回路である、
    請求項１記載のアンテナ整合回路。
  3. 前記第１可変容量素子、前記第２可変容量素子および前記スイッチは単一のＩＣで構成されている、請求項２に記載のアンテナ整合回路。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ整合回路と、前記アンテナポートに接続される第１通信周波数帯用の第１アンテナとを備える、アンテナ回路。
  5. 前記第１アンテナを用いる第１通信周波数帯より高い周波数帯である第２通信周波数帯用の第２アンテナと、前記第２アンテナに接続される前記第２通信周波数帯用の第２給電回路とを更に備え、
    遮断周波数が第１通信周波数帯と第２通信周波数帯との間であるローパスフィルタを前記アンテナポートに備える、請求項４に記載のアンテナ回路。
  6. 前記ローパスフィルタは、前記第１アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有する、請求項５に記載のアンテナ回路。
  7. 遮断周波数が第１通信周波数帯と第２通信周波数帯との間であるハイパスフィルタを前記第２給電回路と前記第２アンテナとの間に備える、請求項５または６に記載のアンテナ回路。
  8. 前記ハイパスフィルタは、前記第２アンテナと前記第２給電回路とのインピーダンス変換機能を有する、請求項７に記載のアンテナ回路。
  9. 第１ポートと第３ポートとの間にローパスフィルタを有し、第２ポートと前記第３ポートとの間にハイパスフィルタを有するダイプレクサと、
    前記ダイプレクサの第３ポートに接続されるアンテナと、
    前記ダイプレクサの第１ポートを介して前記アンテナに給電する第１給電回路と、
    前記ダイプレクサの第２ポートを介して前記アンテナに給電する第２給電回路と、
    を備え、
    前記第１給電回路と前記ダイプレクサの第１ポートとの間に、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ整合回路が設けられた、アンテナ回路。
  10. 前記ローパスフィルタは、前記アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有し、または前記ハイパスフィルタは、前記アンテナと前記アンテナ整合回路とのインピーダンス変換機能を有する、請求項９に記載のアンテナ回路。
  11. 請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ整合回路と、前記アンテナ整合回路に接続された高周波回路とを備える、フロントエンド回路。
  12. 前記高周波回路は、送信信号を電力増幅するパワーアンプを含む、請求項１１に記載のフロントエンド回路。
  13. 請求項４から１０のいずれかに記載のアンテナ回路と前記アンテナ回路に接続される通信回路とを備える通信装置。
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