JP6445580B2 - インピーダンスマッチング回路およびｈｆフィルタ回路の組合せ回路 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス通信機器に使用され得る、またインピーダンスマッチングにも用いることができ、フィルタ機能も満足する回路（複数）に関する。このフィルタ機能には、フィルタ周波数特性の調整可能性も含まれている。

携帯可能な通信機器は、所望の信号を不要な信号から分離するためのＨＦフィルタを必要とする。この際選択度、挿入損失、立上り／立下り、通過帯域におけるうねり、および部品高さに関する要求仕様を満たさなければならない。固体における音速は一般的に電磁波の伝播速度よりはるかに小さいので、電子音響フィルタは良好なフィルタ特性と同時に小さな寸法を可能とする。

常に増大しつつある、通信機器に用いられることになる周波数帯域の数は、原理的に常に増大する数のフィルタを必要とするであろうし、これはサイズ、コスト、故障率等に関してあまり望ましいものではない。チューナブルフィルタ、すなわち、中央周波数および帯域幅等の調整可能な周波数特性によって、複数の周波数帯域において動作可能なフィルタは存在するが、しかしながらこれは新たな問題をもたらす。

従来のチューナブルフィルタの構成は、概ね、可変インピーダンス素子を拡張するための公知のフィルタ回路、または複数のフィルタ素子を１つのフィルタ構成に回路接続することができるスイッチ（複数）を用いることに基づいている。

非特許文献１では、スイッチを用いたリコンフィギィラブルな、実質的に従来技術のＨＦフィルタが知られている。しかしながらこの際、スイッチを用いたこのリコンフィギュラブルなフィルタは、連続的にチューナブルなデュプレクサを全く可能としない。

非特許文献２では、音響共振器（複数）を有するＨＦフィルタ（複数）にチューナブルなコンデンサ（複数）を付加されるフィルタ回路（複数）が知られている。

非特許文献３では、チューナブルなコンデンサ（複数）およびチューナブルなインダクタンス（複数）を有するＨＦ−フィルタ（複数）が知られている。

非特許文献４では、ＬおよびＣ素子（複数）からなる回路（複数）が知られており、ここでこのキャパシタンス素子（複数）のキャパシタンスは調整可能である。

非特許文献５では、カップリングされた伝送ライン（複数）を有するチューナブルなフィルタが知られている。

非特許文献６あるいは特許文献１では、ＨＦフィルタ（複数）における絶縁体（複数）の使用が知られている。

非特許文献７では、複数の回路素子がカップリングされた様々なチェビシェフフィルタの実施形態が知られている。

非特許文献８では、１つのチューナブルフィルタを１つのインピーダンス変換と組み合わせることの可能性が知られている。

上述の学会論文から知られているＨＦ回路は、おしなべて実質的に公知なフィルタ接続形態において、可変素子、たとえばスイッチまたは調整可能なインピーダンス素子付加することによって、チューナブルなフィルタ回路（複数）が得られるものである。ここで問題なのは、用いられているこれらの公知のフィルタ接続形態は、実質的に、一定のインピーダンスを有するインピーダンス素子（複数）の使用に対して最適化されているということである。確かにチューナブルなフィルタは可能となってはいる。その性能は、ここでは、しかしながらこの調整可能性のために損なわれている。さらに上記のチューニング可能性を可能とする変更は、インピーダンスマッチングが劣化するので、必然的に外部の周辺回路への組込みを困難とする。

さらにエネルギー効率の改善に対する要求が常に存在している。

国際出願公開ＷＯ２０１２／０２０６１３号パンフレット

学会論文"Reconfigurable Multi-band SAW Filters For LTE Applications", Xiao Ming et al., Power Amplifiers For Wireless And Radio Applications (PAWR), 2013 IEEE Topical Conference, 20. January 2013, Page 82 - 84 学会論文"Tunable Filters Using Wideband Elastic Resonators", Kadota et al., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 60, Nr. 10, October 2013, Page 2129 - 2136 学会論文"A Novel Tunable Filter Enabling Both Center Frequency and Bandwidth Tunability", Inoue et al., Proceedings Of The 42nd European Microwave Conference, 29. October - 1. November 2012, Amsterdam, The Netherlands, Page 269 - 272 学会論文"RF MEMS-Based Tunable Filters", Brank et al., 2001, John Wiley & Sons, Inc. Int J RF and Microwave CAE11: Page 276 - 284, 2001 学会論文"Design of a Tunable Bandpass Filter With the Assistance of Modified Parallel Coupled Lines", Tseng et al., 978-1-4673-2141-9/13/$31.00, 2013 IEEE 学会論文"Tunable Isolator Using Variable Capacitor for Multi-band System", Wada et al., 978-1-4673-2141-9/13/$31.00, 2013 IEEE MTT-S Symposium 学会論文"Filters with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary Frequencies", Levy, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-24, No. 4, April 1976 学会論文"Co-Design of Multi-Band High-Efficiency Power Amplifier and Three-Pole High-Q Tunable Filter", K. Chen, T.-C. Lee, D. Peroulis, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 23, No.12, Dezember 2013

したがって本発明の課題は、１つのフィルタ回路を提示することであり、このフィルタは、周波数的にチューナブルな、多用途に使用でき、良好なフィルタ特性を備え、かつエネルギー効率良く動作するものである。

ここでこのようなフィルタ回路は、信号入力部および信号出力部を有する、インピーダンスマッチング回路とＨＦフィルタ回路とを組み合わせたものである。さらにこの回路は、この信号入力部と信号出力部との間に１つのリアクタンス除去回路を備える。さらにこの回路は、周波数的にチューナブルなＨＦフィルタ回路を備えており、このＨＦフィルタ回路は、このリアクタンス除去回路に対し直列に、上記の信号入力部と信号出力部との間に回路接続されている。上記の信号入力部および信号出力部は、それぞれ異なる端子インピーダンスの回路部品と回路接続するために設けられている。このリアクタンス除去回路は、リアクタンスの無い出力インピーダンスを提供する。本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、リアクタンスを変化させずに抵抗のマッチングを行うために適している。

すなわち本発明は、インピーダンスマッチング機能も、またフィルタ機能も満足するフィルタ回路を提供するものである。ここでこのフィルタ機能は、通過帯域の中心周波数および／または通過帯域幅のようなフィルタ周波数特性が調整可能であるようになっている。

ここで上記の回路のフィルタ作用は、第一に上記のＨＦフィルタ回路によってもたらされる。上記のインピーダンスマッチング機能は、上記のリアクタンス除去回路によっても、また上記のＨＦフィルタ回路によってももたらされる。ここで上記のリアクタンス除去回路は、リアクタンスすなわちそのインピーダンスの虚部をマッチングすることに限定されており、これに対して本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、抵抗のマッチング、すなわちそのインピーダンスの実部のマッチングを行うものである。こうしてインピーダンスマッチング回路とＨＦフィルタ回路との組合せによって行われるインピーダンスマッチングは、回路の２つの主部で分けて行われる。

ここで以下では「回路」とは、インピーダンスマッチングおよびＨＦフィルタ回路の組合せ回路を表す。この回路の信号入力部を用いてこの回路は外部の周辺回路の１つの信号ポートと回路接続されていてよく、ここでこの信号ポートは接続端子の１つの第１の特性端子インピーダンスを備える。この回路はその信号出力部を用いて、上記の外部の周辺回路のもう１つの信号ポートと回路接続されていてよく、ここでこのもう１つの信号ポートは１つの第２の特性インピーダンスを備える。一般的には、ＨＦ回路の設計の際には、異なる回路素子が同じ入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを備え、これより１つの直接の回路接続が可能となるように注意が払われる。このような一般的な配線インピーダンスは、２５Ω，５０Ω，または１００Ωとなっている。

しかしながら電力増幅器または低雑音増幅器のような、上記のような特性インピーダンスから顕著にずれた端子インピーダンスを備える回路部品がある。このように電力増幅器は、一般的に顕著に小さなインピーダンスを有する信号出力部を持ち、これに対し低雑音増幅器は、顕著に大きな入力インピーダンスを有する信号入力部を備える。しかしながら典型的なＨＦフィルタ、たとえば電子音響部品で動作するバンドパスフィルタは、一般的に５０Ωの入力特性インピーダンスおよび出力特性インピーダンスを備える。この結果従来のＨＦ回路においては、インピーダンスマッチングネットワークが必要であり、このインピーダンスマッチングネットワークは上記の増幅器のポート（複数）を上記のフィルタのポート（複数）と、あるいは上記のフィルタのポート（複数）をアンテナポート（複数）と回路接続し、そのインピーダンスマッチングによってＨＦ信号の反射を低減している。

その周波数特性がたとえば調整可能な、従来にはないフィルタ回路では、従来のインピーダンスマッチング回路に基づく考え方は、その限界に突き当たる。これはチューナブルフィルタの入力インピーダンスおよび出力インピーダンスが、このフィルタの動作周波数が変化する際に、変化するからである。

インピーダンスマッチングネットワークがあるにもかかわらず、これにより完全に反射信号の無い状態は常には得られない。

本発明による回路の利点は、そのフィルタ作用の周波数的なチューニング可能性にもかかわらず、非常に良好なインピーダンスマッチングを得ることができることである。これはチューナブルＨＦフィルタ回路がチューナブルなフィルタ作用を可能とするだけでなく、抵抗の調整をも可能とすることが見出されたからである。

同時に、リアクタンスのみをマッチングする必要があるだけで、インピーダンスマッチングネットワークは、とりわけ簡単に構成することができ、これによって非常に小さな挿入損失で非常にエネルギー効率良く動作されることが見出された。このためインピーダンスネットワークとしては、リアクタンス除去回路が選択されており、この回路は、入力インピーダンスを殆ど虚数部の無い実数の出力インピーダンスに戻す。リアクタンス除去回路およびチューナブルＨＦフィルタ回路からなる組合せ回路は、抵抗のマッチングを行うことができ、このため広いインピーダンス領域に渡って非常に良好なンピーダンスマッチングを可能とし、同時に広い周波数領域に渡って良好なフィルタ周波数特性を可能とする。追加的にこのような回路は、その必要な回路部品の数が比較的少ないことから、比較的小さな損失で動作する。

このチューナブルＨＦフィルタ回路は、入力側および／または出力側に１つの抵抗マッチング回路を備えることが可能である。

次にこのチューナブルＨＦフィルタ回路はまた、複数の回路領域に分割することができ、これらの回路領域は互いに独立にかつそれぞれ対応する他の領域からの影響を受けず、それぞれ抵抗マッチングあるいはフィルタ機能の作用を及ぼす。

具体的には、この抵抗マッチング回路または複数の抵抗マッチング回路が、このチューナブルＨＦフィルタ回路の内側で、その入力あるいは出力に配設されている場合、本来フィルタ機能を担うこのチューナブルＨＦフィルタ回路の回路領域は、常に最適にマッチングされたインピーダンスとなり、そしてこれより他から影響を受けず動作するように見える。

このチューナブルＨＦフィルタ回路は、周波数チューニングのためのチューナブルなキャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることが可能である。

この際、より容易に実現できることから、チューナブルなキャパシタンス素子が好ましい。このようなチューナブルなキャパシタンス素子は、たとえばバラクタまたは個々に切り替え可能なキャパシタンス素子（複数）を有するキャパシタンスバンクから構成されていてよい。

このチューナブルＨＦフィルタ回路は、受動的な回路素子（複数）から構成されることが可能である。ここで受動的な回路素子は、キャパシタンス素子，インダクタンス素子，電磁的信号の導通に適した導波管，伝送ライン等の回路素子である。以上によりこれらの受動的回路素子は、トランジスタ（複数）を有する半導体素子のような動的な回路素子から区別される。

このチューナブルＨＦフィルタ回路において、ＳＡＷデバイス（ＳＡＷ＝Surface Acoustic Wave＝音響表面波），ＢＡＷデバイス（ＢＡＷ＝Bulk Acoustic Wave＝音響体積波），またはＢＧＡＷデバイス（ＧＢＡＷ＝ガイド音響体積波）等の電子音響デバイスを用いることが可能であるが、ただし絶対必要ということではない。

同様に、リアクタンス除去回路は、キャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることが可能である。

ここでこのリアクタンス除去回路は、リアクタンスの値を低減するためのチューナブルなキャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることが可能である。ここでこのリアクタンスの値の低減は、具体的には、その名称「リアクタンス除去回路」でも示されるように、理想的にはリアクタンスすなわちインピーダンスの虚部の完全な除去、ああるいは少なくとも部分的な除去を意味する。

この際このリアクタンスの値を出来る限り小さな値に低減することが好ましい。
このチューナブルＨＦフィルタ回路は、１つの第１の信号路と１つの第２の信号路とを有する１つのフィルタコアを備えてよい。ここでこの第２の信号路は、第１の信号路に対して並列に配設されている。この第１の信号路においては、１つの第１のインピーダンス素子、たとえば１つのインダクタンス素子または１つのキャパシタンス素子が回路接続されている。この第２の信号路においては、直列に回路接続されかつ電磁的に互いにカップリングされたインピーダンス素子（複数）が配設されている。

このチューナブルＨＦフィルタ回路は、１つの入力部，１つの出力部，および１つの信号経路を備える。この信号経路は、この入力部とこの出力部との間に配設されて、この入力部とこの出力部とを接続し、こうしてこのフィルタ回路を通過することになるＨＦ信号は、この入力部からこの出力部へ伝送される。この第２の信号路には、たとえばＮ≧３の、すなわち３つ以上の共振回路が前後に続いて配設されており、それぞれこの第２の信号路をグラウンドに接続している。こうして各々の共振回路は、見かけ上１つの分路素子となっており、こうしてこれらの共振回路は、グラウンドとの、この第２の信号路の、並列に接続された接続部となっている。これらの共振回路は、電気的または磁気的に互いにカップリングされており、またそれぞれ少なくとも１つのチューナブルなインピーダンス素子を備えている。

これらのＨＦ回路は、その伝送特性において固有のポール位置（複数）を有する１つのフィルタ接続形態を備えている。これらのポール位置は、たとえば高調波または相互変調積等の望ましくない信号を狙いを定めて抑圧するのに利用可能であろう。さらにこれらのポール位置の相対的位置は、中央周波数に関して上がり／立下りの急峻さを決定し、こうしてこれらのポール位置の配置によって立上がり／立下りの急峻さが、たとえば大きくなるように、影響されるようにすることができる。

さらに、対応するフィルタがバンドパスフィルタとして使用されることになる場合、この接続形態は、その帯域幅ならびにその中央周波数の良好な調整可能性を可能とする。この回路のコストは、その選択可能なものと比較して僅かなものである。その複雑さの程度は比較的低く、またこのフィルタの制御に必要なコストも同様に僅かである。この接続形態は、殆どリアクタンスが消失した接続インピーダンスを有する１つのポートと回路接続するのにとりわけ適している。

この通過帯域の立上り／立下りの周波数位置の良好な調整可能性の他に、これに加えて大きな立上り／立下りの急峻さが得られる。

共振回路としては、発振が励起され得るような全ての種類の電気回路が対象となる。この電気回路には、Ｈ．Ｊｏｓｈｉ，Ｈ．Ｈ．Ｓｉｇｍａｒｓｓｏｎ，およびＷ．Ｊ．Ｃｈａｐｐｅｌ等の学会論文“Analytical Modeling of Highly Loaded Evanescent-mode Cavity Resonators for Widely Tunable High-Q Filter Applications”で知られているように、例えばＬＣ回路（複数），電子音響共振器を有する回路（複数），セラミック共振器，またはいわゆる空洞共振器が含まれる。

上記の第１の信号路におけるインピーダンス素子が、Ｑ≦２００のＱ値を備えることが可能である。この信号路に配設された共振回路（複数）は、それぞれＱ＞１００のＱ値を備えてよい。これらの共振回路は、カップリング素子（複数）、たとえばカップリングされたインダクタンス素子によって、またはキャパシタンス素子によって、Ｑ≦２００のＱ値を備えてよい。これらの素子にはそれぞれ１つの電極が割り当てられている。

ここでこのＱ値（Ｑファクタとも呼ばれる）は、発振可能なシステムの減衰の指標となっている。ここでこのＱ値の値が大きければ大きいほどその減衰は小さくなる。ここでＱ値は、共振回路に対しても、またキャパシタンス素子あるいはインダクタンス素子のような個々の回路素子に対しても与えられるものである。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、その共振回路（複数）それぞれにおいてそれぞれ１つのチューナブルなキャパシタンス素子を備えてよい。さらなるチューナブルなキャパシタンス素子がこのＨＦフィルタ回路に直接に回路接続されて、インピーダンスマッチングのために用いられてよい。

上記の共振回路の共振周波数をチューニングするために、上記のキャパシタンス素子のキャパシタンスの値が調整されてよい。上記のＨＦフィルタ回路の全ての共振回路をチューニングすることは、１つのバンドパスフィルタの帯域幅、およびその中心周波数の周波数位置を調整することを可能とする。このフィルタ回路はこのバンドパスフィルタとして実現されていてよい。

この代替として、上記の共振回路（複数）は、これらの共振回路の共振周波数を調整するために、それぞれ１つのチューナブルなインダクタンス素子を備えてもよい。しかしながら一般的に、チューナブルなキャパシタンス素子の実現はより容易であるので、チューナブルなキャパシタンス素子の使用が好ましい。ここでこれらのチューナブルなキャパシタンス素子は、調整可能なＭＥＭＳキャパシタンスとして、バラクタとして、または個々に断接可能なコンデンサとして実現されていてよい。

上記のチューナブルなキャパシタンス素子（複数）は、Ｑ＞１００のＱ値を備えてよい。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、キャパシタンス素子がチューナブルなインピーダンス素子として用いられている場合、これらのチューナブルなキャパシタンス素子（複数）のキャパシタンス値（複数）の比は一定となるように実装されていてよい。そうでなければチューナブルなインダクタンス素子（複数）のインダクタンス値（複数）の比が互いに相対的に一定となっていてよい。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、その共振回路（複数）の全てにおいて、それぞれ発振可能な回路セグメントを含んでいる。これらの回路セグメントは、１つのＬＣ発振回路、１つのセラミック共振器、１つのＭＥＭＳ共振器、１つの音響共振器、または１つの基板に一体化された導波部を有する共振器を備えてよい。

これらの共振回路でのＬＣ発振回路の使用は、簡易かつ安価な構成を、また同時にその設定された接続形態によってこのフィルタの良好な電気的特性を可能とする。セラミック共振器、すなわちメタライジングされた表面を用いて空洞部がパターニングされているセラミック体の使用は、同様に良好な電気的特性を可能とするが、しかしながらこれの見返りとして比較的大きなサイズを必要とする。ＭＥＭＳ（ＭＥＭＳ＝Micro Electro Mechanical System）共振器を使用することは、機械的発振が励起可能な共振器を使用することを意味する。ＭＥＭＳ共振器の一例は音響共振器であり、この音響共振器、一般的には圧電音響共振器においては、材料は音響的な発振が励起可能となっている。

この共振器が、狙いを定めて波動伝播を調整することができるパターニングされた素子をさらに備えると、１つの一体化された導波部およびこれにより基板に組み込まれた導波部を有する１つの共振器が得られる。

特にＭＥＭＳ共振器が動作する共振回路は、良好な電気的特性を提供し、同時に相対的に小さなサイズを提供する。これは音響速度が導体における電気信号の伝播速度よりも何オーダーも小さいからである。

これらの共振回路が発振可能なＬＣ発振回路で構成されるならば、入力部または出力部と回路接続された共振回路におけるインダクタンス素子は、約１ｎＨのインダクタンスを備えてよい。チューナブルなキャパシタンス素子のキャパシタンスは、１ｐＦのキャパシタンス値程度の値に調整されていてよい。

上記の「内側の」共振回路のインダクタンス素子のインダクタンスは、２ｎＨであってよい。上記の「内側の」共振回路のチューナブルなキャパシタンス素子は、約２ｐＦのキャパシタンス領域において調整可能であってよい。

共振回路のカップリングに作用するキャパシタンス素子は、１０ｆＦ〜１００ｐＦのキャパシタンスを備えてよい。共振回路のカップリングに作用するインダクタンス素子は、１ｎＨ〜３００ｎＨのインダクタンスを備えてよい。

上記の共振回路でのインダクタンス素子は、０．１ｎＨ〜５０ｎＨのインダクタンスを備えてよい。上記の共振回路でのキャパシタンス素子は、０．１ｐＦ〜１００ｐＦのキャパシタンスを備えてよい。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、上記の第２の信号路にＮ＝４の共振回路（複数）を備えてよく、これらの共振回路は前後に続いて配設されている。上記の第１の信号路におけるインピーダンス素子は、１つのインダクタンス素子であってよい。上記の信号経路は、入力部側および出力部側にそれぞれ１つのキャパシタンス素子を備えてよい。こうしてこの信号経路の入力部と、この信号経路が上記の第１の信号路および上記の第２の信号路に分岐する部位との間に１つのキャパシタンス素子が回路接続されていてよい。同様に上記の出力部と、上記の２つの信号路が再び合流する部位との間に１つのキャパシタンス素子が配設されていてよい。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、「外側の」共振回路、すなわち上記の共振回路あるいはこれ以外の共振回路を包囲するかまたは取り囲む共振回路は、その包囲された「内側の」共振回路よりも高いＱ値を備えるように構成されていてよい。ここでこれらの「外側の」共振回路は、このＨＦフィルタ回路の入力部または出力部に回路接続されている最も隣接したそれぞれの共振回路である。しかしながら原則としてもっと重要なことは、これらの共振回路が、上記のカップリング素子よりも高いＱ値を備えていることである。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、特に上記の共振回路（複数）が、上記のカップリング素子（複数）よりも高いＱ値を備えるように構成されていてよく、これらの共振回路はこれらのカップリング素子を介してカップリングされている。

このチューナブルＨＦフィルタ回路の特定の回路素子がＱ値の変化に対しとりわけ感度良く反応することが見出された。これに対してそのＱ値がこのフィルタの電気的特性に殆ど影響しない回路素子が存在する。ここでこのフィルタ回路の電気的特性は、上記の共振回路（複数）の回路素子（複数）のＱ値（複数）に非常に強く依存する。ここで上記の電磁的カップリングで作用する、カップリング素子（複数）のＱ値（複数）は、このフィルタ回路の電気的特性に顕著に小さな影響を示す。

この知見は、感度の低い回路セグメントを比較的安価なデバイスで実現し、これに対し高価でコストのかかる、高いＱ値を有する回路素子は上記のチューナブルなフィルタ回路の感度の高い領域にのみ設けるということに利用することができる。

こうしてあまり重要でない回路領域が比較的コンパクトな形状のインピーダンス素子によって実現することができるので、小型化のトレンドに対してほぼ品質を損なうことなく追従することができる。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、伝達関数のポールを備えてよい。すなわちこのフィルタ回路の伝達関数が１つのポール位置を備える周波数があり、これによってこの周波数成分を有する信号がとりわけ効果的に減衰される。

こうしてここに示すチューナブルな回路の接続形態は、固有のポール位置（複数）が存在することで公知の回路接続形態とは異なっている。この固有のポール位置は、これらのポール位置の無い公知の回路接続形態においてはさらなる、原理的に高いＱ値のインピーダンス素子を付加しなければならないものである。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、送信フィルタおよび／または受信フィルタ、たとえばワイヤレス通信機器に使用され得る。とりわけ通信機器における利用は、複数の周波数帯域で使用されることができるように設けられるものであり、有利である。これは１つの個別のチューナブルフィルタが、可変な通過帯域を有しない２つ以上のフィルタと代替できるからである。

本発明によるＨＦフィルタ回路の個々の回路部品は、一緒に１つのパッケージに集積化されていてよい。このようなパッケージは、１つの基板を備えてよく、この基板はディスクリートな部品用の担体として用いられ、またさらに少なくとも１つの配線面を備える。この基板の上面上には、１つの第１の部品位置において、１つの半導体素子が取り付けられ、そして第１の配線面と接続されている。この半導体素子は、このフィルタの周波数チューニングを可能とする、高Ｑ値のチューナブルな受動的素子を備える。

上記の第１の部品層の上に設けられた誘電体層の上に１つの第２の部品位置があり、この第２の部品位置に上記の半導体素子と回路接続されている、ディスクリートな受動的デバイス（複数）が配設されている。

これらのチューナブルな受動的部品、ディスクリートな受動的デバイス、および適宜のさらなる部品から、その遮断周波数またはその周波数帯域に関してチューナブルなフィルタが実現されている。このようなフィルタは、バンドパスフィルタとして構成されていてよい。しかしながら、このフィルタをハイパスフィルタまたはローパスフィルタとして実装することも可能である。バンドストップフィルタもチューナブルなフィルタとして実装することが可能である。

上記のチューナブルな受動的部品は、上記の半導体素子に集積化されて製造され、互いに回路接続されて一体化されていてよい。この半導体素子において、これらの部品は、この半導体素子の面に渡って分布している。

上記の高Ｑ値の部品に対して、すなわち上記のディスクリートなデバイスおよび上記の高Ｑ値のチューナブルな部品に対して、少なくとも１００のＱ値を有するものが選択されると、４：１までのチューニング係数（Abstimmfaktor）を備えるフィルタを得ることができる。これは周波数に換算して、最も低く調整された遮断周波数と最も高く調整された遮断周波数との間すなわち周波数領域で、係数２となる。より高い周波数に対して、より高いＱ値を容易に実現することができる。４００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの周波数領域において使用することが可能である。

本発明による回路は、モバイル通信機器の受信経路または送信経路に回路接続することが可能である。

まさに本発明による回路は良好な周波数チューニングと同時に広いインピーダンス領域に渡って良好なインピーダンスマッチングを可能とするので、この回路は、送信経路における低い出力インピーダンスを有する電力増幅器、または受信経路における高い出力インピーダンスを有する低雑音増幅器を、このモバイル通信機器のフロントエンド回路においてアンテナ接続端子と回路接続するためにとりわけ適している。

本発明による回路は、通信機器の１つの信号経路に搭載されるだけでなく、むしろ通信機器の様々な信号経路においてそれぞれ対応するインピーダンスマッチングおよびフィルタ機能を実現することが可能である。これよりこのような回路が２つ以上１つのモバイル通信機器において回路接続されていてよく、そしてそれらの回路のチューナブルＨＦフィルタ回路（複数）の少なくとも２つは、一緒に１つのデュプレクサを構成している。

本発明による回路は、２つのリアクタンス除去回路セグメントとこれらの間の１つのチューナブルＨＦ回路とを備えることが可能であり、こうしてこれら２つのリアクタンス除去回路セグメントは一緒に、１つのリアクタンス除去を行うことが可能であり、これらのセグメントの各々はそれぞれの部分でこのリアクタンス除去に寄与する。以上によりこのリアクタンス除去は、インピーダンスマッチングに関して、フィルタ回路の要求に応じて良好にチューニングすることができる。

したがって具体的には、１つの増幅器回路が上述したようなインピーダンスマッチング回路とＨＦフィルタ回路との１つの組合せ回路を備えることも可能であり、この組合せ回路は１つのアンテナ接続端子を、１つの電力増幅器かまたは１つの低雑音増幅器と回路接続している。この際この１つの電力増幅器との回路接続の場合には、この電力増幅器は本発明による回路の信号入力部と回路接続されている。

低雑音増幅器の場合には、この低雑音増幅器は、上記のインピーダンスマッチング回路とフィルタ回路との組合せの信号出力部に回路接続されている。

以上により上記のリアクタンス除去回路は、常に１つの増幅器と、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路との間に配設することが可能である。

以下に本発明による回路すなわち１つの増幅器回路が、概略的な実施形態例および等価回路図を参照して詳細に説明される。

本発明による、リアクタンス除去回路ＸＥＳおよびチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦを示し、これらは一緒に、インピーダンスマッチングマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路ＫＩＡＦの主要な部品を構成している。 本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路における２つのリアクタンス除去回路の、１つの可能な代替構成を示す。 本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の１つの可能な代替の回路接続形態を示す。 本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の１つの可能な構成をさらに詳細に示す。 本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の１つの代替の実施形態を示す。 音響共振器，セラミック共振器，またはＭＥＭＳベースの共振器を有する１つのチューナブルＨＦフィルタ回路の詳細を示す。 １つのモバイル通信機器における、本発明による回路の１つの可能な使用を示す。 １つのモバイル通信機器の受信分岐路における、本発明による回路の１つの可能な使用を示す。 ２つのリアクタンス除去回路を有する、本発明による回路の可能な使用を示す。 さらなる回路部品を有する１つの通信機器における、本発明による回路の１つの可能な使用を示す。 上述の本発明による回路の少なくとも２つを有する、１つのモバイル通信機器を示す。

図１は、インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路ＫＩＡＦの２つの重要な回路部品を示す。この回路の信号入力部ＩＮと信号出力部ＯＵＴとの間には、１つのリアクタンス除去回路ＸＥＳおよび１つの周波数的にチューナブルなＨＦフィルタ回路ＡＨＦが回路接続されている。信号入力部ＩＮには、１つの周辺回路、たとえば１つの増幅器の１つのポートが接続されていてよく、このポートはＺ＝Ｒ＋ｊＸの接続インピーダンスを備える。ここでＲは実抵抗（Wirkwiderstand）であり、これに対しＸはリアクタンス（Blindwiderstand）このリアクタンス除去回路は、上記の信号出力部ＯＵＴ側に向いたその出力部に、リアクタンスＸがほぼ０Ωとなっている出力インピーダンスを提供する。こうしてこのインピーダンスＺは、ほぼ値Ｒの大きさを有する、実質的に１つの実数値に戻される。

チューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦは、リアクタンスＸの値を変えることなく、抵抗Ｒのマッチングを行えるように構成されている。このようにこのチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦは、１つの抵抗マッチング回路ＲＡＳの機能を備えている。

こうして上記の回路ＫＩＡＦは、その信号出力部ＯＵＴに、上記のチューナブルＨＦフィルタ回路のフィルタ作用によって望ましくない信号（複数）が除去されたＨＦ信号を供給する。この信号は１つの接続インピーダンスを有する１つのポートに供給され、この接続インピーダンスは、そのリアクタンスおよび抵抗に関して、信号出力部ＯＵＴに接続されている周辺回路への信号が反射無しに伝達され得るように調整されている。

回路の様々な部品におけるリアクタンスおよび抵抗のマッチングが行われるので、とりわけこのリアクタンス除去回路ＸＥＳは、回路全体がより良好なエネルギ効率で動作するように、単純化されかつ少ない挿入損失に最適化することができる。

１つの送信分岐路においては、上記の接続部ＩＮは、１つの電力増幅器と接続されていてよく、１つの受信分岐路においては、上記の接続部ＩＮは、１つの低雑音増幅器と接続されていてよい。用語ＩＮとＯＵＴは、これらが信号入力あるいは信号出力を示す場合は交換してもよい。

図２は本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦの１つの可能な実施形態を示し、この実施形態では入力側にもまた出力側にも１つのリアクタンス回路が配設されている。こうしてこのチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦの入力部Ｅと、実質的にこのチューナブルＨＦフィルタ回路のフィルタ作用を担っている１つのフィルタコアＦＫとの間に、入力側の抵抗マッチング回路ＲＡＳが配設されている。このフィルタコアＦＫとこのチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦの出力部Ａとの間には、出力側の抵抗マッチング回路ＲＡＳが配設されている。

このチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦには２つの抵抗マッチング回路ＲＡＳが存在しており、こうして抵抗のマッチングは２段階で行うことができる。１段階のマッチングも同様に可能であり、この場合入力側または出力側の抵抗マッチング回路が省略されてよい。

しかしながらこのフィルタコアＦＫ自体がフィルタ機能だけでなく、追加的に１つの抵抗マッチング部をも実現することも可能である。

チューナブルＨＦフィルタ回路の入力部Ｅを介して、このチューナブルＨＦフィルタ回路はリアクタンス除去回路ＸＥＳと回路接続されていてよい。このチューナブルＨＦフィルタ回路の出力部Ａは、上記の回路の信号出力部ＯＵＴに対応してよい。図３に示すチューナブルＨＦフィルタ回路の出力部Ａと図１に示す信号出力部ＯＵＴとの間に、さらに、１つの抵抗マッチング回路ＲＡＳが配設されていてよい。

図３は、１つの可能なチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦの等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、１つの信号経路ＳＰが１つの入力部Ｅと１つの出力部Ａとの間に配設されている。ここで信号経路SPは、２つの並列に回路接続された区間、すなわち第１の信号路ＳＷ１および第２の信号路ＳＷ２を備える。第１の信号路ＳＷ１には、１つのインピーダンス素子ＩＭＰが回路接続されている。このインピーダンス素子ＩＭＰは、キャパシタンス素子またはインダクタンス素子で実現されていてよい。第２の信号路ＳＷ２には、３つの共振回路ＲＫ１，ＲＫ２，ＲＫ３が前後に続いて配設されている。これらの共振回路は、電気的または磁気的にカップリングされており、またそれぞれ少なくとも１つのチューナブルなインピーダンス素子を備えている。これら３つの共振回路の各々は、上記の第２の信号路をグラウンドと回路接続している。

ここで第１の共振回路ＲＫ１は、入力部Ｅにカップリングされている。ここで第３の共振回路ＲＫ３は、出力部Ａにカップリングされている。他の共振回路を介することなく、直接この入力部Ｅまたは出力部Ａにカップリングされている共振回路は、いわゆる「外側の」共振回路である。こうしてこれら２つの外側の共振回路は、他の共振回路あるいは複数の他の共振回路を包囲し、これら他の共振回路は「内側の」共振回路となる。

したがって図３の等価回路図においては、第１の共振回路ＲＫ１および第３の共振回路ＲＫ３が上記の外側の共振回路となっており、これに対し第２の共振回路ＲＫ２が、（単一の）内側の共振回路となっている。

これらの共振回路の電気的および／または磁気的なカップリングは、符号Ｋで示されるカップリングで表されている。ここで第１の共振回路ＲＫ１は、電気的および／または磁気的に第２の共振回路ＲＫ２とカップリングされている。第２の共振回路ＲＫ２は、第１の共振回路ＲＫ１の他に、第３の共振回路ＲＫ３ともカップリングされている。

これらの共振回路のカップリングを介して、電気的信号が共振器から共振器に引き渡され、こうして第２の信号路ＳＷ２にもＨＦ信号が伝播する。

図４は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の１つの可能な等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、上記の共振回路はＬＣ回路として実現されている。各々の共振回路は、ここで第１の共振回路ＲＫ１で例として示すように、１つのインダクタンス素子ＩＥと１つのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥの１つの並列回路を備える。ここでこのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥは、それぞれの共振回路のチューナブルなキャパシタンス素子となっている。これとは逆に、各々の共振回路が１つのチューナブルなインダクタンス素子を備えてもよい。こうすると、これに対応するこの共振回路の並列に回路接続されるインピーダンスは、１つのキャパシタンス素子となるであろう。

チューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥは、１つの制御ロジック部ＳＴＬと回路接続されている。この制御ロジック部ＳＴＬは、複数の回路素子を備え、この制御ロジック部を介して外部の周辺回路の制御信号を受信することができる。この外部の周辺回路の制御信号は翻訳され、そして制御信号（複数）がそれぞれ対応する信号ラインＳＬを介して個々のチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥへ出力される。

上記の共振回路間の電磁的カップリングは、カップリング素子である、キャパシタンス素子ＫＥのキャパシタンスカップリングによって実現されている。このため各々の共振回路は実質的に、キャパシタンス素子ＫＥが１つの電極を備え、この電極を介してこの共振回路はその隣接する共振回路または隣接する複数の共振回路とカップリングされている。ここでキャパシタンス素子ＫＥを介したカップリングは、実質的に電気的なキャパシタンスカップリングとなる。ここでこのキャパシタンス素子のＱ値は、これらの共振回路に用いられている素子のＱ値よりも小さくてよい。

入力側の共振回路は、そのキャパシタンスが約３４ｐＦ，３４ｐＦの領域にチューニング可能な１つのチューナブルなキャパシタンス素子を備えてよい。このチューナブルＨＦフィルタ回路の入力部には、その信号パッドにおいて直列にもう１つのチューナブルなキャパシタンス素子（不図示）が存在していてよく、そのキャパシタンスはすくなくとも１〜５ｐＦの範囲でチューニング可能となっている。こうして５〜５０オームのインピーダンスへの良好なマッチングが可能となる。このキャパシタンスの範囲は、５，１０，２５，５０，１００，２００，および５００オームの大きさの一般的なインピーダンスへの良好なマッチングが可能であるように選択されていてよい。信号経路において５ｐＦ、かつグラウンドに対して３４ｐＦ，３４ｐＦの場合には、５Ωのマッチングが達成される。信号経路において１８ｐＦ、かつグラウンドに対して３８ｐＦ，８１ｐＦの場合には、５０Ωのマッチングが達成される。

図５は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、共振回路ＲＫ間のカップリングがインダクタンスで行われるここで各々の共振回路は、少なくとも１つのインダクタンス素子ＩＥを備え、このインダクタンス素子を介して、それぞれの対応する共振回路の別の１つのインダクタンス素子へのカップリングが行われる。第１の共振回路ＲＫ１は、インダクタンスのみで第２の共振回路ＲＫ２とカップリングされているので、この第１の共振回路ＲＫ１は、このカップリングのために１つのインダクタンス素子ＩＥ１のみを必要とする。第２の共振回路ＲＫ２は、第１の共振回路ＲＫ１にも、また第３の共振回路にもカップリングされており、このため２つのインダクタンス素子を必要とする。

上記の共振回路がインダクタンスでカップリングされているか、あるいはキャパシタンスでカップリングされているかは、ＨＦ信号が伝送され得るということに対しては何の役割も持たず、これより共振回路の直列配設は第２の信号路ＳＷ２となる。

ここで図５における共振回路間のカップリングのためのキャパシタンス素子（複数）あるいは図６における共振回路間のカップリングのためのインダクタンス素子（複数）は、カップリングの妥当な程度が得られるように配設および構成されている。ここでこのカップリングの程度は、電極（複数）の間隔あるいは電極面積またはコイル形状，コイルサイズ，およびコイル間距離によって調整することができる。

ここで隣り合った共振回路のインダクタンスでカップリングされた２つのインダクタンス素子は、それぞれ実質的に１つのトランス回路を構成する。

図６は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、共振回路（複数）は、１つのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥの他に、１つの音響共振器ＡＲを備える。音響共振器（複数）、高いＱ値、およびこれと同時に小さなサイズを特徴とする。これらはしかしながら比較的高い製造コストの原因となり、その機械的動作のために、デカップリングのための対策、および障害となる外部環境に対する保護のための対策を必要とするので、ＬＣ部品の使用が好まれ得る。セラミック共振器，ディスク共振器，空洞共振器，ＭＥＭＳベースの共振器，およびこれらの同等物のような、他の共振器型のものも同様に可能である。

図７ａは、１つのモバイル通信機器の、１つの増幅器、たとえば１つの電力増幅器と、１つのアンテナＡＮＴに回路接続されている１つのアンテナ接続端子との間の回路への１つの可能なアプリケーションを示す。増幅器からアンテナへのインピーダンスの急激な変化は一般的に極めて大きいが、上記のリアクタンスのマッチングと抵抗のマッチングとへのマッチングの分割は、チューナブルフィルタのアプリケーションにおいても、比較的簡単な構成で極めて良好なマッチングを生じる。

図７ｂは、１つのモバイル通信機器の、１つの増幅器、たとえば１つの低雑音増幅器と、１つのアンテナＡＮＴに回路接続されている１つのアンテナ接続端子との間の回路への１つの可能なアプリケーションを示す。

図７ｃは、１つのモバイル通信機器の、１つの増幅器と、１つのアンテナ接続端子との間の回路への１つの可能なアプリケーションを示し、ここで、この増幅器は、ＨＦ信号の方向によって、送信経路路における電力増幅器か、または受信経路における低雑音増幅器化、またはデュプレクス化した信号経路における両方の増幅器であってよい。リアクタンスを除去するという本発明の課題は、２つの分離された回路セグメントに分割されている。このリアクタンス除去回路ＸＥＳの第１のセグメントは、アンテナＡＮＴとチューナブルＨＦフィルタＡＨＦとの間に回路接続されており、そしてこのリアクタンス除去回路ＸＥＳの第２のセグメントは、チューナブルＨＦフィルタＡＨＦとアンテナＡＮＴとの間に回路接続されている。こうしてリアクタンスの低減における可変性が高められる。

図８は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタＡＨＦがデュプレクサＤＵの一部となっている、１つの可能なアプリケーションを示す。ここでこのチューナブルＨＦフィルタは、１つのバンドパスフィルタとなっており、このバンドパスフィルタは、もう１つの、場合によりチューナブルな、１つの並列な信号経路のバンドパスフィルタと共に、このデュプレクサの良好な絶縁でのフィルタ作用を保証する。

図９は、上記の回路ＫＩＡＦの二重のアプリケーションを示し、このアプリケーションは、１つの電力増幅器PAと１つのアンテナ接続端子との間の１つの送信経路においても、また１つの低雑音増幅器ＬＮＡとこのアンテナ接続端子との間の１つの受信経路においても利用することができる。

ここで上記の回路は、ここに示す実施形態例に限定されるものでなく、さらなるフィルタ，共振回路，またはインピーダンスマッチングセグメントを備える回路も同様に包含するものである。送信経路または受信経路における、上記で示したアプリケーション以外の他のアプリケーションも可能である。

Ａ ： チューナブルＨＦフィルタ回路の出力部
ＡＨＦ ： チューナブルＨＦフィルタ回路
ＡＮＴ ： アンテナ
ＤＵ ： デュプレクサ
Ｅ ： チューナブルＨＦフィルタ回路の信号入力部
ＦＫ ： フィルタコア
ＩＭＰ ： インピーダンス素子
ＩＮ ： 回路の信号入力部
ＫＩＡＦ ： インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路であり、簡単のため単に「回路」と称している場合がある。
ＬＮＡ ： 低雑音増幅器
ＯＵＴ ： 回路の信号出力部
ＰＡ ： 電力増幅器
ＲＡＳ ： 抵抗マッチング回路
ＳＰ ： 信号経路
ＳＷ１，ＳＷ２ ： 第１、第２の信号路
ＸＥＳ ： リアクタンス除去回路

Claims (11)

1. インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路であって、
   １つの信号入力部（ＩＮ)と、１つの信号出力部（ＯＵＴ）と、
   前記信号入力部（ＩＮ）と前記信号出力部（ＯＵＴ）との間の１つのリアクタンス除去回路（ＸＥＳ）と、
   １つの周波数的にチューナブルなＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）であって、前記リアクタンス除去回路（ＸＥＳ）に対して直列に、前記信号入力部（ＩＮ）と前記信号出力部（ＯＵＴ）との間に回路接続されているチューナブルＨＦフィルタ回路と、
   を備え、
   前記信号入力部（ＩＮ）および前記信号出力部（ＯＵＴ）は、異なる接続インピーダンスの複数の回路部品と回路接続するために設けられており、
   前記リアクタンス除去回路（ＸＥＳ）は、リアクタンスの無い出力インピーダンスを提供し、
   前記チューナブルＨＦフィルタ回路は、リアクタンスを変化させずに抵抗のマッチングを行うために適している、
   ことを特徴とする組合せ回路。
2. 前記チューナブルＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）は、入力側および／または出力側に１つの抵抗マッチング回路（ＲＡＳ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の組合せ回路。
3. 前記チューナブルＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）は、周波数チューニングのためのチューナブルなキャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の組合せ回路。
4. 前記チューナブルＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）は、受動的な回路素子（複数）から構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組合せ回路。
5. 前記リアクタンス除去回路（ＸＥＳ）は、キャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組合せ回路。
6. 前記リアクタンス除去回路（ＸＥＳ）は、リアクタンスの値を低減するためのチューナブルなキャパシタンス素子および／またはインダクタンス素子を備えることを特徴とする、請求項５に記載の組合せ回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の組合せ回路において、
   前記チューナブルＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）は、１つのフィルタコア（ＦＫ）を備え、
   前記フィルタコアは、１つの第１の信号路（ＳＷ１）に１つの第１のインピーダンス素子（ＩＭＰ）を備え、
   当該第１の信号路に対し並列に回路接続されている、直列に回路接続され電磁的にカップリングされている複数のインピーダンス素子を備える、
   ことを特徴とする組合せ回路。
8. 前記組合せ回路は、モバイル通信機器の受信経路または送信経路に回路接続されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の組合せ回路。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の組合せ回路において、当該組合せ回路は、もう１つの、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の組合せ回路（ＫＩＡＦ）と共に、１つのモバイル通信機器に回路接続されており、２つの当該組合せ回路のチューナブルＨＦフィルタ回路は、一緒に１つのデュプレクサ（ＤＵ）を構成していることを特徴とする組合せ回路。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の組合せ回路において、２つのリアクタンス除去回路（ＸＥＳ）と、当該２つのリアクタンス除去回路（ＸＥＳ）の間に回路接続されている１つのチューナブルＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）と、を備えることを特徴とする組合せ回路。
11. 増幅器回路であって、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の、インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路と、
    １つのアンテナ接続端子と、
    前記インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路（ＫＩＡＦ）の前記信号入力部（Ｅ）と回路接続されている１つの電力増幅器（ＰＡ）か、または前記インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路（ＫＩＡＦ）の前記信号出力部（Ａ）と回路接続されている１つの低雑音増幅器（ＬＮＡ）を備え、
    前記インピーダンスマッチング回路およびＨＦフィルタ回路の組合せ回路（ＫＩＡＦ）は、前記増幅器（ＰＡ，ＬＮＡ）と前記アンテナ接続端子との間に回路接続されていることを特徴とする増幅器回路。

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