JP2010147589A

JP2010147589A - 高周波回路、高周波部品及び通信装置

Info

Publication number: JP2010147589A
Application number: JP2008319982A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamashita; 貴弘山下; Keisuke Fukamachi; 啓介深町; Shigeru Kenmochi; 茂釼持
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】低雑音増幅器を有する高周波回路、高周波部品および通信機器において、受信感度の向上および通過帯域外での高減衰量を両立し、かつ小型化を可能にする。
【解決手段】第１の通信システムの周波数帯域の信号を増幅する低雑音増幅器の入力側に接続された第１のバンドパスフィルタと、前記低雑音増幅器の出力側に接続された第２のバンドパスフィルタとを備えた高周波回路であって、前記第１の通信システムの周波数帯域において、前記第１のバンドパスフィルタの挿入損失が、前記第２のバンドパスフィルタの挿入損失よりも小さく、前記通過帯域外の阻止帯域の少なくとも一部において、前記第２のバンドパスフィルタの減衰量が、前記第１のバンドパスフィルタの減衰量よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ、次世代ＰＨＳ等の無線伝送などの信号伝送に用いる高周波回路、高周波部品および通信装置に関する。

通信機器において、アンテナを介して入力された受信信号はその信号レベルが非常に小さいために、ＲＦＩＣ部へ出力される途中の経路にて低雑音増幅器で受信信号を増幅する。その際に受信信号の通信帯域以外の信号は不要であるため、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを用いて、不必要な信号を減衰させる必要がある。これは不必要な信号がＲＦＩＣ部へ誤って入力した場合に、ＲＦＩＣ部の誤作動に繋がる恐れがあるためである。また不必要な信号を減衰させることにより、受信感度の向上を図ることが可能となる。一般的に不必要な信号を減衰させる方法として、バンドパスフィルタ回路がよく用いられる。バンドパスフィルタ回路を用いた中でも、不必要な信号をより減衰させることを目的として、特許文献１に示すような回路が提案されている。

また、アンテナを介して入力された受信信号は、Ｓ／Ｎ比をできるだけ悪化させないように低雑音増幅器に入力することが望ましい。Ｓ／Ｎ比を悪化させる度合いは雑音指数で表すことできる。低雑音増幅器を含む回路全体の雑音指数Ｆ_ｔｏｔを、低雑音増幅器の入力側の挿入損失をＬ_ｉｎ、低雑音増幅器の出力側の挿入損失をＬ_ｏｕｔ、低雑音増幅器の雑音指数ならびに増幅度をＦ_ＬＮＡ、Ｇ_ＬＮＡで表した場合には、
Ｆ_ｔｏｔ＝Ｌ_ｉｎ＋（Ｆ_ＬＮＡ−１）／Ｇ_ＬＮＡ＋（Ｌ_ｏｕｔ−１）／Ｇ_ＬＮＡ
と表すことができる。つまり回路全体の雑音指数の改善には低雑音増幅器の入力側の挿入損失を小さくすることが非常に有効である。そのため受信感度を上げる方法として、低雑音増幅器の入力側の挿入損失をできるだけ小さくすることが重要であり、これを実現するために特許文献２に示すような回路が提案されている。

特許文献１の図１では、低雑音増幅器１４の入力側に弾性表面波フィルタ１２を接続し、さらに出力側にはＬＣフィルタ１６を接続している。弾性表面波フィルタ１２は通過帯域外の信号を除去するために接続され、ＬＣフィルタは受信信号からイメージ信号を除去するために接続されている。入出力側に通過帯域外の信号を除去するためにフィルタを設けることにより、通過帯域以外の信号に対して十分な減衰量を得ることが可能となる。

また特許文献２では、通信経路を切替えるＳＷ１０１を回路内に設けている。受信感度を向上させたい場合には、低雑音増幅器１０５ａの入出力側にバンドパスフィルタが接続されていない回路Ｃ２を用いる。また、通過帯域外の信号の減衰量が必要な場合には、低雑音増幅器１０４ｂの入出力側にバンドパスフィルタ１０４ａ、１０４ｃが接続された回路Ｃ１を用いる。これにより１つの通信機器において受信感度と減衰量を両立することが可能となる。

特開２００３−６９４３９号公報特開２００３−８４５９号公報

前述した技術分野の低雑音増幅器を有する受信回路では、高受信感度と不要信号の高減衰量が求められる。ところが特許文献１に記載の回路では、受信感度の向上について考慮されているものではなかった。また特許文献２に記載の発明では、通信機器として高受信感度と不要信号の高減衰量の両立は可能となるが、新たにバイパス回路を構成する必要がある。そのためスイッチ回路に必要な半導体素子ならびに低雑音増幅器を、新たに多層基板上などへ搭載する必要があり、これらが高周波部品等の小型化の妨げとなった。

また、一般的に帯域外での減衰量を大きくすると、挿入損失も悪化する。そのため入力側のみに当該バンドパスフィルタ回路を接続した場合は、高減衰量を確保できるものの入力側の挿入損失が極めて大きくなり、受信感度が著しく悪化するという問題が生じる。また出力側のみに接続した場合には入力側に接続したときに比べ、受信感度の悪化を防ぐことは可能だが、不要な信号が減衰されずに低雑音増幅器に入力される。通信帯域外の強い信号がアンテナを介して入力された場合に、低雑音増幅器が通信帯域外の信号により飽和してしまい、通過帯域信号の増幅が不可能になる恐れがある。そのため通信システムに必要な信号が正常に伝達されず、通信機器に悪影響を与える。また出力側の挿入損失が大きくなるため、所定の出力電力を得るために高ゲインな増幅器を用いる必要があり、受信感度の向上、小型化には不利である。

上記点に鑑み、本発明は、低雑音増幅器を有する高周波回路、高周波部品および通信機器において、受信感度の向上および通過帯域外での高減衰量を両立し、かつ小型化を可能にすることを目的とする。

本発明の高周波部品は、第１の通信システムの受信信号を増幅する低雑音増幅器と、前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の入力側に接続された第１のバンドパスフィルタと、前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の出力側に接続された第２のバンドパスフィルタとを備えた高周波回路であって、前記第１の通信システムの周波数帯域において、前記第１のバンドパスフィルタの挿入損失が、前記第２のバンドパスフィルタの挿入損失よりも小さく、前記通過帯域外の阻止帯域の少なくとも一部において、前記第２のバンドパスフィルタの減衰量が、前記第１のバンドパスフィルタの減衰量よりも大きいことことを特徴とする。かかる構成によって、高周波回路を小型に維持しつつ、受信感度の向上と通過帯域外での高減衰量を両立することができる。

また、前記高周波回路を、複数の誘電体層に電極パターンを形成してなる積層体と、前記積層体の表面に搭載された素子とを用いて構成した高周波部品であって、前記第１および第２のバンドパスフィルタは前記積層体内に形成されたインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いて構成されたＬＣフィルタであることが好ましい。かかるＬＣフィルタを使用することにより、安価にフィルタを構成することが可能であるとともに、高周波部品の小型化に寄与する。

さらに、前記高周波部品において、前記第１および第２のバンドパスフィルタは、それぞれ積層体の中に並設された複数の共振線路が電磁結合する構造を有し、前記第２のバンドパスフィルタの共振線路の数が、前記第１のバンドパスフィルタの共振線路の数以上であることが好ましい。

さらに、前記高周波部品において、前記第１のバンドパスフィルタの複数の共振線路と、前記第２のバンドパスフィルタの複数の共振線路はそれぞれ略直線状をなすとともに、前記第１のバンドパスフィルタの複数の共振線路の長手方向と、前記第２のバンドパスフィルタの複数の共振線路の長手方向が同じであることが好ましい。かかる構成はバンドパスフィルタの占有面積の低減に有利である。

本発明の通信装置は、前記いずれかの高周波部品を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、受信感度の向上と不要信号の高減衰量を確保しつつ、かつ小型の高周波回路、高周波部品および通信機器を提供することが可能となる。

本発明に係る高周波回路は、第１の通信システムの受信信号を増幅する低雑音増幅器と、前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の入力側に接続された第１のバンドパスフィルタと、前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の出力側に接続された第２のバンドパスフィルタとを備える。さらに、前記第１の通信システムの周波数帯域において、前記第１のバンドパスフィルタの挿入損失が、前記第２のバンドパスフィルタの挿入損失よりも小さく、前記通過帯域外の阻止帯域の少なくとも一部において、前記第２のバンドパスフィルタの減衰量が、前記第１のバンドパスフィルタの減衰量よりも大きい。かかる高周波回路は、例えば携帯電話、無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ、次世代ＰＨＳ等の通信システムの信号伝送用に用いられる。具体的には、例えば無線伝送における受信モジュール、送受信モジュールなどに適用される。以下図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。

［第１の実施形態］
第１の実施形態を図１に示す。図１には、アンテナから受信した第１の通信システムの信号が、アンテナ端子ＡＮＴ１、低雑音増幅器ＬＮＡ１の入力側に配置された第１のバンドパスフィルタＢＰＦ１、低雑音増幅器ＬＮＡ１、出力側に配置された第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２を通過してＲＦＩＣ回路へ信号が伝達する場合の等価回路を示している。低雑音増幅器ＬＮＡ１、バンドパスフィルタＢＰＦ１およびバンドパスフィルタＢＰＦ２以外の部分については、その有無も含めて適宜変更することができる。例えば、図１の等価回路に加えてアンテナ端子ＡＮＴ１とバンドパスフィルタＢＰＦ１の間に送／受信の信号経路を切替えるためのスイッチ回路などが挿入されていても良い。また出力側に配置された第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２とＲＦＩＣ回路の間には、ミキサ回路などが接続されていても良い。

ここで入力側、出力側にそれぞれ接続された第１、第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２の高周波特性を図２に示す。第１のバンドパスフィルタＢＰＦ１の、第１の通信システムの周波数帯域ｆ_１での挿入損失をＩＬ_１、帯域外の阻止帯域ｆ_２（ｆ_３）での減衰量をＡＴ_１とする。同様に第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２の第１の通信システムの周波数帯域ｆ_１での挿入損失をＩＬ_２とし、帯域外の阻止帯域ｆ_２（ｆ_３）での減衰量をＡＴ_２とする。また低雑音増幅器の増幅度をＧ_１、雑音指数をＮ_１とする。ここで低雑音増幅器前後のバンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２は、挿入損失レベルがＩＬ_１＜ＩＬ_２、帯域外での減衰量レベルがＡＴ_１＜ＡＴ_２となるように設計されている。かかる関係はバンドパスフィルタの通過帯域外の少なくとも一部（ｆ_２またはｆ_３）において満たされればよい。例えば、携帯電話の使用帯域をｆ_２、WLANやWiMAXなど周波数帯域ｆ_１を使用する通信システムの高調波の帯域をｆ_３とした場合、これらの帯域において、前記関係が満たされるようにすればよい。

本実施形態の高周波回路の高周波特性を図３に示す。ここでは比較のために、入力側のバンドパスフィルタのみが接続された場合の高周波特性（ａ）、出力側のバンドパスフィルタのみが接続された場合の高周波特性（ｂ）、および入力側と出力側のバンドパスフィルタを入れ替えた場合の高周波特性（ｃ）を比較のために記す。本実施形態の高周波回路の高周波特性は（ｄ）で表す。またｆ_２、ｆ_３の周波数にて必要な帯域外減衰量をＡＴ_３とする。入力、出力のどちらか一方のみにバンドパスフィルタを接続した場合（ａ）（ｂ）では、挿入損失は良いが、ｆ_２およびｆ_３の周波数帯域において減衰量が目標値以下にすることができない。

次に減衰量を満たすことができる回路（ｃ）（ｄ）での雑音指数Ｎ（ｃ）、Ｎ（ｄ）は、
Ｎ（ｃ）＝ＩＬ_２＋（Ｎ_１−１）／Ｇ_１＋（ＩＬ_１−１）／Ｇ_１
Ｎ（ｄ）＝ＩＬ_１＋（Ｎ_１−１）／Ｇ_１＋（ＩＬ_２−１）／Ｇ_１
と表すことができる。Ｎ（ｃ）とＮ（ｄ）を比較すると、ＩＬ_１とＩＬ_２の大小関係が雑音指数の大小関係について支配的である。そのため入力側、出力側のバンドパスフィルタをＩＬ_１＜ＩＬ_２として配置することが重要であり、これにより受信感度の劣化を押さえつつ、かつ減衰量を確保した受信回路を提供できる。すなわち、第１のバンドパスフィルタには低挿入損失型のバンドパスフィルタを配置し、受信感度の向上を図る。一方、低雑音増幅器の出力側に設けられた第２のバンドパスフィルタには高減衰量型のバンドパスフィルタを配置することにより、不要信号を十分に減衰させる。また本発明では特別なバイパス回路などは不要であり、高周波部品や通信機器の小型化が可能である。また、必要部品の削減によって、安価な製品の提供が可能となる。

本実施形態において、バンドパスフィルタには、ＬＣフィルタや弾性表面波フィルタ、誘電体フィルタなどを用いても良い。またＬＣフィルタにおいて特性を満足するものであればローパスフィルタやハイパスフィルタなどを組み合わせても良い。バンドパスフィルタをＬＣフィルタで構成する場合、高周波回路は複数の誘電体層に電極パターンを形成してなる積層体と、前記積層体の表面に搭載された素子とを用いた高周波部品に構成される。この場合、ＬＣフィルタは、前記積層体内に形成されたインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いて構成する。ＬＣフィルタは他の回路素子とともに高周波部品に一体化されるため、高周波部品の小型化が図られる。

［第２の実施形態］
次に図４を参照して、本発明を用いたフロントエンドモジュール１のブロック回路を説明する。本発明を用いたフロントエンドモジュールは、２つのアンテナにそれぞれ接続されるアンテナ端子ＡＮＴ１、ＡＮＴ２と、送信回路に接続される送信端子Ｐ１／Ｐ２（ＴＸ１）と、受信回路に接続される第１の受信端子Ｐ３／Ｐ４（ＲＸ１）、第２の受信端子Ｐ５／Ｐ６（ＲＸ２）を持ち、いわゆる１Ｔ２Ｒ（１送信２受信）の構造を持つフロントエンドモジュールである。またフロントエンドモジュールを構成する電極の一部は積層体（多層基板）内にて作製されており、低雑音増幅器やスイッチ回路を構成するＧａＡｓスイッチなどは多層基板の上面に搭載されている。

ＲＦＩＣ回路２からの送信信号は、平衡−不平衡変換回路ＢＡＬ３から入力され、バンドパスフィルタＢＰＦ５にて不要な信号が減衰されたのち、増幅器ＰＡへ入力される。増幅された信号は不要な高調波信号を減衰させるローパスフィルタＬＰＦを通過し、さらにスイッチ回路ＳＷ１、ハイパスフィルタＨＰＦ１を通過し、アンテナ端子ＡＮＴ１を介してアンテナより放射される。スイッチ回路ＳＷ１は切替えにより送信モードの際に送信経路がＯＮ状態になるように電源電圧をコントロールする。またハイパスフィルタＨＰＦ１はＥＳＤ対策のために配置する。

一方受信信号は、アンテナ端子ＡＮＴ１およびアンテナ端子ＡＮＴ２を介してフロントエンドモジュールに入力する。本実施形態のフロントエンドモジュールは、複数のアンテナにて同時に受信した信号を用いることが可能なＭＩＭＯに対応している。そのため信号伝播経路の数を増やすことによりＳＮ比を上昇させ、信号品質の改善が行うことができる。アンテナ端子ＡＮＴ１を介して入力した信号は、ハイパスフィルタＨＰＦ１を通過し、スイッチ回路ＳＷ１に入力される。このときスイッチ回路ＳＷ１は受信経路がＯＮ状態になるように電源電圧をコントロールする。スイッチ回路を通過した信号は、バンドパスフィルタＢＰＦ１を通過し、不要な通信帯域外の信号が減衰されたのち、低雑音増幅器ＬＮＡ１に入力される。出力側に接続されたバンドパスフィルタＢＰＦ２により、通過帯域外の不要信号の十分な減衰量を確保することが可能となる。バンドパスフィルタＢＰＦ１を通過した受信信号は平衡−不平衡変換回路ＢＡＬ２を介してＲＦＩＣ回路２に入力される。なお、送信端子および受信端子は必ずしも平衡端子である必要はない。また、低雑音増幅器とその前後のバンドパスフィルタ以外の構成は適宜変更することができる。第２のアンテナ端子ＡＮＴ２から受信端子Ｐ５／Ｐ６（ＲＸ２）までの受信経路は、第１のアンテナ端子ＡＮＴ１から受信端子Ｐ３／Ｐ４（ＲＸ１）までの受信経路と同様であるので説明を省略する。

次にアンテナ端子から送信端子および受信端子までの高周波回路を構成した、本実施形態に係るフロントエンドモジュールの斜視図を図５に示す。フロントエンドモジュールは誘電体層に導電ペーストを用いて電極パターンを形成し、積層一体化してなる積層体と、前記積層体の表面に搭載された素子を用いて構成されている。上面にはスイッチ回路を構成するＧａＡｓスイッチ、低雑音増幅器、パワーアンプを搭載する。本実施形態では上記の能動素子はすべてベアチップであり、ベアチップ上のパッドは積層体上の電極と金ワイヤにより接続されている。ベアチップを用いることによりパッケージ品を用いた場合よりも低背化、小型化が可能となる。またチップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗を必要に応じて上面に搭載する。可能であれば上面に搭載している素子を、積層体中に埋め込んで設計しても良い。

次にフロントエンドモジュールの受信回路の等価回路を図６に示す。ここではアンテナ端子ＡＮＴ１から受信端子Ｐ３／Ｐ４（ＲＸ１）までの等価回路を示す。アンテナ端子ＡＮＴ１には、積層体内部にて形成されたコンデンサＣｈ１〜Ｃｈ５と伝送線路Ｌｈ１〜Ｌｈ３にて設計されたハイパスフィルタＨＰＦ１が接続されている。ハイパスフィルタを接続することにより、アンテナ端子ＡＮＴ１をＤＣ的にオープンにし、またアンテナ端子ＡＮＴ１から入ってくるサージ電圧を減衰させることが可能となり、スイッチ回路の破壊を防ぐことができる。次にＧａＡｓスイッチにより送信経路と受信経路の切替えを行っている。本実施形態ではＳＰＤＴスイッチを用いているが、通信システムに応じてＤＰＤＴスイッチやＳＰ３Ｔスイッチなどを使用しても良い。

スイッチ回路ＳＷ１と低雑音増幅器ＬＮＡ１の入力側との間にＢＰＦ１（ＢＰＦｉｎともいう）が接続されている。ＢＰＦｉｎは積層体内にて形成された２本の伝送線路ＬＬ１ａ〜１ｃ、ＬＬ２ａ〜２ｃを用いた共振器構造を持つ。共振器の一端はそれぞれＧＮＤに接続され、他端は容量電極Ｃｌ１ｄ，Ｃｌ２ｄにより接地容量を持つ。また、ＢＰＦｉｎの入出力側にはＣｌ１ａ〜Ｃｌ１ｃとＣｌ２ａ〜Ｃｌ２ｃによって構成されたＤＣカットコンデンサが接続されている。ＤＣカットコンデンサＣｌ２ａ〜Ｃｌ２ｃと低雑音増幅器ＬＮＡ１の間には、入力整合をとるために積層体上面に搭載されたチップインダクタＬｉｎ１、Ｌｉｎ２が接続されている。このチップインダクタの定数の変更により、入力整合の調整が容易に可能である。

低雑音増幅器ＬＮＡ１のＯＮ／ＯＦＦの切替えは、コントロール電圧Ｖｂにより行う。低雑音増幅器にはＶｄｄ（ドレイン電圧）が通常３．０〜４．０Ｖ印加されている。コントロール電圧Ｖｂは、受信信号の増幅が必要なときに２．０〜３．０Ｖ程度の電圧が印加され、低雑音増幅器をＯＮモードにする。またＶｂがオフモードのときは、低雑音増幅器がバイパスモードとなる。バイパスモードは大電力の信号がアンテナから入力された際に、低雑音増幅器の飽和を防ぐために使用されるが、必要に応じてバイパスモードが無いLNAを使用してもよい。またＶｄｄ端子にはチョークコイルＬｏｕｔ１とノイズカットコンデンサＣｏｕｔが接続されている。

低雑音増幅器ＬＮＡ１にて増幅された信号は、出力側の整合を取るためのインダクタＬｏｕｔ２を通過し、バンドパスフィルタＢＰＦ２（ＢＰＦｏｕｔともいう）に入力される。ＢＰＦｏｕｔは積層体内にて形成された２本の伝送線路ＬＬ３ａ〜３ｃ、ＬＬ４ａ〜４ｃによる共振器構造を持つ。共振器の一端はそれぞれＧＮＤに接続され、他端は容量電極Ｃｌ３ｄ，Ｃｌ４ｄにより接地容量を持つ。また、ＢＰＦｏｕｔの入出力側にはＣｌ３ａ〜Ｃｌ３ｃとＣｌ４ａ〜Ｃｌ４ｃによって構成されたＤＣカットコンデンサが接続されている。さらに共振器どうしの結合を強めるため、コンデンサＣｌ５が接続されている。これにより通過帯域外の減衰量を大きくとることが可能となる。また伝送線路による共振器の本数を３本とし、通過帯域外の減衰量を大きくとっても良い。

バンドパスフィルタＢＰＦｏｕｔを通過した信号は、平衡−不平衡変換回路ＢＡＬにて平衡信号に変換される。平衡−不平衡変換回路は、積層体内に形成された伝送線路Ｌｂａｌ１，Ｌｂａｌ２，Ｌｂａｌ３を用いて構成される。Ｌｂａｌ１にはバンドパスフィルタＢＰＦｏｕｔと平衡−不平衡変換回路ＢＡＬとの整合をとる伝送線路が含まれていても良い。またＬｂａｌ２とＬｂａｌ３の間には、積層体上面に搭載しているコンデンサＣｂａｌが接続されている。コンデンサＣｂａｌにより、受信端子Ｐ３／Ｐ４に出力される受信信号の位相差を調整することができる。受信端子Ｐ３／Ｐ４はＲＦＩＣ回路部に接続される。平衡入出力のほうが不平衡入出力より耐ノイズ性に優れているため、ＲＦＩＣ回路部は平衡入力、平衡出力であることが多い。一方スイッチ回路や低雑音増幅器回路部などは不平衡デバイスであるため、ＲＦＩＣ回路部とのインターフェースとして、平衡−不平衡変換回路を設けることが多い。平衡−不平衡変換回路を積層体内部にて設計することにより、高周波部品の小型化が可能となり、通信機器の小型化を実現することができる。

次にバンドパスフィルタＢＰＦｉｎとＢＰＦｏｕｔの挿入損失ならびに減衰量の比較データを図７および図８に示す。図７にはそれぞれのバンドパスフィルタの減衰特性を示す。図中の灰色部は不要信号の減衰が必要な周波数帯域である。ＢＰＦｉｎとＢＰＦｏｕｔの減衰特性を比較すると、低域側である１．９２ＧＨｚではＢＰＦｉｎが−２３．８ｄＢ、ＢＰＦｏｕｔが−３９．２ｄＢである。また高域側である３．３ＧＨｚではＢＰＦｉｎが−１７．６ｄＢ、ＢＰＦｏｕｔが−４３．１ｄＢである。どちらの帯域においてもＢＰＦｏｕｔはＢＰＦｉｎよりも大きく減衰量をとる。これによりＢＰＦｉｎのみでは不足する不要信号の減衰量を、出力側にＢＰＦｏｕｔを接続することにより確保することができる。図８には、使用周波数帯域の挿入損失特性を示す。図中の灰色部は通信に使用する信号の周波数帯域を示す。ＢＰＦｉｎとＢＰＦｏｕｔの挿入損失特性を比較すると、最も挿入損失が大きい２．７ＧＨｚではＢＰＦｏｕｔが−３．４６ｄＢであるのに対し、ＢＰＦｉｎでは−１．３８ｄＢである。ＢＰＦｉｎ側には挿入損失が小さいバンドパスフィルタを接続することにより、受信感度の劣化を最小限にとどめることが可能である。

次に図９〜１１を参照して、積層体内部の電極パターンを上面から順に示し、上記等価回路に関する電極について説明する。部品が搭載されている上面直下の層であるＳ１層には、グランド電極ＧＮＤがほぼシートの全面に形成されている。これにより積層体内部電極と、積層体上面に搭載された能動素子などとの干渉を防ぐことができる。Ｓ２層では、バンドパスフィルタＢＰＦｉｎ、ＢＰＦｏｕｔならびに平衡−不平衡回路ＢＡＬ１を構成する電極の一部が配置されている。またＣｌ１ａ，Ｃｌ２ａとＣｌ３ａ，Ｃｌ４ａとの間には、グランド電極ＧＮＤであるスルーホールが帯状に配置されている。これはＢＰＦｉｎ回路の一部であるＣｌ１ａ，Ｃｌ２ａとＢＰＦｏｕｔ回路の一部であるＣｌ３ａ，Ｃｌ４ａとの干渉をできるだけ抑え、アイソレーションの向上を図るためである。これにより低雑音増幅器ＬＮＡの入力部と出力部のアイソレーションを高めることができ、低雑音増幅器の発振を防ぐことが可能となる。

Ｓ３層ではバンドパスフィルタの電極の一部が配置されているとともに、ハイパスフィルタＨＰＦ１を構成する電極の一部も配置されている。またこの層ではハイパスフィルタとバンドパスフィルタＢＰＦｉｎとの間、ＢＰＦｉｎとＢＰＦｏｕｔとの間に帯状のグランド電極を配置し、各経路間のアイソレーションを向上させている。この帯状電極については各層ごともしくは１層ごとに配置していくのが良い。またバンドパスフィルタＢＰＦｉｎの一部を構成する電極Ｃｌ１ｂ，Ｃｌ２ｂならびにバンドパスフィルタＢＰＦｏｕｔの一部を構成する電極Ｃｌ３ｂ，Ｃｌ４ｂの大きさを調整することにより、バンドパスフィルタの整合が調整可能である。

Ｓ４層ではバンドパスフィルタＢＰＦｉｎ，ＢＰＦｏｕｔとハイパスフィルタＨＰＦ１および平衡−不平衡回路ＢＡＬ１の電極の一部が配置されている。ＢＰＦｉｎとＢＰＦｏｕｔでは容量電極の配置の仕方が異なっており、ＢＰＦｏｕｔでは浮き電極であるｃｌ５が配置されている。これにより容量結合を強くし、通信帯域外の減衰量を大きくとることが可能となる。またＳ２〜Ｓ４の３層で、接地容量を除いた、バンドパスフィルタを構成する容量成分を形成する電極を配置している。

Ｓ５〜Ｓ７層ではハイパスフィルタＨＰＦ１ならびに平衡−不平衡回路ＢＡＬ１を構成する電極の一部が配置されている。またバンドパスフィルタ回路において容量成分が新たに必要になった場合は当該層に電極パターンを設けても良い。

Ｓ８〜Ｓ１０層ではバンドパスフィルタＢＰＦｉｎ，ＢＰＦｏｕｔの共振器を構成する伝送線路を配置する。伝送線路は両端がスルーホールにより接続されたものを３層に渡って配置する。この並列線路構成により伝送線路の内部抵抗を減少させ、バンドパスフィルタ回路の挿入損失を改善できる。各バンドパスフィルタの共振線路は同じ誘電体層に形成されており、二つの受信経路のバンドパスフィルタの特性を合わせるのが容易である。また伝送線路は整合を取るために、伝送線路どうしの間隔を調整したり、伝送線路の幅を調整したり、伝送線路の長さなどを調整しても良い。また必要であれば、Ｓ１１，Ｓ１２層に渡って伝送線路を配置しても良い。第１のバンドパスフィルタＢＰＦ１（ＢＰＦｉｎ）の複数の共振線路と、第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２（ＢＰＦｏｕｔ）の複数の共振線路はそれぞれ略直線状をなしている。さらに、第１のバンドパスフィルタＢＰＦ１（ＢＰＦｉｎ）の複数の共振線路の長手方向と、前記第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２（ＢＰＦｏｕｔ）の複数の共振線路の長手方向が同じである。かかる構成によってバンドパスフィルタを密に配置することができる。図８〜図１１に示す実施形態では、バンドパスフィルタの共振線路の長手方向は、全てのバンドパスフィルタで同じになっており、五つ以上のバンドパスフィルタを有する高周波部品においても、バンドパスフィルタを密に配置することが可能であり、高周波部品の小型化に寄与している。また、バンドパスフィルタの長手方向が同じであるため、電極を印刷によって形成する場合、電極の形状ばらつきによる特性変動が抑制される効果もある。

さらに、各バンドパスフィルタの共振線路は、全て同じ誘電体層に形成されており、該構成はバンドパスフィルタ全体の占有部分を積層方向においても低減することが可能となっている。スイッチ回路ＳＷ１から送信端子Ｐ１／Ｐ２（ＴＸ１）までの送信経路、スイッチ回路ＳＷ１から受信端子Ｐ３／Ｐ４（ＲＸ１）までの受信経路およびスイッチ回路ＳＷ１から受信端子Ｐ５／Ｐ６（ＲＸ２）までの受信経路は、積層体内部において矩形の誘電体層の長手方向で見て、分離して形成されている。各経路はグランドに接続されたシールドビアやシールド電極を介して並置されている。各経路に配置された各バンドパスフィルタの共振線路の長手方向は、各経路の並置方向（矩形の誘電体層の長手方向）と同じにしてあり、経路間のバンドパスフィルタ同士が干渉することを抑制している。かかる構成は、バンドパスフィルタ間のフィルタ特性に係る構成によらず、ＭＩＭＯ型（ＳＩＭＯ（Single Input Multi Output）型を含む）の高周波部品に広く適用できる。

Ｓ１３〜Ｓ１５層について説明する。Ｓ１３層はほぼ全面にグランド電極ＧＮＤを形成する。これによりＳ１４層で形成する接地容量との干渉を防ぐことができる。Ｓ１４層ではバンドパスフィルタの接地容量となる電極を配置する。Ｓ１５層もＳ１３層と同様に全面にグランド電極ＧＮＤを形成する。当該３層によりバンドパスフィルタ回路の接地容量の大部分を形成することができる。また当該３層の積層体シート厚は他の層と比較して薄いほうが良い。薄いシートを用いることにより、小さな電極面積で大きな容量をとることが可能になり、高周波部品の小型化が可能となる。

上記説明では積層体内に設けられた電極の一部について説明を行ったが、本実施例ではアンテナ端子ＡＮＴ２から第２の受信端子ＲＸ２までの回路を構成する電極や、アンテナ端子ＡＮＴ１から送信端子ＴＸまでの回路を構成する電極も積層体内にて配置されている。これらの回路も同様にバンドパスフィルタ回路や整合回路を構成するインダクタンス素子やキャパシタンス素子の一部を、積層体内部の電極にて構成する。またスイッチ回路やパワーアンプなどの能動素子を積層体上面に搭載する。

本発明に係る高周波部品は、例えば１０００℃以下で低温焼結が可能なセラミック誘電体材料ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）からなり、厚さが１０μｍ〜２００μｍのグリーンシートに、低抵抗率のＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷して所定の電極パターンを形成し、複数のグリーンシートを適宜一体的に積層し、焼結することにより製造することが出来る。前記誘電体材料としては、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分として、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とする材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分としてＣａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋを副成分とする材料や、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含む材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含む材料が用いられ、誘電率は５〜１５程度の材料を用いればよい。なお、高周波部品の積層体を構成する誘電体層には、セラミック誘電体材料の他に、樹脂材料や樹脂とセラミック誘電体粉末を混合してなる複合材料を用いることも可能である。また、前記セラミック誘電体材料を用いた積層体（セラミック積層基板）をＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）技術を用いて作製してもよい。すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３を主体とする誘電体材料と、タングステンやモリブデン等の高温で焼結可能な金属導体を用いてセラミック積層基板を構成しても良い。セラミック積層基板でバンドパスフィルタを構成する場合は、各層には、インダクタンス素子用、容量素子用、配線用、及びグランド電極用のパターン電極が適宜構成されて、層間にはビア導体が形成されて、所望の回路が構成される。

本発明に係る高周波部品は、高周波スイッチモジュールだけではなく、他の高周波部品にも広く適用可能である。また、本発明に係る高周波部品は、各種通信装置に展開することが可能である。特に高周波を扱う、携帯電話機、Bluetooth（登録商標）通信機器、無線ＬＡＮ通信機器(802.11a/b/g/n)、WiMAX(802.16e)、IEEE802.20(I-burst)などにも応用することが可能である。例えば、シングルバンド通信装置の他、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂおよび／あるいはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）と５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の２つの通信システムを共用可能な高周波フロントエンドモジュールあるいはＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格に対応可能な高周波フロントエンドモジュールとなし、これを備えた小型のマルチバンド通信装置を実現することが出来る。通信システムは上記した周波数帯域や通信規格に限るものではなく各種通信システムに利用可能である。また、２つの通信システムだけではなく、例えば分波回路を更に多段に設ける態様をとることにより、より多数の通信システムに対応可能となる。マルチバンド通信装置としては、例えば携帯電話に代表される無線通信機器、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、プリンタやハードディスク、ブロードバンドルータ等のＰＣの周辺機器、ＦＡＸ、冷蔵庫、標準テレビ（ＳＤＴＶ）、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）、カメラ、ビデオ、等の電子機器などに展開が出来る。

本発明に係る高周波回路の一実施形態を示す等価回路図である。本発明の実施形態に用いたバンドパスフィルタの特性図である。バンドパスフィルタの形態の違いによる特性差を示す図である。本発明に係る高周波部品に構成した高周波回路の一実施形態を示す等価回路図である。本発明に係る高周波部品の一実施形態の斜視図である。図４に示した高周波回路の受信経路の一部を抜き出して示した等価回路図である。本発明の実施形態に用いたバンドパスフィルタの特性図である。本発明の実施形態に用いたバンドパスフィルタの特性図である。本発明に係る高周波部品の一実施形態の積層基板内における導体パターンの配置を示すためのシート展開図の一部である。本発明に係る高周波部品の一実施形態の積層基板内における導体パターンの配置を示すためのシート展開図の一部である。本発明に係る高周波部品の一実施形態の積層基板内における導体パターンの配置を示すためのシート展開図の一部である。

符号の説明

ＡＮＴ１、ＡＮＴ２：アンテナ端子
ＢＰＦ１〜５：バンドパスフィルタ
ＬＮＡ１、ＬＮＡ２：低雑音増幅器
ＰＡ：パワーアンプ
ＨＰＦ１、ＨＰＦ２：ハイパスフィルタ
ＳＷ１、ＳＷ２：スイッチ回路
ＬＰＦ：ローパスフィルタ
ＢＡＬ１〜３：平衡−不平衡回路
１：フロントエンドモジュール
２：ＲＦＩＣ

Claims

第１の通信システムの受信信号を増幅する低雑音増幅器と、
前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の入力側に接続された第１のバンドパスフィルタと、
前記第１の通信システムの周波数帯域を通過帯域とし、前記低雑音増幅器の出力側に接続された第２のバンドパスフィルタとを備えた高周波回路であって、
前記第１の通信システムの周波数帯域において、前記第１のバンドパスフィルタの挿入損失が、前記第２のバンドパスフィルタの挿入損失よりも小さく、
前記通過帯域外の阻止帯域の少なくとも一部において、前記第２のバンドパスフィルタの減衰量が、前記第１のバンドパスフィルタの減衰量よりも大きいことを特徴とする高周波回路。
請求項１に記載の高周波回路を、複数の誘電体層に電極パターンを形成してなる積層体と、前記積層体の表面に搭載された素子とを用いて構成した高周波部品であって、
前記第１および第２のバンドパスフィルタは前記積層体内に形成されたインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いて構成されたＬＣフィルタであることを特徴とする高周波部品。
前記第１および第２のバンドパスフィルタは、
それぞれ積層体の中に並設された複数の共振線路が電磁結合する構造を有し、
前記第２のバンドパスフィルタの共振線路の数が、前記第１のバンドパスフィルタの共振線路の数以上であることを特徴とする請求項２に記載の高周波部品。
前記第１のバンドパスフィルタの複数の共振線路と、前記第２のバンドパスフィルタの複数の共振線路はそれぞれ略直線状をなすとともに、
前記第１のバンドパスフィルタの複数の共振線路の長手方向と、前記第２のバンドパスフィルタの複数の共振線路の長手方向が同じであることを特徴とする請求項３に記載の高周波部品。
請求項２〜４のいずれかに記載の高周波部品を用いた通信装置。