疊層體型高頻開關模塊的製作方法
2023-05-12 15:29:26
專利名稱：疊層體型高頻開關模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及在微波頻帶等高頻頻帶中使用的、用於控制多個發送接收系統的發送電路及接收電路和天線之間的信號路徑的疊層體型高頻開關模塊，特別涉及包括檢測從發送電路送來的發送信號的功率的功能的疊層體型高頻開關模塊。
背景技術：
近年來無線通信裝置、例如便攜電話機的普及非常驚人，便攜電話機的功能及服務日益提高(以下，以便攜電話機為例進行說明)。作為便攜電話機的系統，例如有主要流行於歐洲的GSM(Global System for MobileCommunications，全球移動通信系統)方式、DCS 1800(Digital Cellular System1800，數字蜂窩系統1800)方式、流行於美國的PCS(Personal CommunicationService，個人通信系統)方式、日本所採用的PDC(Personal Digital Cellular，個人數字蜂窩)方式等各種系統。然而隨著最近便攜電話機的急劇普及，特別是在發達國家的主要大城市地區，分配給各系統的頻帶不能完全容納系統用戶，產生連接困難、在通話途中連接切斷等問題。因此，採用了下述措施允許用戶利用多個系統，以增加實質上可利用的頻率，進而擴充服務區或有效利用各系統的通信基礎設施。這種支持多個系統的便攜電話機被稱為多頻段便攜電話機，區別於只支持單個系統的單頻段便攜電話機。
如果為了使1臺便攜電話機能夠利用多個系統而簡單地在便攜電話機中設置每個系統的電路，則每個系統的發送系統都需要例如使希望的發送頻率的發送信號通過的濾波器、切換發送接收電路的高頻開關、及入射發射發送接收信號的天線，並且接收系統需要使通過高頻開關的接收信號中的希望的頻率通過的濾波器等高頻電路部件。因此，便攜電話機變得昂貴，並且體積、重量也增加，不便於攜帶。因此，為了實現可用一臺便攜電話機來利用多個系統的便攜電話機，需要在多個系統的頻率下工作的小型、複合功能化的高頻電路部件。
圖25是這種多頻段便攜電話機的發送部的基本結構方框圖。該多頻段便攜電話機具有天線共用器以使多個系統共用一個天線，在其後級包括多個方向性耦合器CPn、檢波二極體DKn、誤差放大器AEn、高頻放大器PAn等。方向性耦合器CPn的輸出端被連接到檢波二極體DKn上，控制發送輸出電平以使檢測出的發送信號的功率達到目標發送輸出電平。高頻放大器PAn的增益在上述系統的頻帶內不是恆定的，有時也根據環境溫度或電源電壓來變動。因此，為每個系統搭載片型的方向性耦合器，通過電路板上的連接線路來取出與高頻信號成正比的輸出，檢測出高頻放大器的輸出功率。
這樣，在現有的多頻段便攜電話機中，各系統所用的方向性耦合器、檢波二極體等部件是重複的。由於這些分立部件被安裝在電路板上，所以多頻段便攜電話機的發送部大型化，其結果是具有整個便攜電話機也大型化的問題。此外，由於分立部件通過電路板上的連接線路來連接，所以具有連接線路的損耗使發送部的特性惡化的問題。再者，對必須進行小型化的多頻段便攜電話機來說成為大問題的是部件個數的增加造成的安裝面積的增加、用於部件間的阻抗匹配的匹配電容或電感等附屬部件的附加、插入損耗的增大等。
發明目的因此，本發明的目的在於提供一種包括功率檢測功能及放大電路並且具有優良的高頻特性的小型疊層體型高頻開關模塊。
發明內容
本發明第一實施例的疊層體型高頻開關模塊切換多個不同的發送接收系統的發送電路和接收電路，其特徵在於，具有分波器，對多個發送接收系統的信號進行分波；多個高頻開關電路，切換來自上述分波器的接收信號到接收電路的信號路徑和來自發送電路的發送信號到上述分波器的信號路徑；功率檢測部件，檢測來自上述發送電路的發送信號的功率；上述疊層體由具有電極圖案的多個介質層構成，上述分波器、上述高頻開關電路及上述功率檢測部件由上述疊層體內的上述電極圖案構成。
最好，上述高頻開關電路以二極體、第一分布參數線路以及第一電容為主要元件，上述分波器以第二分布參數線路和第二電容為主要元件，上述濾波電路以第三分布參數線路和第三電容為主要元件，上述第一～第三分布參數線路及上述第一～第三電容的至少一部分由上述疊層體內的上述電極圖案構成，上述二極體被安裝在疊層體的表面上。
本發明第二實施例的疊層體型高頻開關模塊切換多個不同的發送接收系統的發送電路和接收電路，其特徵在於，具有高頻開關電路，切換多個發送接收系統的信號路徑；在上述高頻開關電路的後級，具有分波器，對多個發送接收系統的信號進行分波；合成器，對多個發送接收系統的信號進行合成；以及功率檢測部件，檢測來自發送電路的發送信號的功率；上述疊層體由具有電極圖案的多個介質層構成，上述分波器、上述高頻開關電路及上述功率檢測部件由上述疊層體內的上述電極圖案構成。
最好，高頻開關電路將多個發送接收系統的信號路徑切換為發送路徑和接收路徑，一個分波器將接收信號送至多個接收系統中的1個，另一個分波器將來自多個發送系統中正在工作的1個發送系統的發送信號送至高頻開關電路。
最好，上述高頻開關電路以場效應電晶體二極體為主要元件，上述場效應電晶體被安裝在上述疊層體的表面上。
在第一及第二實施例中，最好在從發送電路到天線的發送信號的信號路徑中包括濾波電路。
最好上述功率檢測部件是方向性耦合電路或電容耦合電路。
在第一及第二實施例中，最好，上述方向性耦合電路以第四分布參數線路為主要元件，上述第四分布參數線路的至少一部分由上述疊層體內的上述電極圖案構成。最好上述第四分布參數線路由來自發送電路的發送信號到分波器的信號路徑中配置的主線路、和與上述主線路平行或對置配置的副線路構成。上述主線路也可以由上述濾波電路的第三分布參數線路構成。
在第一及第二實施例中，最好，上述電容耦合電路以第五電容為主要元件，上述第五電容的至少一部分由上述疊層體內的上述電極圖案構成。最好上述第五電容與來自發送電路的發送信號到分波器的信號路徑並聯配置。
在第一及第二實施例中，最好在上述疊層體內一體地內置高頻放大器、可變增益放大器、及自動增益控制電路。在該疊層體型高頻開關模塊中，自動增益控制電路比較上述方向性耦合電路或電容耦合電路的發送信號的功率檢測結果和應發送的功率，根據比較結果來增減可變增益放大器的增益。最好，自動增益控制電路包括檢波器及誤差放大器，由多個發送接收系統共用一個誤差放大器。
最好，上述高頻放大器具有放大電路，具有電晶體；輸入匹配電路，被連接到上述放大電路的輸入端；以及輸出匹配電路，被連接到上述放大電路的輸出端；上述輸入匹配電路及上述輸出匹配電路分別具有電容及電感，放大電路的電晶體被搭載在上述疊層體的表面上。最好上述電感的至少一部分作為分布參數線路被形成在上述疊層體內。此外，最好上述電容的至少一部分由上述疊層體內夾著上述介質層而對置的電容電極構成。再者，最好上述放大電路的電晶體是場效應電晶體。
圖1是本發明的疊層體型高頻開關模塊的電路的示例方框圖；圖2是本發明一實施例的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖；圖3是本發明另一實施例的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖；圖4是本發明另一實施例的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖；圖5是本發明另一實施例的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖；圖6是本發明另一實施例的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖；圖7是本發明的疊層體型高頻開關模塊的平面圖；圖8是本發明的疊層體型高頻開關模塊所用的疊層體的立體圖；圖9是構成本發明的疊層體型高頻開關模塊所用的疊層體的多個介質層的分解圖；圖10是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX1-ANT間的插入損耗特性的示例曲線圖；圖11是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的ANT-RX1間的插入損耗特性的示例曲線圖；圖12是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX1-PDP1間的耦合特性的示例曲線圖；圖13是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX1-RC間的隔離特性的示例曲線圖；圖14是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX2-ANT間的插入損耗特性的示例曲線圖；圖15是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的ANT-RX2間的插入損耗特性的示例曲線圖；圖16是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX2-PDP1間的耦合特性的示例曲線圖；圖17是本發明的疊層體型高頻開關模塊的一實施例的TX2-RC間的隔離特性的示例曲線圖；圖18是本發明的疊層體型高頻開關模塊的另一示例方框圖；圖19是本發明的疊層體型高頻開關模塊的另一等價電路圖；圖20是本發明的疊層體型高頻開關模塊的另一等價電路圖；圖21是本發明的疊層體型高頻開關模塊的另一等價電路圖；圖22是本發明的疊層體型高頻開關模塊所用的放大電路的示例等價電路圖；圖23是本發明的疊層體型高頻開關模塊所用的放大電路的另一示例等價電路圖；圖24是本發明的疊層體型高頻開關模塊所用的高頻放大器的示例等價電路圖；圖25是現有的疊層體型高頻開關模塊電路的方框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細說明本發明的優選實施例。為了簡化說明，以第一發送接收系統為GSM(發送頻率為880～915MHz，接收頻率為925～960MHz)、第二發送接收系統為DCS1800(發送頻率為1710～1785MHz，接收頻率為1805～1880MHz)的情況為例，但是當然本發明不限於此，例如也可以應用於PCS(發送頻率為1850～1910MHz，接收頻率為1930～1990MHz)等其他通信系統。再者，當然也可以應用於將這些TDMA(Time DivisionMultiple Access，時分多址)方式的系統和W-CDMA(Wideband CDMA，寬帶CDMA)等CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)方式多頻段化的疊層體型高頻開關模塊。[1]疊層體型高頻開關模塊的結構圖1是本發明的疊層體型高頻開關模塊的示例方框圖。該疊層體型高頻開關模塊具有第一濾波電路F1及第二濾波電路F2構成的分波器，將從天線ANT入射的信號分離為第一發送接收系統的接收信號和第二發送接收系統的接收信號；第一開關電路SW1，被配置在第一濾波電路F1的後級，根據從控制電路VC1送來的外部電壓來切換第一發送接收系統的發送電路TX1和接收電路RX1；第二開關電路SW2，被配置在第二濾波電路F2的後級，根據從控制電路VC2送來的外部電壓來切換第二發送接收系統的發送電路TX2和第二發送接收系統的接收電路RX2；來自發送電路的發送信號的功率檢測部件；以及可變增益放大電路。功率檢測部件最好是方向性耦合電路或電容耦合電路。
以下參照圖2及圖3來詳細說明本發明的疊層體型高頻開關模塊的等價電路。圖2是將方向性耦合電路用作發送功率檢測部件的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖，圖3是將電容耦合電路用作發送功率檢測部件的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖。(1)第一及第二濾波電路(分波器)與天線ANT相連的第一及第二濾波電路分別由分布參數線路及電容構成。在圖2等所示的等價電路中，使GSM的發送接收信號通過、但使DCS1800的發送接收信號衰減的第一濾波電路F1包括低通濾波器，而使DCS1800的發送接收信號通過、但使GSM的發送接收信號衰減的第二濾波電路F2包括高通濾波器。低通濾波器F1由並聯連接的分布參數線路LF1及電容CF1、以及在它們和地之間連接的電容CF3構成。高通濾波器F2由並聯連接的分布參數線路LF2及電容CF2、在它們和地之間連接的分布參數線路LF3、以及分布參數線路LF2及電容CF2上串聯連接的電容CF4構成。通過這種結構，能夠分離第一發送接收系統和第二發送接收系統的接收信號。構成上述分波器的分布參數線路及電容最好由構成疊層體的介質層上形成的電極圖案構成。
這裡，第一及第二濾波電路F1、F2除了採用上述結構之外，也可以採用下述a～h的結構。a.第1濾波電路由低通濾波器構成、第2濾波電路由陷波濾波器構成的結構；b.第1濾波電路由陷波濾波器構成、第2濾波電路由帶通濾波器構成的結構；c.第1濾波電路由低通濾波器構成、第2濾波電路由帶通濾波器構成的結構；d.第1濾波電路由陷波濾波器構成、第2濾波電路由陷波濾波器構成的結構；e.第1濾波電路由陷波濾波器構成、第2濾波電路由高通濾波器構成的結構；f.第1濾波電路由帶通濾波器構成、第2濾波電路由帶通濾波器構成的結構；g.第1濾波電路由帶通濾波器構成、第2濾波電路由陷波濾波器構成的結構；h.第1濾波電路由帶通濾波器構成、第2濾波電路由高通濾波器構成的結構。(2)開關電路配置在第一及第二濾波電路的後級、切換GSM的發送電路TX1和接收電路RX1的第一開關電路SW1、和切換DCS1800的發送電路TX2和接收電路RX2的第二開關電路SW2分別以二極體及分布參數線路為主要構成元件。(a)第一開關電路第一開關電路SW1是圖2上側的開關電路，用於切換GSM的發送電路TX1和接收電路RX1。開關電路SW1以2個二極體DG1、DG2、和2個分布參數線路LG1、LG2為主要構成元件，二極體DG1被配置在GSM的發送接收信號的輸入輸出端子IP1和發送電路TX1之間。在輸入輸出端子IP1上連接有二極體DG1的陽極，在二極體DG1的陰極和地之間連接有分布參數線路LG1。在輸入輸出端子IP1和接收電路RX1之間連接有分布參數線路LG2，在接收電路RX1側的分布參數線路LG2的一端和地之間連接有二極體DG2的陰極，在二極體DG2的陽極和地之間連接有電容CG6，在二極體DG2的陽極和控制電路VC1之間連接有電感LG及電阻RG的串聯電路。
分布參數線路LG1及分布參數線路LG2分別具有使其諧振頻率位於GSM的發送信號的頻帶內的線路長度。第一濾波電路F1和發送電路TX1之間插入的低通濾波電路由分布參數線路及電容構成。在圖2所示的等價電路圖中，將由分布參數線路LG3和電容CG3、CG4、CG7構成的π型低通濾波器配置在二極體DG1和分布參數線路LG1之間。(b)第二開關電路第二開關電路是圖2下側的開關電路，用於切換DCS1800的接收電路RX2和發送電路TX2。開關電路SW2以2個二極體DP1、DP2和2個分布參數線路LP1、LP2為主要構成元件，二極體DP1被配置在DCS1800的發送接收信號的輸入輸出端子IP2和發送電路TX2之間，在發送電路IP2上連接有二極體DP1的陽極，在二極體DP1的陰極和地之間連接有分布參數線路LP1。在輸入輸出端子IP2和接收電路RX2之間連接有分布參數線路LP2，在接收電路RX2側的分布參數線路LP2的一端和地之間連接有二極體DP2的陰極。在二極體DP2的陽極和地之間連接有電容CP6，在二極體DP2的陽極和控制電路VC2之間連接有電感LP及電阻RP構成的串聯電路。
分布參數線路LP1及分布參數線路LP2分別具有使其諧振頻率位於DCS1800的發送信號的頻帶內的線路長度。第二濾波電路F2和發送電路TX2之間插入的低通濾波電路由分布參數線路及電容構成。在圖2所示的等價電路圖中，由分布參數線路LP3和電容CP3、CP4、CP7構成的π型低通濾波器被插入在二極體DP1和分布參數線路LP1之間。
在任一個開關電路中，低通濾波電路都是在構成開關電路的元件間複合構成的，但是也可以配置在開關電路的後級或前級。此外，構成開關電路的分布參數線路及電容最好由構成疊層體的介質層上的電極圖案構成。(3)方向性耦合電路開關電路的後級配置的方向性耦合電路以分布參數線路為主要構成元件。第一方向性耦合電路取出GSM的發送信號的一部分，檢測來自發送電路TX1的發送信號的功率，以發送電路TX1及分布參數線路LG3之間串聯連接的分布參數線路LG4為主線路，以與其耦合的分布參數線路LC1為副線路。
第二方向性耦合電路取出DCS1800的發送信號的一部分，檢測來自發送電路的發送信號的功率，以發送電路TX2及分布參數線路LP3之間串聯連接的分布參數線路LP4為主線路，以分布參數線路LC1為與第一方向性耦合電路公共的副線路。分布參數線路LC1的一端經與特性阻抗大致相等的電阻RC接地。
在雙波段便攜電話機中，不同時發送與2個系統(例如GSM及DCS1800)對應的高頻信號。因此，作為本發明的疊層體型高頻開關模塊中的方向性耦合器，只要在某一方發送時一個主線路和一個副線路相互耦合即可，副線路可以由2個系統共用。因此，方向性耦合器用的分布參數線路LG4、LP4、LC1由具有電極圖案的介質薄片疊層而成的疊層體中的電極圖案構成，分布參數線路LC1與分布參數線路LG4、LP4沿疊層方向經介質層而部分對置。此外，也可以使分布參數線路LC1與分布參數線路LG4、LP4在同一層中對置。
如果這樣構成方向性耦合器，則通過主線路和副線路之間的耦合，從高頻放大器PA1或PA2來到主線路上的發送信號的一部分流到副線路，被輸出到耦合端子PDP1。
以上描述了副線路由2個系統共用的情況，但是也可以如圖4所示的等價電路圖那樣，在各個系統中與作為主線路的分布參數線路耦合來配置作為副線路的分布參數線路，作為各個方向性耦合器，用一個電阻RC來終接分布參數線路LC1、LC2的一端。此外，也可以如圖5或圖6的等價電路圖所示，將構成低通濾波電路的分布參數線路用作主線路，與其耦合來配置副線路，構成方向性耦合電路。
如果在高頻放大器PA1、PA2和方向性耦合電路的連接點上，設定包含方向性耦合電路的主線路的與高頻放大器之間的連接線路長度，以使從高頻放大器側看到的接收時的阻抗為大致開路狀態，則天線ANT與接收時的發送端子TX的隔離特性提高，所以最好這樣。例如對GSM的發送信號(880～915MHz)和DCS1800的發送信號(1710～1785MHz)之間的中間頻率λ，包含方向性耦合電路的主線路的與高頻放大器之間的連接線路長度最好為(λ/6～λ/3)+n×λ/2(n是整數)。
本說明書中使用的用語「大致開路狀態」定義為在史密斯圓圖上將阻抗Z由Z＝R+jX表示時的實數部分R調整到150Ω以下的情況、及將虛數部分X的絕對值調整到100Ω以上的情況。(4)放大電路圖22是疊層體型高頻開關模塊上連接或複合化的放大電路的方框圖。通過該可變增益放大電路，從耦合端子PDP1取出的發送信號的一部分由具有電阻的衰減器16(在必要時使用)衰減到後級電路可處理的功率，經阻抗匹配器(未圖示)被輸入到檢波器15。在檢波器15中由檢波二極體DK1整流後，由平滑電容CK1和負載電阻RK1變為電壓變化了的檢波信號，被輸入到控制電路12。檢波信號被輸入到一個誤差放大器EA1，與表示規定的發送信號電平的控制信號進行比較，反饋到可變增益放大器DA1或DA2，增減增益，控制到目標發送輸出電平，以使該差減小。檢波器15及控制電路12構成自動增益控制電路(APC)。
與現有的放大電路相比，通過使檢波器15或控制電路16等由多個系統共用，能夠削減可變增益放大電路的構成部件個數，並且能夠使電路小型化，從而減小複合化的疊層體型高頻開關模塊整體的尺寸。
構成高頻放大器PA1、PA2的電晶體或MMIC(Microwave MonolithicIntegrated Circuit，微波單片集成電路)功耗大，發熱量大，所以也可以在檢波器15上設置用於保證溫度變動的熱敏元件，管理檢波器15的溫度特性。
圖23是包括2個圖4所示的耦合端子的疊層體型高頻開關模塊上連接或複合化的放大電路的方框圖。與上述放大電路的不同點在於，由於具有2個耦合端子(PDP1、PDP2)，所以將從耦合端子PDP1、PDP2取出的功率分別輸入到2個檢波二極體DK1、DK2進行整流，由平滑電容CK1和負載電阻RK1變為電壓變化了的檢波信號，輸入到公共的誤差放大器EA1。在此情況下，與現有技術相比，也能夠削減放大電路的構成部件個數，並且使電路結構小型化。
圖24是上述放大電路所用的高頻放大器的等價電路的一例，包括具有電感19及電容18的輸入匹配電路；具有電感20及電容21的輸出匹配電路26；電阻、電容及電感構成的防止振蕩穩定電路24、25；以及場效應電晶體。
通過將構成高頻放大器的場效應電晶體27搭載在疊層體表面上，由分布參數線路(由構成疊層體的介質層上形成的電極圖案形成)來形成構成輸入匹配電路23及輸出匹配電路26的電感，而且由疊層體內夾著介質層而對置的電容電極來形成電容，或者將構成APC電路的檢波二極體DK1等安裝在疊層體表面上，來減小疊層體型高頻開關模塊整體的尺寸。(5)電容耦合電路作為檢測來自發送電路的發送信號的功率的另一方法，說明使用電容耦合電路的情況。
圖3是將電容耦合電路用作檢測發送信號功率的部件的疊層體型高頻開關模塊的等價電路圖。開關電路的後級配置的電容耦合電路以電容為主要構成元件。第一電容耦合電路由在電容CG2和分布參數線路LG3之間與電容CG2並聯連接的電容CC1構成，用於取出GSM的發送電路TX1的發送信號的一部分，檢測來自發送電路TX1的發送信號的功率。
第二電容耦合電路由在電容CP2和分布參數線路LP3之間與電容CP2並聯連接的電容CC2構成，用於取出DCS1800的發送電路TX2的發送信號的一部分，檢測來自發送電路TX1的發送信號的功率。
電容CC1、CC2由構成疊層體的介質層上形成的電極圖案構成，電極圖案通過沿疊層方向經介質層對置來以靜電電容進行耦合，構成電容耦合電路。電容耦合度可以通過構成電容耦合電路的電容的電極圖案的面積、對置距離、所夾的介質層的介電常數等因子來進行各種調節。此外，也可以使電極圖案在同一層內平行對置、耦合來構成電容CC1、CC2，在此情況下，可以通過對置的電極圖案的邊緣長度來得到各種耦合度。[2]工作本發明的疊層體型高頻開關模塊通過從電源供給部件(控制電路)提供外部電壓將二極體開關控制為導通/截止狀態，來選擇第一及第二發送接收系統中的某一個。以下說明具有圖1所示的方框電路及圖2所示的等價電路的疊層體型高頻開關模塊的工作。(1)GSM TX模式在連接第一發送電路TX1和第一濾波電路F1的情況下，從控制電路VC1提供正電壓。從控制電路VC1提供的正電壓由電容CG6、CG5、CG4、CG7、CG3、CG2及CG1去除直流分量，施加到包含二極體DG2、DG1的電路上，二極體DG2、DG1成為ON(導通)狀態。二極體DG1成為ON狀態後，第一發送電路TX1和連接點IP1之間的阻抗降低。此外，分布參數線路LG2通過成為ON狀態的二極體DG2及電容CG6高頻接地而諧振，從連接點IP1看第一接收電路RX1的阻抗變得非常大，因此，來自第一發送電路TX1的發送信號不會洩漏到第一接收電路RX1，而被傳輸到第一濾波電路F1。
來自第一發送電路TX1的發送信號的功率的一部分出現在耦合端子PDP1上，接著被導向自動增益控制電路(APC)。此外，從天線側逆流的高頻功率的一部分由電阻RC吸收。(2)GSM RX模式在連接第一接收電路RX1和第一濾波電路F1的情況下，控制電路VC1的電壓成為零。於是二極體DG1、DG2成為OFF(截止)狀態。連接點IP1和第一接收電路RX1通過成為OFF狀態的二極體DG2，經分布參數線路LG2相連。此外，由於二極體DG1成為OFF狀態，所以連接點IP1和第一發送電路TX1之間的阻抗增大。因此，來自第一濾波電路F1的接收信號不會洩漏到第一發送電路TX1，而被傳輸到第一接收電路RX1。(3)DCS TX模式在連接第二發送電路TX2和第二濾波電路F2的情況下，從控制電路VC2提供正電壓。從控制電路VC2提供的正電壓由電容CP6、CP5、CP4、CP7、CP3、CP2及CF4去除直流分量，施加到包含二極體DP2、DP1的電路上，二極體DP2、DP1成為ON狀態。由於二極體DP1成為ON狀態，所以第二發送電路TX2和連接點IP2之間的阻抗降低。此外，分布參數線路LP2通過成為ON狀態的二極體DP2及電容CP6高頻接地而發生諧振，從連接點IP2看第二接收電路RX2的阻抗變得非常大，因此，來自第二發送電路TX2的發送信號不會洩漏到第二接收電路RX2，而被傳輸到第二濾波電路F2。
來自第二發送電路TX2的發送信號功率的一部分出現在耦合端子PDP2上，接著被導向自動增益控制電路(APC)。此外，從天線側逆流的高頻功率的一部分由電阻RC吸收。(4)DCS RX模式在連接第二接收電路RX2和第二濾波電路F2的情況下，控制電路VC2的電壓成為零。由此二極體DP1、DP2成為OFF狀態。連接點IP2和第二接收電路RX2通過成為OFF狀態的二極體DP2，經分布參數線路LP2相連。此外，由於二極體DP1成為OFF狀態，所以連接點IP2和第二發送電路TX2之間的阻抗增大。因此，來自第二濾波電路F2的接收信號不會洩漏到第二發送電路TX2，而被傳輸到第二接收電路RX2。[3]實施例(1)第一實施例圖7是本發明一實施例的疊層體型高頻開關模塊的平面圖，圖8是其疊層體型部分的立體圖，圖9是其疊層體的內部結構的分解圖。在本實施例中，第一及第二濾波電路、低通濾波電路、開關電路的分布參數線路、方向性耦合電路的分布參數線路構成於疊層體內，二極體、和不能內置在疊層體內的高電容值的片狀電容被搭載在疊層體上，成為單片化的疊層體型高頻開關模塊。
該疊層體是如下形成的在可低溫燒成的陶瓷介質材料構成的厚度為20μm～200μm的印刷電路基板(グリ—ンシ—ト)上印刷以Ag為主體的導電糊(ペ—スト)來形成期望的電極圖案，將具有電極圖案的印刷電路基板適當疊層、燒成一體化而成。線路電極的寬度大致是100μm～400μm。
參照圖9按疊層順序來說明疊層體的內部結構。首先在最下層的印刷電路基板15的大致整個面上形成接地電極31，設有用於連接到側面上形成的端子電極81、83、85、87、89、91、95、96的連接部。
在印刷電路基板15上，疊加未印刷電極圖案的空白(ダミ—)印刷電路基板14。在其上疊加的印刷電路基板13上，形成有3個線路電極41、42、43，在其上疊加的印刷電路基板12上，形成有4個線路電極44、45、46、47。在印刷電路基板12上，疊加形成有4個通孔(スル—ホ—ル)電極(在圖中用黑點來表示)的印刷電路基板11，在其上疊加形成有4個通孔電極和電容用的電極61、進而形成有接地電極32的印刷電路基板9。
2個接地電極31、32所夾的區域上形成的線路電極被適當相連，形成第一及第二開關電路SW1、SW2用的分布參數線路。線路電極42和46由通孔電極相連，構成等價電路的分布參數線路LG1，線路電極43和47由通孔電極相連，構成等價電路的分布參數線路LG2，線路電極41和44由通孔電極相連，構成等價電路的分布參數線路LP1，線路電極45構成等價電路的分布參數線路LP2。
在印刷電路基板9上疊加的印刷電路基板8上，形成有電容用的電極62、63、64、65、66、67、68、69。在其上疊加的印刷電路基板7上也形成有電容用的電極70、71、72、73。在其上疊加的印刷電路基板6上，形成有電容電極74。
進而在其上，疊加形成有線路電極48、49、50、51的印刷電路基板5，在其上疊加形成有線路電極52、53、54、55、56、57的印刷電路基板4。在其上疊加形成有線路電極58、59、60的印刷電路基板3。在其上疊加形成有連接線路電極的印刷電路基板2。在最上部的印刷電路基板1上，形成有連接搭載元件用的焊盤。
形成有上側接地電極32的印刷電路基板9上疊加的印刷電路基板8的電容用電極62、63、64、65、66、67、68、69、和印刷電路基板9下的印刷電路基板10的電容電極61分別與接地電極32形成電容。具體地說，電容用電極62形成電容CP3，電容用電極63形成電容CP4，電容用電極65形成電容CG4，電容用電極64形成電容CG3，電容用電極67形成電容CF3，電容用電極69形成電容CP6，電容用電極61、66形成電容CG6。
印刷電路基板6、7、8上形成的電容電極相互間形成電容，在電容電極68和73之間構成電容CF4，同樣在電容電極62、63和70之間構成電容CP7，在電容電極72和74之間構成電容CF1，在電容電極73和74之間構成電容CF2，在電容電極64、65和71之間構成電容CG7。電容電極73與電容電極68對置來形成電容，但是與接地電極32不對置，在接地電極32上形成有缺口部。此外，利用該缺口部，形成有導通到分布參數線路的通孔電極。
在印刷電路基板3、4、5上，線路電極52、58構成分布參數線路LF1，線路電極48、53、59構成分布參數線路LF2，線路電極51、57構成分布參數線路LF3，線路電極50、56構成分布參數線路LG3，線路電極55、61構成分布參數線路LP3。此外，線路電極60構成分布參數線路LP4，線路電極49構成分布參數線路LG4。印刷電路基板2的線路電極是布線用線路。
在印刷電路基板4上，構成分布參數線路LC1的線路電極54與印刷電路基板3上形成的線路電極60、及印刷電路基板5上形成的線路電極49沿疊層方向部分對置，由這些對置部分構成方向性耦合器。線路電極54的一端經通孔被導出到疊層體的外表面，和與特性阻抗大致相等的片狀電阻RC相連。
壓接這些印刷電路基板，一體燒成，得到外形尺寸例如為6.7mm×5.0mm×1.0mm的疊層體100。在該疊層體100的側面上形成端子電極81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96。得到的疊層體100的外觀示於圖8。
在該疊層體100上，搭載二極體DG1、DG2、DP1及DP2、片狀電容CG1、CG2及CP2、及片狀電阻RG、RP及RC。圖7是搭載這些元件的狀態的平面圖。圖7還示出該疊層體型高頻開關模塊的安裝結構(各端子的連接結構)。在圖7中，GND表示接地的端子。
在本實施例中，在圖2所示的等價電路中，分布參數線路CG5、CP5、LG及LP被形成在本實施例的片狀部件搭載用電路上。
在本實施例中，第一及第二開關電路的分布參數線路被配置在疊層體內的接地電極所夾的區域內，所以能防止開關電路和分波器及低通濾波電路的幹擾。如果將接地電極所夾的區域配置在疊層體的下部，則更容易取得地電位。構成接地的電容的電極與該上側的接地電極對置來形成。
在本實施例中，在疊層體的側面上形成有各端子，所以可以進行表面安裝。側面的端子分別是ANT端子、DCS1800的TX2端子、GSM的TX1端子、GSM的RX1端子、DCS1800的RX2端子、耦合端子、接地端子GND、及控制端子VC1、VC2。在疊層體100的各側面上，配置有至少1個接地端子。
在本實施例的疊層體100的側面上形成的端子電極中，在與ANT端子相對的用垂直於安裝面的面二分疊層體100的另一側，分別形成有DCS的TX2端子、GSM的TX1端子、GSM的RX1端子、DCS的RX2端子。
進而在形成有TX端子組及RX端子組的ANT端子的相反側，在一端側形成有發送TX端子組，在另一端側形成有接收RX端子組。
此外，在本實施例中，ANT端子、TX端子組、RX端子組由接地端子夾著來構成。此外，VC1、VC2也採用由接地端子夾著的結構。
本實施例的疊層體型高頻開關模塊的各控制電路VC1、VC2的控制邏輯示於表1。由此變更GSM及DCS1800的模式。
表1
如圖10～圖17所示，通過如上所述將分波器、高頻開關、方向性耦合器一體化在疊層體上，無需以往所需的阻抗匹配電路，能在各通信模式下在期望的頻帶中得到優良的插入損耗特性和隔離特性，並且能得到包括發送功率檢測功能的小型而且高性能的疊層體型高頻開關模塊。(2)第二實施例本實施例涉及三頻段疊層體型高頻開關模塊。圖18是本發明的疊層體型高頻開關模塊的電路方框圖，圖19是其等價電路的示例圖。
第一及第二濾波電路、及第一發送接收系統(GSM)的第一開關電路SW1是與第一實施例等價的電路。第二開關電路SW2具有切換第二發送接收系統(DCS1800)的接收電路RX2和第三發送接收系統(PCS)的接收電路RX3的一個開關電路SW2-1、及切換DCS/PCS的發送電路TX2和開關電路SW2-1的另一個開關電路SW2-2。
切換DCS的接收電路RX2和PCS的接收電路RX3的開關電路SW2-1以2個二極體DP3、DP4、及2個分布參數線路LP5、LP6為主要構成元件。在該開關電路SW2-1的前級，配置有切換DCS/PCS的發送電路TX2和開關電路SW2-1的另一個開關電路SW2-2。該開關電路SW2-2以2個二極體DP1、DP2、及2個分布參數線路LP1、LP2為主要構成元件。
本實施例的疊層體型高頻開關模塊的各控制電路VC1、VC2、VC3的控制邏輯示於表2。通過該控制邏輯，來變更GSM、DCS及PCS的各模式。
表2
在本實施例中，也無需以往所需的阻抗匹配電路，能在各通信模式下在期望的頻帶中得到優良的插入損耗特性和隔離特性，並且能得到包括發送功率檢測功能的小型而且高性能的疊層體型高頻開關模塊。×××(3)第三實施例如圖20所示，本實施例的疊層體型高頻開關模塊在天線的後級具有高頻開關(SPDT開關)SW，高頻開關SW切換2個發送接收系統的發送信號路徑和接收信號路徑。在高頻開關SW的後級有2個分波器，一個分波器DIP1連接在2個發送系統TX1、TX2上，對發送信號進行合成。這裡，用語「對發送信號進行合成」是指使從多個發送系統TX1、TX2中正在工作的1個發送系統送來的發送信號通過。此外，另一個分波器DIP2連接在2個接收系統RX1、RX2上，對接收信號進行分波。該疊層體型高頻開關模塊還包括來自發送電路TX1、TX2的發送信號的功率檢測部件(例如方向性耦合電路)PD。
如圖21所示，該高頻開關使用4個電晶體FET來構成開關電路。在發送時，將電晶體FET1、FET4變為導通狀態，將電晶體FET2、FET3變為截止狀態，而在接收時，將電晶體FET2、FET3變為導通狀態，將電晶體FET1、FET4變為截止狀態，來切換發送電路和接收電路。在發送電路側及接收電路側分別連接有分波器DIP1、DIP2。在發送電路側配置的分波器DIP1的後級還配置有方向性耦合器。與上述疊層體型高頻開關模塊同樣，構成分波器、多個高頻開關電路及方向性耦合電路的分布參數線路、電容及電晶體被一體化在多個介質層疊加而成的疊層體上。
因此，無需以往所需的阻抗匹配電路，能在各通信模式下在期望的頻帶中得到優良的插入損耗特性和隔離特性，並且能得到包括發送功率檢測功能的小型而且高性能的疊層體型高頻開關模塊。
權利要求
1.一種疊層體型高頻開關模塊，切換多個不同的發送接收系統的發送電路和接收電路，其特徵在於，具有分波器，對多個發送接收系統的信號進行分波；多個高頻開關電路，切換來自所述分波器的接收信號到接收電路的信號路徑和來自發送電路的發送信號到所述分波器的信號路徑；功率檢測部件，檢測來自所述發送電路的發送信號的功率；所述疊層體由具有電極圖案的多個介質層構成，所述分波器、所述高頻開關電路及所述功率檢測部件由所述疊層體內的所述電極圖案構成。
2.如權利要求1所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述高頻開關電路以二極體、第一分布參數線路以及第一電容為主要元件，所述分波器以第二分布參數線路和第二電容為主要元件，所述濾波電路以第三分布參數線路和第三電容為主要元件，所述第一～第三分布參數線路及所述第一～第三電容的至少一部分由所述疊層體內的所述電極圖案構成，所述二極體被安裝在疊層體的表面上。
3.一種疊層體型高頻開關模塊，切換多個不同的發送接收系統的發送電路和接收電路，其特徵在於，具有高頻開關電路，切換多個發送接收系統的信號路徑；在所述高頻開關電路的後級，具有分波器，對多個發送接收系統的信號進行分波；合成器，對多個發送接收系統的信號進行合成；以及功率檢測部件，檢測來自發送電路的發送信號的功率；所述疊層體由具有電極圖案的多個介質層構成，所述分波器、所述高頻開關電路及所述功率檢測部件由所述疊層體內的所述電極圖案構成。
4.如權利要求3所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述高頻開關電路以場效應電晶體二極體為主要元件，所述場效應電晶體被安裝在所述疊層體的表面上。
5.如權利要求1～4中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述功率檢測部件是方向性耦合電路或電容耦合電路。
6.如權利要求1～5中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，在從發送電路到天線的發送信號的信號路徑中包括濾波電路。
7.如權利要求1～6中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述方向性耦合電路以第四分布參數線路為主要元件，所述第四分布參數線路的至少一部分由所述疊層體內的所述電極圖案構成。
8.如權利要求7所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述第四分布參數線路由來自發送電路的發送信號到分波器的信號路徑中配置的主線路、和與所述主線路平行或對置配置的副線路構成。
9.如權利要求8所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，將所述濾波電路的第三分布參數線路用作所述主線路。
10.如權利要求1～6中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述電容耦合電路以第五電容為主要元件，所述第五電容的至少一部分由所述疊層體內的所述電極圖案構成。
11.如權利要求10所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述第五電容與來自發送電路的發送信號到分波器的信號路徑並聯配置。
12.如權利要求1～11中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，包括高頻放大器、可變增益放大器、及自動增益控制電路，分別被一體化在所述疊層體上。
13.如權利要求12所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述自動增益控制電路比較所述方向性耦合電路或電容耦合電路的發送信號的功率檢測結果和應發送的功率，根據比較結果來增減可變增益放大器的增益。
14.如權利要求13所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述自動增益控制電路包括檢波器及誤差放大器，由多個發送接收系統共用一個誤差放大器。
15.如權利要求12～14中任一項所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述高頻放大器具有放大電路，具有電晶體；輸入匹配電路，被連接到所述放大電路的輸入端；以及輸出匹配電路，被連接到所述放大電路的輸出端；所述輸入匹配電路及所述輸出匹配電路分別具有電容及電感，所述放大電路的電晶體被搭載在所述疊層體的表面上，所述電感的至少一部分作為分布參數線路被形成在所述疊層體內。
16.如權利要求15所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述電容的至少一部分由所述疊層體內夾著所述介質層而對置的電容電極構成。
17.如權利要求15或16所述的疊層體型高頻開關模塊，其特徵在於，所述放大電路的電晶體是場效應電晶體。
全文摘要
一種疊層體型高頻開關模塊，切換多個不同的發送接收系統的發送電路和接收電路，其特徵在於，具有分波器，對多個發送接收系統的信號進行分波；多個高頻開關電路，切換來自分波器的接收信號到接收電路的信號路徑和來自發送電路的發送信號到分波器的信號路徑；功率檢測部件，檢測來自發送電路的發送信號的功率；疊層體由具有電極圖案的多個介質層構成，分波器、高頻開關電路及功率檢測部件由疊層體內的電極圖案構成。
文檔編號H04B1/44GK1393059SQ01803017
公開日2003年1月22日 申請日期2001年8月22日 優先權日2000年8月22日
發明者但井裕之, 釰持茂, 渡邊光弘 申請人:日立金屬株式會社