专利名称：高频切换模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在具有特定频率的通信信号的发送和接收之间进行切换的高频切换模块，并尤其涉及一种使用FET(场效应晶体管)开关的高频切换模块。
背景技术：
当前用于移动电话等的无线电通信方法具有多种规范。例如，在欧洲采用多频带GSM(移动通信全球系统)方法。在GSM方法中使用不同频带的多个通信信号(发送/接收信号)，例如850MHz频带和900MHz频带。另外还使用1800MHz频带和1900MHz频带。当用一根天线发送/接收如此多个不同频带的通信信号时，不希望出现除所要求频带的通信信号外的通信信号。此外，在发送期间不希望有接收信号，同时在接收期间也不希望有发射信号。因此，为用一根天线实现发送和接收，要求在发送所要求通信信号的发送信号的路径和发送所要求通信信号的接收信号的路径之间进行切换。已提出多种包括用于切换的FET开关的高频切换模块(例如参见专利文献1)。
专利文献1公开了图7所示的高频切换模块。
图7是示出公知高频切换模块的配置的方框图。
已知高频切换模块包括FET开关SW100，SW100包括发送端口RF101，用于接收第一通信信号(第一发送信号)的发送信号和第二通信信号(第二发送信号)的发送信号；第一接收端口RF102，用于输出第一通信信号(第一接收信号)的接收信号；第二接收端口RF103，用于输出第二通信信号(第二接收信号)的接收信号；以及天线端口ANT0，用来将第一和第二发送信号输出到天线并从天线接收第一和第二接收信号。由半导体(尤其是FET)构成的开关被用作FET开关SW100。在当前环境中，多数情况下使用GeAs开关。在这种公知的高频切换模块中，用来衰减第一发送信号和第二发送信号的谐波的低通滤波器LPF201连接于发送端口RF101，允许第一接收信号的基波通过的带通滤波器BPF301连接于第一接收端口RF102，而允许第二接收信号的基波通过的带通滤波器BPF302连接于第二接收端口RF202。
专利文献1日本未审专利申请第2002-185356号公报。
发明内容
本发明解决的问题在上述高频切换模块中，发送信号被输入到发送信号输入端TX1，该发送信号输入端TX1通过低通滤波器LPF201连接于FET开关SW100的发送端口RF101。在由一般连接于前级的功率放大器PA放大后，输入发送信号。在放大时，产生对发送信号基波频率fo的高次谐波并将其与基波频率fo的发送信号一起输入。在本文中，如果设置图7所示的高频切换模块的低通滤波器LPF201以衰减高次谐波，则可抑制输入到FET开关SW100中的发送信号的高次谐波。例如，如果低通滤波器LPF201由衰减基波频率fo(2·fo)的二次谐波的低通滤波器以及衰减基波频率fo(3·fo)的三次谐波的低通滤波器构成，则可抑制二次谐波和三次谐波。
然而，如果FET开关SW100由GaAs开关制成并如果将高频发送信号输入于此，则在FET开关SW100中会发生谐波失真，并因此包含二倍谐波和三倍谐波的谐波被平均地输出到各端口。此时，在上述谐波频率中，当从发送端口RF101观察低通滤波器LPF201时，阻抗状态变得几乎向无穷大方向开启，并且产生在FET开关SW100中的谐波在低通滤波器LPF201的发送端口RF101侧被全反射并输入到FET开关SW100。结果，假设原始谐波为“X”并且由全反射引起的额外谐波为“α”，则从天线端口ANT0输出的谐波为“X+α”。
这样的谐波可使用抑制谐波产生的GaAs开关来抑制。然而，这样的开关实际上并不存在。另外，可用包含二极管开关的切换电路来抑制谐波的产生。。然而，至少需要两个二极管以在每个通信信号的发送和接收之间进行切换，另外载有这些二极管的电路也是必要的，因此无法使高频切换模块小型化。此外，多个二极管开关的使用造成功耗增加和响应速度的降低。特别是，如果FET开关的端口数增加，这些缺点变得尤为明显。
因此，本发明的目的是提供一种包含诸如GaAs开关的FET开关并抑制谐波失真的小型化高频切换模块。
解决问题的方法本发明提供一种高频切换模块，该高频切换模块包括FET开关，该FET开关包括用来接收发送信号的发送输入端口、用来输出接收信号的接收输出端口以及用来将发送信号输出到天线或从天线接收接收信号的天线端口，并且该FET开关通过输入端口和输出端口之间的切换将天线端口连接于发送输入端口或接收输出端口；以及连接于发送输入端口并衰减发送信号的高次谐波的滤波器。该高频切换模块包括用于将从发送输入端口观察的滤波器侧的高次谐波的阻抗向零改变的相位设定装置，该相位设定装置被提供在FET开关的发送输入端口和滤波器之间。相位设定装置允许从发送输入端口处观察的滤波器侧的发送信号的二次或三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置位于零阻抗附近。
通过这种配置，相位设定装置允许从发送输入端口处观察的滤波器侧的阻抗的包含二次和三次谐波的高次谐波向零改变，而不是向无穷大改变。因此，来自FET开关的发送输入端口的谐波易于流至滤波器的接地点，并因此可防止谐波分散和全反射。由此返回到FET开关的谐波量减少，因此来自FET开关的天线端口的谐波输出相比现有技术而言减少。
在根据本发明的高频切换模块中，相位设定装置包括传输线，该传输线具有发送信号的基波的阻抗绝对值基本不变的电长度。
通过这种配置，由于相位设定装置(传输线)，发送信号的基波的阻抗绝对值不变，因此在传输线中不发生发送信号(基波)的传输损失。
在根据本发明的高频切换模块中，电长度小于二次谐波波长的四分之一。
采用这种配置，通过将电长度设置成小于二次谐波波长的四分之一，可抑制谐波并抑制整个模块中的损失。
在根据本发明的高频切换模块中，相位设定装置允许从发送输入端口观察的滤波器侧的发送信号的二次和三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置夹着零阻抗。
通过这种配置，作为特定设置方法的一个例子，从发送输入端口观察的滤波器侧的发送信号的二次和三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置夹着零阻抗。
在根据本发明的高频切换模块中，截止频带包含二次或三次谐波频率的低通滤波器被用作滤波器。
通过这种配置，即使从前级的功率放大器处有谐波传来，该谐波也被低通滤波器所抑制。
在根据本发明的高频切换模块中，低通滤波器包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，第一低通滤波器的截止频带包括发送信号的二次谐波频率而第二低通滤波器的截止频带包括发送信号的三次谐波频率。
通过这种配置，即使从前级的功率放大器处有谐波传来，二次谐波也被第一低通滤波器所抑制，而三次谐波被第二低通滤波器所抑制。
在根据本发明的高频切换模块中，多个包含使用特定频带的发送和接收信号的通信信号被输入/输出和切换，并且FET开关包括为至少各通信信号准备的接收输出端口。
通过这种配置，即使多个通信信号被输入到/输出自高频切换模块，由于为发送输入端口提供了相位设定装置，谐波受到抑制。
在根据本发明的高频切换模块中，发送输入端口包括多个发送输入端口，而相位设定装置包括多个连接于各发送输入端口的相位设定装置。
通过这种配置，由于根据对各发送输入端口的发送信号输入的谐波而配置各相位设定装置，因此当将发送信号输入到任何一个发送输入端口时，谐波失真被抑制。
根据本发明的高频切换模块包括FET开关，该FET开关包括第一发送输入端口，用来接收使用第一频带的第一通信信号的发送信号以及使用第二频带的第二通信信号的发送信号；第二发送输入端口，用来接收使用第三频带的第三通信信号的发送信号以及使用第四频带的第四通信信号的发送信号；第一接收输出端口，用来输出第一通信信号的接收信号；第二接收输出端口，用来输出第二通信信号的接收信号；第三接收输出端口，用来输出第三通信信号的接收信号；以及第四接收输出端口，用来输出第四通信信号的接收信号；该高频切换模块还包括第一相位设定装置，它连接于第一发送输入端口并且其相位状态为从第一发送输入端口观察的第一通信信号的发送信号和第二通信信号的发送信号的高次谐波的阻抗从无穷大向零变化；以及第二相位设定装置，它连接于第二发送输入端口并且其相位状态为从第二发送输入端口观察的第三通信信号的发送信号和第四通信信号的发送信号的高次谐波的阻抗从无穷大向零变化。
采用这种配置，即使第一和第二发送信号的任何一个被输入到第一发送输入端口，由于第一相位设定装置，发送信号的谐波沿滤波器方向部分地通过并分散。因此，返回到FET开关的第一发送输入端口的谐波受到抑制，由此相比现有技术而言，来自FET开关天线端口的谐波输出减少。另外，即使第三和第四发送信号的任何一个被输入到第二发送输入端口，由于第二相位设定装置，发送信号的谐波沿滤波器方向部分地通过并分散。因此，返回到FET开关的第二发送输入端口的谐波受到抑制，由此相比现有技术而言，来自FET开关的天线端口的谐波输出减少。这样，对使用四个不同频带的发送信号中的任何一个而言，由FET开关产生的谐波均受到抑制。
在根据本发明的高频切换模块中，FET开关、滤波器和相位设定装置被一体地配置在包含多个叠层的介电层的叠层体中。
在根据本发明的高频切换模块中，滤波器和相位设定装置置于叠层体内。
通过这种配置，高频切换模块被一体地形成在叠层体中并因此被小型化。此外，滤波器和相位设定装置被容纳在叠层体中，这使其更趋于小型化。
优点根据本发明，通过提供相位设定装置，由FET开关中产生的谐波失真引起的来自发送输入端口的谐波输出很容易地流至发送输入侧的滤波器的接地点。因此可防止谐波分散和全反射，并由此抑制返回到FET开关的谐波量。结果，相比现有技术，来自FET开关的天线端口的谐波输出减少。即，可配置谐波减少的高频切换模块。
根据这种配置，可用简单的结构实现一种能够不引起发送信号基波的发送损失而仅减少高次谐波的高频切换模块。
根据本发明，通过将电长度设置为小于二次谐波波长的四分之一，可配置能够抑制谐波和整体损失的高频切换模块。
根据本发明，通过将从发送输入端口观察的滤波器侧的发送信号的二次谐波和三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置设置成夹着零阻抗，可进一步抑制谐波。
根据本发明，即使谐波与来自前级的功率放大器的基波发送信号被一起传来，谐波由低通滤波器抑制，由此待输入到发送输入端口的谐波被抑制。因此，可配置能够进一步抑制谐波的高频切换模块。
根据本发明，即使谐波与来自前级的功率放大器的基波的发送信号被一起传来，二次谐波由第一低通滤波器抑制而三次谐波由第二低通滤波器抑制，由此待输入到发送输入端口的谐波受到抑制。因此可配置能够进一步抑制谐波的高频切换模块。
根据本发明，由于为各发送输入端口提供相位设定装置，即使多个通信信号被输入到/输出自高频切换模块，高频切换模块可抑制任何通信信号的谐波失真，不管通信信号的类型为何。
根据本发明，可配置能够抑制使用四种不同频带的通信信号的任何一个的谐波的高频切换模块。
根据本发明，构成高频切换模块的各部件被集成到叠层体中，以使抑制谐波的高频切换模块得以小型化。
图1是示出根据第一实施例的高频切换模块的一种配置的方框图。
图2包括示出从FET开关观察的发送信号输入端Tx1侧的阻抗频率特性的史密斯圆图。
图3包括示出从FET开关观察的发送信号输入端Tx1侧的阻抗频率特性的史密斯圆图。
图4是示出根据第二实施例的高频切换模块的配置的方框图。
图5是图4所示的高频切换模块的叠层图。
图6是图4所示的高频切换模块的叠层图。
图7是示出公知的高频切换模块的配置的方框图。
参照号1叠层体2凹穴3通孔实现本发明的最佳方式下面将结合图1、图2和图3对根据本发明第一实施例的高频切换模块进行说明。
图1是示出根据本实施例的高频切换模块的配置的方框图。
在根据本实施例的高频切换模块中，GSM850MHz发送信号或GSM900MHz发送信号被输入到发送信号输入端Tx1，GSM850MHz接收信号从接收信号输出端Rx1被输出，而GSM900MHz接收信号从接收信号输出端Rx2被输出。含GaAs开关的FET开关SW10包括天线输入/输出端口ANT0，该端口ANT0连接于天线ANT和RF输入/输出端口RF11、RF12和RF13(在下文中简称为“RF11端口”、“RF12端口”和“RF13端口”)以输入/输出GSM850MHz发送/接收信号和GSM900MHz发送/接收信号中的任何一个。FET开关SW10还包括其中输入驱动电压的驱动电压输入端(未图示)以及其中输入控制切换的控制信号的控制信号输入端(未图示)。输入到控制信号输入端的控制信号导致天线输入/输出端口ANT0与RF11-RF13中的任何一个之间的导通。在本实施例中，RF11端口连接于发送信号输入端Tx1，而RF12端口和RF13端口分别连接于接收信号输出端Rx1和Rx2。RF11端口对应于本发明的“发送信号输入端口”，而RF12端口和RF13端口的每一个对应于“接收信号输出端口”。
FET开关SW10的RF11端口连接于用作传输线的相位设定元件L1。相位设定元件L1与RF11端口相反的一端连接于低通滤波器LPF20。相位设定元件L1的电长度被设置成基本为待发送的发送信号波长(即GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号)的四分之一。换句话说，假设相位设定元件L1的电长度为“A”而发送信号的波长为“λ”，则要满足0＜A＜λ/4。在本文中，GSM850MHz发送信号的的波长λ与GSM900MHz发送信号的波长略为不同。然而，两者波长彼此间具有很小的差。例如，波长较长的GSM850MHz发送信号波长被设为“λ”。用作传输线的相位设定元件L1对应于本发明的“相位设定装置”。
低通滤波器LPF20包括具有不同频率特性(衰减特性)的两个低通滤波器LPF21a和LPF21b。这两个低通滤波器被从相位设定元件L1那侧起以低通滤波器LPF21a和低通滤波器LPF21b的顺序设置。低通滤波器LPF21a的频率特性为GSM850MHz发送信号的基波频率处于通带而基波频率两倍的频率处于截止频带，并且GSM900MHz发送信号的基波频率处于通带而基波频率两倍的频率处于截止频带。低通滤波器LPF21b频率特性为GSM850MHz发送信号的至少一个基波频率处于通带而基波频率三倍的频率处于截止频带，并且GSM900MHz发送信号的至少一个基波频率处于通带而基波频率三倍的频率处于截止频带。
低通滤波器LPF20与相位设定元件L1相反的一端连接于发送信号输入端Tx1，该发送信号输入端Tx1连接于前级的功率放大器PA(未图示)。
FET开关SW10的RF12端口连接于带通滤波器BPF30，带通滤波器BPF30的通频带包括GSM850MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF30连接于接收信号输出端Rx1。切换电路SW10的RF13端口连接于带通滤波器BPF40，带通滤波器BPF40的通频带包括GSM900MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF40连接于接收信号输出端Rx2。
在下文中，将对根据本实施例的高频切换模块所执行的发送GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号(下文中统称为“GSM发送信号”)进行说明。这两个发送信号不是同时输入，而是仅输入其中一个发送信号。
在造成RF11端口和天线输入/输出端口ANT0之间导通的控制信号被输入到FET开关SW10的控制信号输入端后，FET开关SW10允许RF11端口和天线输入/输出端口ANT0开始导通。在这种状态下，如果将GSM发送信号输入到发送信号输入端Tx1，与GSM发送信号的基波一起输入的二次和三次谐波在低通滤波器LPF20中被衰减，并随后GSM发送信号通过相位设定元件L1被输入到RF11端口。
在将GSM发送信号输入到FET开关SW10后，由于GaAs开关的非线性特性而引起谐波失真，由此预定量的谐波“X”被平均地输出到各端口(RF11端口、RF12端口、RF13端口以及天线输入/输出端口ANT0)。
来自RF11端口的谐波输出被发送到相位设定元件L1。在本文中，相位设定元件L1基于下列条件而具有预定的电长度。即，电长度被设置为从RF11端口输出的GSM发送信号的谐波通过相位设定元件L1被传输以使其相位改变以及从RF11端口观察的低通滤波器LPF20侧的谐波阻抗从无穷大向0(零)改变一预定量。因此，当从RF11端口观察时，低通滤波器LPF20侧从开路状态向短路状态改变。
如本实施例中那样，当用于二次谐波的低通滤波器LPF21a串联于用于三次谐波的低通滤波器LPF21b时，对二次谐波仅通过相位设定元件L1来设置预定电长度，然而对三次谐波则通过包含相位设定元件L1和低通滤波器LPF21a的传输线来设置预定电长度。即，通过考虑对二次谐波的阻抗和对三次谐波的阻抗而设定最佳电长度“A”。
在这种情况下，考虑其它损耗因素，最佳电长度具体来说大约为谐波波长的四分之一或更少(0＜A＜λ/4)。
上述状态在图2所示的史密斯圆图中被示出。图2包括示出从FET开关观察的发送信号输入端Tx1侧的阻抗图，其中(a)表示根据本实施例配置的情形，即提供有相位设定元件L1的情形；而(b)示出一种已知配置的情形，即不提供相位设定元件L1的情形。在图中，实线(粗线)指示阻抗的轨迹。在图中，m1指示作为GSM850MHz发送信号频率的820MHz点；m2指示作为GSM900MHz发送信号频率的920MHz点；m11指示作为GSM850MHz发送信号的双倍谐波频率的1650MHz点；m12指示作为GSM900MHz发送信号的双倍谐波频率的1830MHz点；m13指示作为GSM850MHz发送信号的三倍谐波频率的2470MHz点；而m14指示作为GSM900MHz发送信号的三倍谐波频率的2750MHz点。当相位设定元件L1的电长度“A”被设置成GSM850MHz发送信号波长的大约四分之一时，则获得这里所示的数据。另外，图3包括从FET开关观察的发送信号输入端Tx1侧的阻抗图，其中(a)表示一种情形其中二次谐波2fo和三次谐波3fo的阻抗的史密斯圆图位置位于零阻抗附近；而(b)表示一种情形，其中二次谐波2fo和三次谐波3fo的阻抗的史密斯圆图位置为夹着零阻抗。在图3中，m11-m14以与图2中相同的方式被定义。
如图2(b)所示，当在RF11端口和低通滤波器LPF20之间不提供相位设定元件L1时，GSM850MHz发送信号的双倍谐波频率处以及GSM900MHz发送信号的双倍谐波频率处的阻抗为无穷大。这意味着从RF11端口观察到低通滤波器LPF20侧处于开路状态并且GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号的双倍谐波全反射。另外，在GSM850MHz发送信号以及GSM900MHz发送信号的三倍谐波频率处的阻抗高，由此反射至RF11端口的三倍谐波也很大。
另一方面，当提供相位设定元件L1时，GSM850MHz发送信号以及GSM900MHz发送信号的双倍和三倍谐波频率处的阻抗在史密斯圆图上顺时针地从无穷大向零移动大约1/4周，如图2(a)所示。由于阻抗的改变，从RF11端口观察的低通滤波器LPF20侧的状态不是开路的。因此，各发送信号的双倍和三倍谐波部分泄漏到低通滤波器LPF20侧并分散。
根据本实施例的结构，其中相位设定元件L1被设置在RF11端口和发送侧的低通滤波器LPF20之间，来自RF11端口的谐波输出不全部通过全反射而回到RF11端口，而是部分谐波被发送至低通滤波器LPF20侧。发送到低通滤波器LPF20的谐波(包括二次谐波和三次谐波)被引至地面(接地)并且不返回到RF11端口。
因此，假设反射并回到RF11端口(经反射的谐波)谐波量为“β”，“β”的量确实地小于“α”的量，“α”为已知的高频切换模块(β＜α)中的谐波反射量。
如图3(a)所示，当用作传输线的相位设定元件L1的电长度大于图2(a)所示的电长度并且当史密斯圆图上的阻抗接近零时，谐波反射量“β”可靠地小于已知高频切换模块(β＜α)中的谐波反射量“α”。同样，如图3(b)所示，当用作传输线的相位设定元件L1的电长度大于图3(a)所示的电长度、当二次谐波的阻抗接近零并且当二次和三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置呈夹着零阻抗的态势时，谐波反射量“β”更为可靠地小于已知高频切换模块(β＜α)中的谐波反射量“α”。
如图2所示，即使当相位设定元件L1被设置在RF11端口和低通滤波器LPF20之间时，对GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号的基波频率的阻抗与不提供相位设定元件L1时获得的阻抗几乎相同。因此，相位设定元件L1对基波的发送没有消极影响。
另一方面，从RF12端口和RF13端口输出的谐波被发送到带通滤波器BPF30和BPF40并被衰减，并因此不返回到RF12端口和RF13端口。
因此，返回到FET开关SW10的谐波反射量小于不具备相位设定元件L1的已知高频切换模块(图7)中的谐波反射量。其结果是输出至天线输入/输出端口ANT0的谐波量为“X+β”，这比已知高频切换模块(图7)中的谐波量“X+α”来得小。
如上所述，通过使用根据本实施例的配置，输出到天线的谐波减少并且发送特性得以改善。设置相位设定元件L1以仅使谐波的阻抗变化。因此，对GSM发送信号的基波而言，只有相位变化而阻抗几乎不变。结果，GSM发送信号的基波几乎不衰减地被发送。也就是说，可提供能够仅抑制GSM发送信号的谐波并不造成基波损失地发送信号的高频切换模块。
在下文中，将结合图4-图6对根据第二实施例的高频切换模块进行说明。
图4是示出根据本实施例的高频切换模块的配置的方框图。
在根据本实施例的高频切换模块中。GSM850MHz发送信号或GSM900MHz发送信号被输入到发送信号输入端Tx1，GSM1800MHz发送信号或GSM1900MHz发送信号被输入到发送信号输入端Tx2，GSM850MHz接收信号从接收信号输出端Rx1输出，GSM900MHz接收信号从接收信号输出端Rx2输出，GSM1800MHz接收信号从接收信号输出端Rx3输出，而GSM1900MHz接收信号从接收信号输出端Rx4输出。作为GaAs开关的FET开关SW50包括天线输入/输出端口ANT0，端口ANT0连接于天线ANT和RF输入/输出端口RF61-RF66(下文中将它们简称为“RF61端口”-“RF66端口”)以输入/输出GSM850MHz发送/接收信号、GSM900MHz信号、GSM1800MHz发送/接收信号以及GSM1900MHz信号中的任何一个。FET开关SW50还包括输入驱动电压的驱动电压输入端口(未图示)以及输入用来控制切换的控制信号的控制信号输入端口(未图示)。输入到控制信号输入端口的控制信号导致天线输入/输出端口ANT0与RF61-RF66端口的任何一个之间的导通。RF61端口对应于本发明的“第一发送端口”而RF62端口对应于本发明的“第二发送端口”。RF63端口对应于本发明的“第一接收端口”而RF64端口对应于本发明的“第二接收端口”，RF65端口对应于本发明的“第三接收端口”而RF66端口对应于本发明的“第四接收端口”。
FET开关SW50的RF61端口连接于作为传输线的相位设定元件GL1。相位设定元件GL1与RF61端口相反的一端连接于低通滤波器LPF71。相位设定元件GL1的电长度被设置成基本为待发送的发送信号(即GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号)波长的四分之一。换句话说，假设相位设定元件L1的电长度为“A”并且发送信号的波长为“λA”，则满足0＜A＜λA/4。在本文中，GSM850MHz发送信号的波长λA与GSM900MHz发送信号的波长略为不同。例如，波长更长的GSM850MHz发送信号的波长被设置成“λ”。用作传输线的相位设定元件GL1对应于本发明的“第一相位设定装置”。
低通滤波器LPF71连接于低通滤波器LPF72。低通滤波器LPF72连接于发送信号输入端Tx1。低通滤波器LPF71和LPF72之间的节点通过电容器GCu2连接于地面(接地)。
低通滤波器LPF71包括作为传输线的电感器GLt1，其一端连接于相位设定元件GL1而其另一端连接于低通滤波器LPF72；并联于电感器GLt1的电容器GCc1；以及设置在传感器GLt1的相位设定元件GL1侧和接地点之间的电容器GCu1。由于电感器GLt1以及电容器GCc1和Gcu1，低通滤波器LPF71的衰减特性为GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号的二次谐波频率处于截止频带而其基波频率处于通频带。
低通滤波器LPF72包括用作传输线的电感器GLt2，其一端连接于低通滤波器LPF71而另一端连接于发送信号输入端Tx1；以及并联于电感器GLt2的电容器GCc2。由于电感器GLt2和电容器GCc2，低通滤波器LPF72的衰减特性为GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号的三次谐波频率处于截止频带并且其基波频率处于通频带。作为选择，可将电容器Gcu3(在图4所示的括号中)设置在低通滤波器LPF72中，即为了阻抗控制而置于电感器GLt2的发送信号输入端Tx1侧和接地点之间。
FET开关SW50的RF62端口连接于作为传输线的相位设定元件DL1。相位设定元件DL1与RF62端口相反的一端连接于低通滤波器LPF81。相位设定元件DL1的电长度被设置成基本为待发送的发送信号(即GSM1800MHz发送信号和GSM1900MHz发送信号)波长的四分之一。换句话说，假设相位设定元件L1的电长度为“B”并且发送信号的波长为“λB”，则满足0＜B＜λB/4。在本文中，GSM1800MHz发送信号的波长λB与GSM1900MHz发送信号的波长略为不同。例如，波长较长的GSM1800MHz发送信号的波长被设为“λB”。作为传输线的相位设定元件DL1对应于本发明的“第二相位设定装置”。
低通滤波器LPF81连接于低通滤波器LPF82。低通滤波器LPF82连接于发送信号输入端Tx2。低通滤波器LPF81和LPF82之间的节点通过电容器DCu2连接于地(接地)。
低通滤波器LPF81包括用作传输线的电感器DLt1，其一端连接于相位设定元件DL1而另一端连接于低通滤波器LPF82；与电容器DLt1并联的电容器DCc1；以及设置在电感器DLt1的相位设定元件DL1侧和地之间的电容器DCu1。由于电感器DLt1以及电容器DCc1和DCu1，低通滤波器LPF81的衰减特性为GSM1800MHz发送信号以及GSM1900MHz发送信号的二次谐波频率处于截止频带而其基波频率处于通频带。
低通滤波器LPF82包括作为传输线的电感器DLt2，其一端连接于低通滤波器LPF81而另一端连接于发送信号输入端Tx2；与电感器DLt2并联的电容器DCc2；以及设置在电感器DLt2的发送信号输入端Tx2和接地点之间的电容器DCu3。由于电感器DLt2以及电容器DCc2、DCu2，低通滤波器LPF82的衰减特性为GSM1800MHz发送信号和GSM1900MHz发送信号的三次谐波频率处于截止频带并且其基波频率处于通频带。
FET开关SW50的RF63端口连接于带通滤波器BPF91，该带通滤波器BPF91的通频带包括GSM850MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF91连接于接收信号输出端Rx1。FET开关SW50的RF64端口连接于带通滤波器BPF92，带通滤波器BPF92的通频带包括GSM900MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF92连接于接收信号输出端Rx2。FET开关SW50的RF65端口连接于带通滤波器BPF93，带通滤波器BPF93通频带包括GSM1800MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF93连接于接收信号输出端Rx3。FET开关SW50的RF66端口连接于带通滤波器BPF94，带通滤波器BPF94的通频带包括GSM1900MHz接收信号的频率。带通滤波器BPF94连接于接收信号输出端Rx4。
下文中，将对根据本实施例的高频切换模块执行的发送GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号(下文中统称为第一组GSM发送信号)的操作进行说明。这两个发送信号不是同时输入，而是仅输入其中一个。在本文中，GSM850MHz信号对应于本发明的“第一通信信号”而GSM900MHz信号对应于本发明的“第二通信信号”。
在导致RF61端口和天线输入/输出端口ANT0之间的导通的控制信号被输入到FET开关SW50的控制信号输入端口后，FET开关SW50允许RF61端口和天线输入/输出端口ANT0开始导通。在这种状态下，如果第一组GSM发送信号被输入到发送信号输入端Tx1，则与第一组GSM发送信号的基波一起发送的三次谐波输入在低通滤波器LPF72中被衰减，与第一组GSM发送信号一起发送的二次谐波输入在低通滤波器LPF71中被衰减，并随后第一组GSM发送信号通过相位设定元件GL1被输入到RF61端口。
在将第一组GSM发送信号输入到FET开关SW50后，由于GaAs开关的非线性特性而产生谐波失真，由此预定量“Y”的谐波被平均地输出到各端口(RF61-RF66端口和天线输入/输出端口ANT0)。
从RF61端口输出的谐波被发送至相位设定元件GL1。
在本文中，相位设定元件GL1基于下列条件而具有预定的电长度。即，电长度被设置成使从RF61端口输出的第一组GSM发送信号的谐波通过相位设定元件GL1发送以使其相位改变并且对谐波而言，使得从RF61端口观察的低通滤波器LPF71和LPF72侧的阻抗从无穷大向0(零)改变预定量。因此，当从RF61端口观察时，低通滤波器LPF71和LPF72侧从开路状态向短路状态变化。此时，设置相位设定元件GL1的电长度以仅通过相位设定元件GL1而使第一组GSM发送信号的二次谐波的阻抗改变预定量，并通过相位设定元件GL1以及构成低通滤波器LPF71的各元件的值(电感和电容)而使第一组GSM发送信号的三次谐波阻抗改变预定量。
因此，不是所有从RF61端口输出的谐波都通过全反射而回到RF61，而是其一部分被发送到低通滤波器LPF71和LPF72侧。被发送到低通滤波器LPF71和LPF72的谐波(包括二次和三次谐波)被引至地面并且不返回到RF61端口侧。即，假设返回到RF61端口的谐波量为“γ”并且在已知高频切换模块中返回的谐波量为“α”，则满足γ＜α。
另一方面，从RF62-RF66端口输出的谐波被发送到包含低通滤波器LPF82、LPF81和低通滤波器BPF91-BPF94的电路并被衰减，因此几乎不返回到RF62-RF66端口。
因此，返回到FET开关SW50的反射谐波量小于不具备相位设定元件GL1的已知高频切换模块(图7)的反射谐波量。其结果是输出到天线输入/输出端口ANT0的谐波量为“Y+γ”，它小于已知高频切换模块(图7)中的谐波量“Y+α”。
如上所述，通过使用根据本实施例的配置，输出到天线的谐波减少并且传输特性得以改善。此外，设置相位设定元件GL1以使阻抗仅就目标谐波而改变。因此，对第一组GSM发送信号的基波而言，仅相位改变而阻抗几乎不变。
在下文中，将对由根据本实施例的高频切换模块执行的发送GSM1800MHz发送信号和GSM1900MHz发送信号(下文中统称为第二组GSM发送信号)的操作进行说明。这两种发送信号不是同时输入，而是输入其中一个发送信号。另外，该发送信号不与上述GSM850MHz发送信号和GSM900MHz发送信号同时输入。在本文中，GSM1800MHz信号对应于本发明的“第三通信信号”而GSM1900MHz信号对应于本发明的“第四通信信号”。
在导致RF62端口和天线输入/输出端口ANT0之间导通的控制信号被输入到FET开关SW50的控制信号输入端后，FET开关SW50允许RF62端口和天线输入/输出端ANT0开始导通。在这种状态下，如果第二组GSM发送信号被输入到发送信号输入端Tx2，则与第二组GSM发送信号的基波一起传来的三次谐波输入在低通滤波器LPF82中被衰减，与第二组GSM发送信号的基波一起传来的二次谐波输入在低通滤波器LPF81中被衰减，并随后通过相位设定元件DL1将第二组GSM发送信号输入到RF62端口。
在第二组GSM发送信号被输入到FET开关SW50后，由于GaAs开关的非线性特性而产生谐波失真，由此预定谐波量“Z”被平均地输出到各端口(RF61-RF66端口和天线输入/输出端口ANT0)。
从RF61端口输出的谐波被发送到相位设定元件DL1。
在本文中，相位设定元件DL1基于下列条件而具有预定的电长度。也就是说，将电长度设置为使从RF62端口输出的第二组GSM发送信号的谐波通过相位设定元件DL1发送以使其相位改变并且使谐波从RF62端口观察的低通滤波器LPF81和LPF82侧的阻抗从无穷大向0(零)改变一个预定量。因此，当从RF62端口观察时，低通滤波器LPF81和LPF82侧从开路状态向短路状态改变。此时，设置相位设定元件DL1的电长度以仅通过相位设定元件DL1而使第二组GSM发送信号的二次谐波的阻抗改变预定量，并通过相位设定元件DL1和构成低通滤波器LPF81的各元件的值(电感和电容)而使第二组GSM发送信号的三次谐波的阻抗改变预定量。
因此，从RF62端口输出的谐波不全通过全反射而返回到RF62端口，而使其一部分被发送到低通滤波器LPF81和LPF82侧。被发送到低通滤波器LPF81和LPF82的谐波(包括二次谐波和三次谐波)被引至地面并且不返回到RF62端口侧。即，假设返回到RF62端口的谐波量为“δ”并且已知高频切换模块中所返回的谐波量为“α”，则满足δ＜α。
另一方面，从RF61端口输出的谐波被发送至包含低通滤波器LPF72和LPF71的电路并被衰减，并且从RF63-RF66端口输出的谐波被发送到带通滤波器BPF91-BPF94并被衰减。因此，谐波几乎不返回到RF61端口或返回到RF63-RF66端口。
因此，返回到FET开关SW50的谐波反射量小于不具备相位设定元件DL1的已知高频切换模块(图7)的谐波反射量。其结果是输出到天线输入/输出端口ANT0的谐波量为“z+δ”，它小于已知高频切换模快(图7)中的谐波量“z+α”。
如上所述，通过采用根据本实施例的配置，可减少输出至天线的谐波并改善发送特性。此外，设置相位设定元件DL1以使阻抗仅就谐波而改变。因此，对第二组GSM发送信号的基波而言，仅相位改变而阻抗基本不变。
表1示出在根据本实施例的高频切换模块和已知高频切换模块的输入功率的各GSM发送信号的两倍谐波和三倍谐波的比值。该比值由分贝表示并且各值的单位为[dBc]。在表1中，“本发明a”对应于图2(a)，“本发明c”对应于图3(a)，而“本发明d”对应于图3(b)。
表1
如表1所示，可通过使用本实施例的配置(使用相位设定元件)使得各GSM发送信号中的输入功率的谐波比值较小(较大的分贝值)。换句话说，可减少输出发送信号中所含的谐波。尤其在GSM1800MHz发送信号和GSM1900MHz发送信号中，当使用已知配置时，三次谐波的比值低于标准值70dBc(GSM1800MHz发送信号67.05dBc，及GSM1900MHz发送信号67.15dBc)，然而当使用实施例“发明a”配置时，该比值满足标准值(GSM1800MHz发送信号71.42dBc，GSM1900MHz发送信号71.48dBc)。另外，当使用本实施例“发明c”配置时，比值满足标准值(GSM1800MHz发送信号70.62dBc，GSM1900MHz发送信号72.13dBc)。另外，当使用本实施例的“发明d”配置时，比值满足标准值(GSM1800MHz发送信号72.62dBc，GSM1900MHz发送信号70.53dBc)。这样，可通过相位设定元件将从发送输入端口向滤波器观察的发送信号的二次或三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置设置在零阻抗附近而衰减高次谐波。
如上所述，通过使用本实施例的配置，可抑制使用不同频带的四个GSM发送信号的谐波，而几乎无衰减地发送信号的基波。也就是说，可提供能够仅抑制各GSM发送信号的谐波并在其基波损失很小的同时发送信号的高频切换模块。
此时，仅通过其中设置相位控制量的传输线而抑制谐波。因此，可防止高频切换模块的尺寸增加并实现简单配置。
下文中，将结合图5和图6对图4所示高频切换模块的叠层体的配置进行说明。
图5和图6是根据本实施例的高频切换模块的叠层图。图5和图6示出根据本实施例从顶部观察的叠层的高频切换模块的各介电层(1)-(28)，而介电层(29)是介电层(28)的后表面，即高频切换模块的底表面。图5和图6所示的标号对应于与图4中示出的各元件的标号。在图5和图6中，标号1表示叠层体，标号2表示凹穴，而标号3表示通孔。标号3被附于一个代表性通孔，然而图中所示的所有具有相同直径的圆圈均为通孔。
叠层体1是通过按序号顺序将介电层(1)-(18)叠层而制成的，介电层(1)为顶层。顶部介电层(1)至介电层(11)在它们的中心具有正方形孔，该正方形的每边具有预定长度。将这些介电层(1)-(11)叠层以使孔界定凹穴2。FET开关SW50被设置在凹穴2内。FET开关SW50的顶表面和连接于顶表面用于引线焊接的线路不从叠层体1的顶表面凸出，即FET开关SW50被容纳在叠层体1内。包含接地电极GND的外部连接电极被设置在底部介电层(28)的后表面上(在图6所示的介电层(29)上)。这些电极允许高频切换模快被安装在外部电路板上。
顶部介电层(1)至介电层(6)仅设有一个孔，然而其上不形成有电极图案。
介电层(7)设有引线焊接于FET开关SW50各端子电极的焊点电极。通过引线焊接而将这些焊点电极连接于FET开关SW50的端子电极。
介电层(8)-(11)仅设有通孔3。
介电层(12)和(13)设有接地电极GND。这些接地电极GND兼作电容器DCu1和Gcu1的对置电极。
介电层(14)设有电容器DCc1和Gcc1的对置电极和用作电感器DL1和GL1的传输线。电容器DCc1和Gcc1的对置电极兼作电容器DCu1和Gcu1的对置电极。
介电层(15)设有电容器DCc1和Gcc1的对置电极。电容器DCc1的对置电极兼作电容器DCc2的对置电极。电容器GCc1的对置电极兼作电容器GCc2的对置电极。
介电层(16)设有电容器DCc2和GCc2的对置电极。
介电层(17)和(18)仅设有通孔3。
介电层(19)-(22)设有四个层上的电感器DLt1、DLt2、GLt1和GLt2。
介电层(23)和(24)仅设有通孔3。
介电层(25)设有电容器DCu2和GCu2的对置电极。
介电层(26)设有兼作电容器DCu2、GCu2和DCu3的对置电极的接地电极GND。
介电层(27)设有电容DCu3的对置电极。
接地电极GND设置在介电层(28)的顶部表面上。接地电极GND兼作电容器DCu3的对置电极。介电层(28)的后表面(图6中的介电层(29))设有接地电极GND和各种外部连接电极。
由于存在通孔3，这些电极图案在各层上彼此导通，由此形成图4所示的电路。
通过这种配置，可用单个叠层体实现高频切换模块。因此，可使高频切换模块小型化。
在上面的描述中，FET开关SW50被容纳在叠层体中。或者，FET开关SW50被安装在叠层体的表面上。作为使用引线焊接以将FET开关连接于叠层体的代替，也可使用倒装芯片FET开关而采用凸块连接。此外，尽管构成高频切换模块的各电路元件是通过设置在各介电层表面上的电极形成的，然而也能使用安装型电感器和电容器来形成。
权利要求
1.一种高频切换模块，包括FET开关，所述FET开关包括用来接收发送信号的发送输入端口、用来输出接收信号的接收输出端口以及用来将所述发送信号输出到天线或从所述天线接收所述接收信号的天线端口，并且所述FET开关通过在所述输入和输出端口之间切换来将所述天线端口连接到所述发送输入端口或所述接收输出端口；以及滤波器，所述滤波器连接于所述发送输入端口，并衰减所述发送信号的高次谐波；相位设定装置，用于将从所述发送输入端口观察的所述滤波器侧的关于所述高次谐波的阻抗向零改变，所述相位设定装置被设置在所述FET开关的发送输入端口和所述滤波器之间；其中，所述相位设定装置允许从所述发送输入端口观察的所述滤波器侧的关于所述发送信号的二次或三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置位于零阻抗附近。
2.如权利要求1所述的高频切换模块，其特征在于，所述相位设定装置包括传输线，所述传输线具有使关于所述发送信号的基波的阻抗的绝对值基本不变的电长度。
3.如权利要求2所述的高频切换模块，其特征在于，所述电长度小于所述二次谐波波长的四分之一。
4.如权利要求1-3任何一项所述的高频切换模块，其特征在于，所述相位设定装置允许从所述发送输入端口观察的所述滤波器侧的关于所述发送信号的二次和三次谐波的阻抗的史密斯圆图位置夹着零阻抗。
5.如权利要求1-4任何一项所述的高频切换模块，其特征在于，所述滤波器是截止频带包含所述二次或三次谐波频率的低通滤波器。
6.如权利要求5所述的高频切换模块，其特征在于，所述低通滤波器包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器的截止频带包含所述发送信号的二次谐波频率，而所述第二低通滤波器的截止频带包含所述发送信号的三次谐波频率。
7.如权利要求1-6任何一项所述的高频切换模块，其特征在于，包括使用特定频带的发送和接收信号在内的多个通信信号被输入/输出；并且所述FET开关包括至少用于各通信信号的多个接收输出端口。
8.如权利要求7所述的高频切换模块，其特征在于，所述发送输入端口包括多个发送输入端口，并且所述相位设定装置包括连接于各发送输入端口的多个相位设定装置。
9.如权利要求8所述的高频切换模块，其特征在于，包括FET开关，所述FET开关包括第一发送输入端口，用来接收使用第一频带的第一通信信号的发送信号和使用第二频带的第二通信信号的发送信号；第二发送输入端口，用来接收使用第三频带的第三通信信号的发送信号和使用第四频带的第四通信信号的发送信号；第一接收输出端口，用来输出所述第一通信信号的接收信号；第二接收输出端口，用来输出所述第二通信信号的接收信号；第三接收输出端口，用来输出所述第三通信信号的接收信号；以及第四接收输出端口，用来输出所述第四通信信号的接收信号；第一相位设定装置，所述第一相位设定装置连接于所述第一发送输入端口并且其相位状态为关于从所述第一发送输入端口观察的所述第一通信信号的发送信号和所述第二通信信号的发送信号的高次谐波的阻抗从无穷大向零变化；以及第二相位设定装置，所述第二相位设定装置连接于所述第二发送输入端口并且其相位状态为关于从所述第二发送输入端口观察的所述第三通信信号的发送信号和所述第四通信信号的发送信号的高次谐波的阻抗从无穷大向零变化。
10.如权利要求1-9任何一项所述的高频切换模块，其特征在于，所述FET开关、滤波器和诸相位设定装置被一体地配置在包含多个叠层的介电层的叠层体中。
11.如权利要求10所述的高频切换模块，其特征在于，所述滤波器和相位设定装置置于所述叠层体内。
全文摘要
一种由FET构成的FET开关，它选择性地将连接到天线的天线输入/输出端口(ANT0)连接到以下端口之一，这些端口是连接到发送信号输入端(Tx1)的端口(RF11)，以及分别连接到两个接收信号输出终端(Rx1)和(Rx2)的端口(RF12)和(RF13)。当从发送信号输入端(Tx1)输入发送信号，并从端口(RF11)输入到FET开关(SW10)时，较高次的谐波失真将会产生并被输出到发送信号输入端(Tx1)侧。连接到端口(RF11)的相位设定元件(L1)将从端口(RF11)观察时输入侧的该较高次的谐波阻抗从开路状态变为短路状态，由此来耗散该较高次的谐波。这将可抑制较高次的谐波返回端口(RF11)。
文档编号H04B1/44GK1947345SQ20058001218
公开日2007年4月11日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月25日
发明者渡边真也, 降谷孝治 申请人:株式会社村田制作所