JP2006067281A

JP2006067281A - アンテナスイッチモジュール

Info

Publication number: JP2006067281A
Application number: JP2004248044A
Authority: JP
Inventors: Masaya Tamura; 昌也田村; Yoshikuni Fujihashi; 芳邦藤橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US20080055187A1; US7528678B2; CN101010829A; EP1783853A1; WO2006022093A1

Abstract

【課題】透過損失を抑え、高調波領域において広帯域を得ることができるローパスフィルタを含む小型アンテナスイッチモジュールを構成することを目的とする。
【解決手段】複数の誘電体層を積層して成る積層体において、ＰＩＮダイオードを使ったアンテナスイッチ回路を誘電体上面に構成し、パターン層１にノッチ型ローパスフィルタとアンテナスイッチを動作させるための給電回路を構成し、円状の導体パターン７から入力電極６ａ側をみたインピーダンスと円状の導体パターン７からアンテナスイッチ回路２をみたインピーダンスが複素共役になることを防ぐためにストリップライン１３ｄの線路長を設けたことを特徴とするアンテナスイッチモジュールである。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば情報通信用端末に用いられるアンテナスイッチモジュールおよびそれを用いた通信装置の信号のスプリアスを除去するフィルタに関するものである。

従来、情報通信用端末などに用いられるフィルタは、図９のようなものが使用されていた。動作原理を簡単に説明する。

シャントに接続されたキャパシタＣ１４は低周波成分に対しては開放、高周波成分に対しては短絡となり、直列に接続されたインダクタＬ１４は低周波成分に対しては短絡、高周波成分に対しては開放となる。したがって、低周波成分のみを透過させるローパスフィルタとなる。

しかしながら、図９に示すローパスフィルタでは、段数を増やさなければ急峻な減衰を得ることができないため、回路の大型化は必至であった。また、少ない段数で急峻な減衰を得るためには、前記ローパスフィルタの各素子の定数をチェビシェフ型ローパスフィルタのそれらに設定すればよいが、これは透過領域にリプルを持つため、低損失で広帯域透過させることは困難であった。さらに低コスト化を図るため分布定数線路を用いて構成した場合、ある周波数を超えると、例えば誘導性を持つ分布定数線路は容量性に、容量性を持つ分布定数線路は誘導性となり、入力インピーダンスが周波数によって大きく変化しフィルタとしての機能が失われた。

そのため、図１０に示すような有極型ローパスフィルタが考案された。以下簡単に動作原理を説明する。

有極型ローパスフィルタ１０はＬＣ直列回路１６、１８、２０を備える。図１１に示すように、このフィルタ１０の周波数特性における減衰域には３つの極Ω₂ ^-1、Ω₄ ^-1、Ω₆ ^-1が現れる。ここで例えば、ＬＣ直列回路１８の共振周波数、すなわち極周波数極Ω₄ ^-1を調整して小さくすれば、極Ω₂ ^-1と極Ω₄ ^-1との間隔が狭められる。極間間隔が狭くなれば極間における減衰量は大きくなる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６１−７７４０８号公報

しかし、これも広帯域で減衰を得るためにはＬＣ直列共振素子を増やす必要がある。またそのＬＣ直列共振素子のインピーダンスを整合するためのＬも大きくなり、形状が大きくなる。

また例えばこれを無線ランのフロントエンドのローパスフィルタに使用した場合、周波数が高くなるにつれてアンテナスイッチの入力インピーダンスは５０Ωではなくなるため、広帯域での減衰量の確保が困難となる。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、透過損失を抑え、高調波領域では広帯域で高減衰を得ることができるローパスフィルタを含む小型アンテナスイッチモジュールを構成することを目的とするものである。これが実現できれば、例えば無線ランのフロントエンドモジュールにおいてパワーアンプで増幅された基本波信号は低損失で透過し、前記パワーアンプで発生した高調波成分は広帯域、高減衰で除去することができる。さらにそのフロントエンドモジュールの小型化を図ることができ、低コスト化にもつながる。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の誘電体層を積層して成る積層体において、ＰＩＮダイオードを使ったアンテナスイッチ回路を誘電体上面に構成し、パターン層にノッチ型ローパスフィルタとアンテナスイッチを動作させるための給電回路を構成し、円状の導体パターンから入力電極側をみたインピーダンスと円状の導体パターンからアンテナスイッチ回路をみたインピーダンスとが複素共役になることを防ぐために、ストリップラインの線路長を設けたことを特徴とするアンテナスイッチモジュールである。これにより、ノッチ型ローパスフィルタの減衰極の減衰量を劣化させることなく、かつ２つ以上の減衰極間での跳ね返り成分を容易に抑圧でき、ノッチ型ローパスフィルタの段数を増やすことなく第２、第３高調波成分を十分に減衰させることが出来る。

本発明のアンテナスイッチモジュールは、円状の導体パターンから入力電極側をみたインピーダンスと円状の導体パターンからアンテナスイッチ回路をみたインピーダンスとが複素共役になることを防ぐために、ストリップラインの線路長を設けることにより、透過損失を抑え、高調波領域では広帯域で高減衰を確保することが可能となる。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１〜５に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１〜４は実施の形態の一例であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格に対応するアンテナスイッチモジュールの層構成図である。アンテナスイッチモジュールの基板には誘電率７．４の低温焼成セラミックスを用いており、縦は５．４ｍｍ、横は４．０ｍｍ、厚さは０．７ｍｍである。

図１は、本発明の実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールのグラウンド層、図２はパターン層、図３は別のグラウンド層、図４は給電層である。

図２において、パターン層１は、銀粉体を主成分とする導体ペーストを印刷することでストリップラインを構成している。これらのストリップラインは、図１および図３に示す、銀粉体を主成分とする導体ペーストを印刷して構成されたグラウンド層４、５ａ、５ｂに挟まれている。

本実施の形態において、このパターン層１に構成されるストリップラインの特性インピーダンスは５０Ωであり、例えば低温焼成セラミックスならば０．１ｍｍの線路幅となる。このストリップラインにおいて、ストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはストリップライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続され、回路の小型化を図るために例えば１１ｂ、１１ｃ、１３ｂ、１３ｃは十文字状に接続されている。これらの前記ストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは片側が開放となっており、線路長はそれぞれ、９．８ＧＨｚ、１１．７ＧＨｚ、１４．７ＧＨｚ、１７．５ＧＨｚの４分の１波長分である。よって前記ストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれ９．８ＧＨｚ、１１．７ＧＨｚ、１４．７ＧＨｚ、１７．５ＧＨｚにおいて、付け根での電圧振幅が０となる。つまり、前記ストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはオープンスタブである。なおこれらのストリップラインは小型化を図るために線路間結合を起こさない程度を保ちながら折り曲げられている。今回はその線路間隔は０．１５ｍｍ以上となっている。

また、ストリップライン１３ｂ、１３ｃは、ストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを接続することで、４．９ＧＨｚから５．８５ＧＨｚにおいて、ストリップライン１３ａ側及び１３ｄ側からみたインピーダンスが５０Ωになるように線路長を決定している。例えば低温焼成セラミックスならば、１３ｂ、１３ｃの線路長はそれぞれ２．３ｍｍ、２．４５ｍｍである。

以上の構成によりフィルタの要部を構成している。

ここで例えば１３ａを入力側、１３ｄを出力側とする。１３ａは円状の導体パターン３に接続し、パターン層１とグラウンド層４とを接続するヴィアｖ１と、前記グラウンド層４と、図４に示す給電面６の入力電極６ａとを接続するヴィアｖ２を介して、給電面６の入力電極６ａにより取り出される。

グラウンド層４はヴィアｖ１による電磁界結合が起きない程度の径に円状に導体パターンを取り除いている。本実施の形態において、その円状の径は１．２５ｍｍとした。またパターン層１とグラウンド層４とを接続するヴィアｖ１と、グラウンド層４と給電面６の入力電極６ａとを接続するヴィアｖ２どうしを接続するために、グラウンド層４に円状の導体パターン８を設けている。本実施の形態では、この導体パターン８のヴィアの径は０．５ｍｍとし、円状導体パターン３の径は作製誤差によりヴィアとの接続位置がずれないように０．７５ｍｍとした。

給電面６は、銀粉体を主成分とする導体ペーストを印刷して、入力電極６ａ、アンテナスイッチ回路２を動作させるための電源供給用電極６ｃ、６ｄ、及びグラウンドを確保するための電極６ｅで構成した。ここで給電面６の円状の導体パターンの径は１ｍｍとした。なおグラウンド層４の電位を一定にするために給電面６の中央を基準にして、対称になるように±０．７ｍｍの位置に縦０．８ｍｍ、横１．４ｍｍの長方形に導体パターン６ｂを設けて、縦０．３ｍｍ、横０．５ｍｍの間隔で２行５列にヴィアを打っている。

ここでパターン層１において、ストリップライン１３ｄは円状の導体パターン７に接続し、パターン層１とグラウンド層５ｂとを接続するヴィアｖ３と、グラウンド層５ｂとアンテナスイッチ回路２とを接続するヴィアｖ４とを介して、図１に示すアンテナスイッチ回路２の送信入力端子＃１に接続されている。

ここでアンテナスイッチ回路の等価回路の一例を図６に示す。図６において、送信信号入力端子である第１端子＃１、受信信号入力端子である第２端子＃２、第１のアンテナ端子に接続される第３端子＃３、第２のアンテナ端子に接続される第４端子＃４を有し、第１端子＃１と第３端子＃３、第４端子＃４との間を導通・遮断するスイッチ回路ＳＷ１と第２端子＃２と第３端子＃３、第４端子＃４との間を導通・遮断するスイッチ回路ＳＷ２を備えている。

スイッチ回路ＳＷ１は、第１端子＃１とカソード、第３端子＃３とアノードを接続したＰＩＮダイオードＤ１と、第１端子＃１とアノード、第４端子＃４とカソードを接続したＰＩＮダイオードＤ２を備え、スイッチ回路ＳＷ２は第２端子＃２とアノード、第３端子＃３とカソードを接続したＰＩＮダイオードＤ３と、第２端子＃２とカソード、第４端子＃４とアノードを接続したＰＩＮダイオードＤ４を備えている。

第１端子＃１とＰＩＮダイオードＤ１、ＰＩＮダイオードＤ１と第３端子＃３、第２端子＃２とＰＩＮダイオードＤ４、ＰＩＮダイオードＤ４と第４端子＃４のそれぞれの接続点と基準電位の間に、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４をそれぞれ直列に接続している。

さらに、インダクタＬ１とキャパシタＣ１の接続点とインダクタＬ３とキャパシタＣ３の接続点、およびインダクタＬ２とキャパシタＣ２の接続点とインダクタＬ４とキャパシタＣ４の接続点とをそれぞれ接続しており、また、それぞれの接続点から制御用電圧端子に接続し、第１端子＃１とインダクタＬ１、第２端子＃２とインダクタＬ３、第３端子＃３とインダクタＬ２、及び第４端子＃４とインダクタＬ４の間にそれぞれキャパシタＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４を接続している。

ここで一般的にＰＩＮダイオードがＯＮの時は図７、ＯＦＦの時は図８に示すような等価回路で表される。

次に、上記のような構成における本実施の形態のアンテナスイッチモジュールの特徴について以下説明する。

図５に示すように、パターン層１に構成したフィルタはストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによって４．９ＧＨｚから５．８ＧＨｚの２倍波と３倍波となる周波数帯に大きな減衰極を作る。この際、２倍波は約２ＧＨｚ帯域となり２極間の引き合いによって３０ｄＢ以上の減衰量を得ることが出来る。しかし、３倍波は約３ＧＨｚ帯域となるため、２極の減衰極ではその帯域内の減衰が小さくなる。つまりストリップライン１３ａから円状の導体パターン７側を見たインピーダンス及び円状の導体パターン７からストリップライン１３ａ側をみたインピーダンスが５０Ωに近づくことになる。

このときアンテナスイッチ回路は、図６において、第１端子＃１から第３端子＃３をみたときのインピーダンスｚ１３、及び第４端子＃４から第２端子＃２をみたインピーダンスｚ４２は４．９ＧＨｚから５．８５ＧＨｚではほぼ５０Ωであり、第１端子＃１から第４端子＃４をみたインピーダンスｚ１４、及び第３端子＃３から第２端子＃２をみたインピーダンスｚ３２は開放となるが、周波数が高くなるにしたがってＰＩＮダイオードのパッケージや端子の容量性、誘導性が影響を及ぼす。このため前記インピーダンスｚ１３、ｚ４２、ｚ１４、ｚ３２の値が変化し、特に４．９ＧＨｚから５．８５ＧＨｚの３倍波ではインピーダンスｚ１３、ｚ４２の値は開放に近づき、インピーダンスｚ１４、ｚ３２の値は５０Ωに近づく。

したがって特にこの帯域において円状の導体パターン７からストリップライン１３ａをみたインピーダンスと円状の導体パターン７からインピーダンスｚ１３、ｚ４２、ｚ１４、ｚ３２が複素共役になることを防ぐためにストリップライン１３ｄの線路長を設けることにより、減衰量を得ることができる。

この線路長を調節することで透過損失を抑え、高調波領域において広帯域で高減衰を確保することが可能となる。

さらに、ストリップライン１３ｄを方向性結合器の一部として用いることで小型化を図ることができ、さらにノッチ型ローパスフィルタの減衰極の減衰量を劣化させることなく、かつ２つ以上の減衰極間での跳ね返り成分を容易に抑圧でき、ノッチ型ローパスフィルタの段数を増やすことなく第２、第３高調波成分を十分に減衰させることが可能となる。

また本実施の形態において、グラウンド層をアンテナスイッチ回路２のグラウンド層５ａと、パターン層１に構成したフィルタを構成するストリップライン１３ｂ、１３ｃ及びストリップライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、入力側へ接続されるストリップライン１３ａと前記円状の導体パターン３のグラウンド層５ｂを分割することにより、グラウンド層を流れるイメージ電流は、グラウンド層５ａを流れ、グラウンド層５ａとグラウンド層４を接続するヴィアｖ３を介してグラウンド層４に流れ込み、グラウンド層４とグラウンド層５ｂを接続するヴィアｖ４を介してグラウンド層５ｂに流れ込むことになる。この電流の経路は４．９ＧＨｚから５．８５ＧＨｚの２倍波以上となる周波数帯域に対して、無視できない線路長となる。つまり、周波数帯の電流に対してチョークコイルとして働くことになる。これにより、周波数帯において３０ｄＢ以上の減衰量を得ることが出来る。

なお、本実施の形態では、図６に示したようなアンテナスイッチをＰＩＮダイオードと指定したが、ＧａＡｓスイッチでも同等の効果を得ることが出来る。

また、ストリップラインを指定したが、マイクロストリップラインでも同等の効果を得ることができる。

また、図２に示したような４つの減衰極を持つフィルタを指定したが、減衰極数を変えてもよい。

また、図２に示したようなノッチ型ローパスフィルタを指定したが、有極型ローパスフィルタでも同等の効果を得ることができる。

また、図２に示したようなローパスフィルタを指定したが、バンドパスフィルタやバンドリジェクションフィルタでも同等の効果を得ることができる。

また、図６に示したようなアンテナスイッチをＰＩＮダイオードと指定したが、スイッチ特性を持つ電子デバイスならば同等の効果を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、ストリップラインの線路長を設けることによって、ノッチ型ローパスフィルタの段数を増やすことなく、第２、第３の高調波成分を減衰させることが可能となる。

本発明にかかるアンテナスイッチモジュールは、例えば無線ＬＡＮモジュールにおいて、送信側においてＰＡで増幅された基本波信号は低損失で透過し、前記ＰＡで発生した高調波成分は広帯域、高減衰で除去することができ、フロントエンドモジュールの小型化につながるとともに、部品点数を減らすことができ、コスト削減にもつながる。

本発明の実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールのグラウンド層の平面図同実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールのパターン層の平面図同実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールのグラウンド層の平面図同実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールの給電層の平面図同実施の形態におけるアンテナスイッチモジュールの周波数特性を示す図同実施の形態におけるアンテナスイッチ回路を示す図同実施の形態におけるＰＩＮダイオードＯＮ時の等価回路図同実施の形態におけるＰＩＮダイオードＯＦＦ時の等価回路図従来のローパスフィルタ回路図従来のローパスフィルタ回路図従来のローパスフィルタ回路の周波数特性を示す図

符号の説明

１パターン層
２アンテナスイッチ回路
３円状の導体パターン
４、５ａ、５ｂグラウンド層
６給電面
６ａ入力電極
６ｂ導体パターン
６ｃ、６ｄ電源供給用電極
６ｅグラウンドを確保するための電極
７円状の導体パターン
８円状の導体パターン
１１ａ９．８ＧＨｚの４分の１波長ストリップライン
１１ｂ１１．７ＧＨｚの４分の１波長ストリップライン
１１ｃ１４．７ＧＨｚの４分の１波長ストリップライン
１１ｄ１７．５ＧＨｚの４分の１波長ストリップライン
１３ａ〜１３ｄストリップライン
ｖ１〜ｖ６ヴィア

Claims

複数の誘電体層を積層して成る積層体において、ＰＩＮダイオードを使ったアンテナスイッチ回路を誘電体上面に構成し、パターン層にノッチ型ローパスフィルタとアンテナスイッチを動作させるための給電回路を構成し、円状の導体パターンから入力電極側をみたインピーダンスと円状の導体パターンからアンテナスイッチ回路をみたインピーダンスとが複素共役になることを防ぐために、ストリップラインの線路長を設けたことを特徴とするアンテナスイッチモジュール。
複数の誘電体層を積層して成る積層体において、ＰＩＮダイオードを使ったアンテナスイッチ回路を誘電体上面に構成し、パターン層にノッチ型ローパスフィルタと方向性結合器とアンテナスイッチを動作させるための給電回路を構成し、円状の導体パターンから入力電極側をみたインピーダンスと、円状の導体パターンからアンテナスイッチ回路をみたインピーダンスが複素共役になることを防ぐために、前記方向性結合器をストリップラインの線路長に利用したことを特徴とするアンテナスイッチモジュール。
積層体のグラウンド層を、アンテナスイッチ回路のグラウンド層とパターン層に構成したノッチ型ローパスフィルタのグラウンド層に分割したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナスイッチモジュール。
積層体のグラウンド層を、アンテナスイッチ回路のグラウンド層とパターン層１に構成したノッチ型ローパスフィルタのグラウンド層に分割したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナスイッチモジュール。
ＰＩＮダイオードを使ったアンテナスイッチ回路を、ＧａＡｓスイッチを用いたアンテナスイッチ回路に置き換えた請求項１〜４に記載のアンテナスイッチモジュール。