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JP5381996B2 - アンテナ共用器とこれを用いた通信機器 - Google Patents

アンテナ共用器とこれを用いた通信機器 Download PDF

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Description

本発明は、携帯電話等の通信機器にて使用されるアンテナ共用器に関する。
図4は特許文献1に記載されている従来のアンテナ共用器の送信側フィルタの等価回路図である。従来のアンテナ共用器は、アンテナ端子と、このアンテナ端子に接続された送信側フィルタ1と、アンテナ端子に接続された受信側フィルタとを備える。受信側フィルタの通過帯域は送信側フィルタの通過帯域より低い。
送信側フィルタ1は、入力端子2と、入力端子2に接続された直列共振器3と、直列共振器3の出力端に接続された直列共振器4と、直列共振器4の出力端に接続された直列共振器5と、直列共振器5の出力端に接続された出力端子6とを備える。また、送信側フィルタ1は、直列共振器3と直列共振器4との間に一端が接続された並列共振器7と、直列共振器4と直列共振器5との間に順に一端が接続された並列共振器8及び並列共振器9とを備える。また、送信側フィルタ1は、並列共振器7の他端と並列共振器8の他端が接続された接続点とグランド12との間に電気的に接続されたインダクタンス素子10と、並列共振器9の他端とグランド12との間に接続されたインダクタンス素子11とを備える。
送信側フィルタ1では、並列共振器7と並列共振器8とインダクタンス素子10とで送信帯域より低い周波数に減衰極を作り、並列共振器9とインダクタンス素子11とで送信帯域より高い周波数に減衰極を作る。
送信側フィルタ1はラダー型フィルタであり、一つの並列腕で小さい容量COP3を有する並列共振器9とインダクタンスLSER2を有するインダクタンス素子11で送信側フィルタの通過帯域すなわち送信帯域より高い周波数Fで減衰極を作る。
=1/{2π(LSER2OP31/2
周波数Fを高くして送信帯域より高い周波数での減衰量を大きくし、入力端子より入力される送信信号に含まれる高調波を抑制する。
並列共振器9とインダクタンス素子11とからなるLC直列共振回路インピーダンスZ1を有する。
1=jωLSER2+1/{jωCOP3
送信側フィルタ1では、並列共振器9の容量COP3が小さいので、送信帯域より高い周波数においてインピーダンスZ1は大きい。その結果、従来のアンテナ共用器では、送信帯域より高い周波数で十分な減衰量を得ることができず、送信信号に含まれる高調波によるスプリアスを充分抑制することが困難である。
国際公開第01/005031号パンフレット
アンテナ共用器は、アンテナ端子に接続された送信側フィルタと受信側フィルタとを備える。送信側フィルタの通過帯域は受信側フィルタの通過帯域より低い。送信側フィルタは、第1の端子に結合する第1の直列共振器と、第1の直列共振器に第1の接続点で接続された第2の直列共振器と、第1の直列共振器の第1の端に接続された第1の並列共振器と、第1の接続点に接続されて第1の並列共振器に第2の接続点で接続された第2の並列共振器と、第1の接続点に接続された第3の並列共振器と、第3の並列共振器に第3の接続点で接続された第4の並列共振器と、第2の接続点とグランドに結合する第1のインダクタンス素子と、第3の接続点とグランドに結合する第2のインダクタンス素子とを含む。第1と第2の並列共振器と第1のインダクタンス素子とで送信側フィルタの通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作る。第3と第4の並列共振器と第2のインダクタンス素子とで送信側フィルタの通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作る。第2インダクタンス素子のインダクタンスは第1インダクタンス素子のインダクタンスよりも小さい。
このアンテナ共用器では、送信側フィルタは送信信号に含まれる高調波によるスプリアスを充分抑制することができる。
図1Aは本発明の実施の形態における通信機器のブロック図である。 図1Bは実施の形態におけるアンテナ共用器の回路図である。 図2は実施の形態における他のアンテナ共用器の回路図である。 図3は実施の形態におけるさらに他のアンテナ共用器の回路図である。 図4は従来のアンテナ共用器の等価回路図である。
図1Aは本発明の実施の形態における通信機器1001のブロック図である。通信機器1001は例えばW−CDMA/UMTSの携帯電話である。通信機器1001は、アンテナ端子13と送信端子40Aと受信端子16、17とを有するアンテナ共用器40を備える。通信機器1001は、アンテナ共用器40のアンテナ端子13に接続されたアンテナ1001Aと、アンテナ共用器40の送信端子40Aに接続された送信回路1001Bと、アンテナ共用器40の受信端子16、17に接続された受信回路1001Cとをさらに備える。送信回路1001Bはアンテナ共用器40の送信端子40Aに送信信号を入力する。その送信信号はアンテナ共用器40を介してアンテナ1001Aから電波として放射される。アンテナ1001Aは受信信号を受信してアンテナ端子13に入力する。その受信信号はアンテナ共用器40を介して受信端子16、17から受信回路1001Cに送られる。受信回路1001Cは受信信号を復調、復号化して受信信号を映像や音声に再生する。
図1Bはアンテナ共用器40の回路図である。アンテナ共用器40は、アンテナ1001Aが接続されるように構成されたアンテナ端子13と、アンテナ端子13に接続された送信側フィルタ14と、アンテナ端子13に接続された受信側フィルタ15とを備える。受信側フィルタ15は受信信号を端子16、17からバランス出力する。送信側フィルタ14は、最低周波数から最高周波数までの範囲の通過帯域を有する。同様に、受信側フィルタ15は、最低周波数から最高周波数までの範囲の通過帯域を有する。実施の形態では送信側フィルタ14の通過帯域は受信側フィルタ15の通過帯域に重なっておらず、受信側フィルタ15の通過帯域より低い。すなわち、送信側フィルタ14の通過帯域の最高周波数は、受信側フィルタ15の通過帯域の最低周波数より低い。
送信側フィルタ14は、ラダー型に接続された複数の弾性表面波素子または弾性境界波素子等の共振器を有するラダー型のフィルタである。送信側フィルタ14は、送信端子40Aに接続されて送信信号が入力される端子18と、アンテナ端子13に送信信号を出力する端子23とを有する。送信側フィルタ14は、端子18、23の間に端子18から順に直列接続された直列共振器19、直列共振器20、直列共振器21、直列共振器22をさらに有する。直列共振器19は信号を入出力する端19A、19Bを有する。直列共振器20は信号を入出力する端20A、20Bを有する。直列共振器21は信号を入出力する端21A、21Bを有する。直列共振器22は信号を入出力する端22A、22Bを有する。すなわち、直列共振器19の端19Aは端子18に結合し接続されている。直列共振器19の端19Bは直列共振器20の端20Aと接続点14Aで接続されている。直列共振器20の端20Bは直列共振器21の端21Aと接続点14Bで接続されている。直列共振器21の端21Bは直列共振器22の端22Aと接続点14Cで接続されている。直列共振器22の端22Bは端子23に接続されている。
送信側フィルタ14は、並列共振器24、25、26、27とインダクタンス素子28、29をさらに有する。並列共振器24は信号を入出力する端24A、24Bを有する。並列共振器25は信号を入出力する端25A、25Bを有する。並列共振器26は信号を入出力する端26A、26Bを有する。並列共振器27は信号を入出力する端27A、27Bを有する。インダクタンス素子28は端28A、28Bを有する。インダクタンス素子29は端29A、29Bを有する。並列共振器24の端24Aは接続点14Aに接続されている。並列共振器25の端25Aと並列共振器26の端26Aは接続点14Bに接続されている。並列共振器27の端27Aは接続点14Cに接続されている。並列共振器24の端24Bと並列共振器25の端25Bは接続点14Dで接続されている。並列共振器26の端26Bと並列共振器27の端27Bは接続点14Eで接続されている。インダクタンス素子28は接続点14Dとグランド31との間に接続されている。インダクタンス素子28の端28Aは接続点14Dに接続されている。インダクタンス素子29は接続点14Eとグランド31との間に接続されている。インダクタンス素子29の端29Aは接続点14Eに接続されている。実施の形態では、インダクタンス素子28、29の端28B、29Bはグランド31に接続されている。
送信側フィルタ14では、並列共振器24、25とインダクタンス素子28とで送信側フィルタ14の通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作る。また、並列共振器26、27とインダクタンス素子29とで送信側フィルタ14の通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作る。
インダクタンス素子29のインダクタンスLはインダクタンス素子28のインダクタンスLよりも小さい。
送信側フィルタ14の端子18、23間の信号の経路に対して、並列共振器26、27は並列に接続されている。送信側フィルタ14の通過帯域より高い周波数においての減衰極を作るLC直列共振回路はインピーダンスZ40を有する。
40=jωL+1/jωC
LC直列共振回路における容量Cは、互いに並列に接続された並列共振器26、27の合成容量であり大きい。したがって、インピーダンスZ40は小さく、送信側フィルタの通過帯域より高い周波数での減衰量を大きくすることができる。
ただし、このLC直列共振回路の容量Cが大きくなれば、このLC直列共振回路の共振周波数が低くなり、送信側フィルタ14の通過帯域より高い周波数で大きな減衰量を得ることができなくなる。インダクタンス素子29のインダクタンスLをインダクタンス素子28のインダクタンスLよりも小さくすることにより、その共振周波数Fを高くすることができ、その結果、送信側フィルタ14は送信側フィルタ14の通過帯域より高い周波数で十分な減衰量を得ることができる。したがって、アンテナ共用器40では、送信側フィルタ14で送信信号に含まれる高調波によるスプリアスを抑制することができる。
インダクタンス素子29のインダクタンスLは、インダクタンス素子のインダクタンスLの1/5倍よりも小さいことが望ましい。これにより、送信側フィルタ14の通過帯域の周波数の2倍の周波数付近、或いはその周波数より高い周波数で大きい減衰量を有する減衰極を作ることができる。
並列共振器25の容量は並列共振器26の容量よりも大きいことが望ましい。これにより、送信側フィルタ14の通過帯域より低い周波数での減衰極を作るLC直列共振回路の共振周波数を低くすることができる。その結果、インダクタンス素子28のインダクタンスLを小さくすることができ、インダクタンス素子28の素子長を短くすることができ、送信側フィルタ14を小型化することができる。
図1Aに示す通信機器1001では、送信回路1001Bは半導体集積回路素子で構成され、受信回路1001Cは再生装置を備える。アンテナ共用器40の送信側フィルタ14により送信信号の高調波によるスプリアスが抑制されるので、携帯電話である通信機器の通信品質を向上することができる。
図2は実施の形態による他のアンテナ共用器140の回路図である。図2において、図1Bに示すアンテナ共用器40と同じ部分には同じ参照番号を付す。アンテナ共用器140は、図1Bに示すアンテナ共用器40の送信側フィルタ14の代わりに送信側フィルタ114を備える。送信側フィルタ114は、図1Bに示す送信側フィルタ14に、端30A、30Bを有するインダクタ素子30をさらに備える。
図2に示すように、図1Bに示す送信側フィルタ14と同様に、送信側フィルタ114でも、インダクタンス素子28は接続点14Dとグランド31との間に接続されており、インダクタンス素子29は接続点14Eとグランド31との間に接続されている。さらに、インダクタンス素子28の端28Aは接続点14Dと接続され、インダクタンス素子29の端29Aは接続点14Eと接続されている。
図2に示す送信側フィルタ114では、インダクタンス素子28、29の端28B、29Bは接続点114Aで接続されている。インダクタンス素子30は接続点114Aとグランド31との間に接続されている。インダクタンス素子30の端30Aは接続点114Aに接続されている。インダクタンス素子30の端30Bはグランド31に接続されている。インダクタンス素子30の端30Aはインダクタンス素子28、29の端28B、29Bに接続されている。このように、送信側フィルタ114では、インダクタンス素子28、29の端28B、29Bはインダクタンス素子30を介してグランド31に結合している。
インダクタンス素子30を流れる電流はインダクタンス素子28、29を流れる電流の和であるので、インダクタンス素子30のインピーダンスが高くなる。その結果、インダクタンス素子28、29のインダクタンスを小さくすることができ、インダクタンス素子28、29の素子長を短くすることができ、すなわち、送信側フィルタ114を小型化することができる。
図1Aに示す通信機器1001はアンテナ共用器40の代わりに図2に示すアンテナ共用器140を備えても、送信側フィルタ114により送信信号の高調波によるスプリアスが抑制されるので、携帯電話である通信機器の通信品質を向上することができる。
図3は実施の形態によるさらに他のアンテナ共用器240のブロック図である。図1Bと図2に示すアンテナ共用器40、140では、端子18は送信側フィルタ14、114に送信信号を入力する入力端子であり、端子23は送信側フィルタ14、114から信号を出力する出力端子である。図3に示すアンテナ共用器240では、送信側フィルタ14、114の端子18がアンテナ端子13に接続されて送信信号を出力し、端子23が送信回路1001Bに接続されて送信信号を送信側フィルタ14に入力し、アンテナ共用器40、140とほぼ同じ効果をする。しかし、図1Bと図2に示すアンテナ共用器40、140では、大きいインダクタンスLを有して長い素子長を有するインダクタンス素子28をアンテナ端子13からより遠ざけることができ、インダクタンス素子28とアンテナ端子13とのアイソレーションを高めることができる。
このように、送信側フィルタ14は送信回路1001Bが接続されるように構成され、かつアンテナ端子13に接続されている。受信側フィルタ15は受信回路1001Cが接続されるように構成され、かつアンテナ端子13に接続されている。端子18は、送信回路1001Bとアンテナ端子13のうちの一方に結合するように構成されている。端子23は、送信回路1001Bとアンテナ端子13のうちの他方に結合するように構成されている。直列共振器20の端20Aは直列共振器19を介して端子18に結合する。直列共振器21の端21Aは直列共振器20の端20Bに接続点14Bで接続されている。直列共振器21の端21Bは直列共振器22を介して端子23に結合する。並列共振器24の端24Aは直列共振器20の端20Aに接続されている。並列共振器25は、接続点14Bに接続された端25Aと、並列共振器24の端24Bに接続点14Dで接続された端25Bとを有する。並列共振器26の端26Aは接続点14Bに接続されている。並列共振器27は、直列共振器21の端21Bに接続された端27Aと、並列共振器26の端26Bに接続点14Eで接続された端27Bとを有する。インダクタンス素子28は、接続点14Dに接続された端28Aと、グランド31に接続されて結合する端28Bとを有する。インダクタンス素子29は、接続点14Eに接続された端29Aと、グランド31に接続されて結合する端29Bとを有する。
本発明によるアンテナ共用器では、送信側フィルタが送信信号に含まれる高調波によるスプリアスを充分抑制することができるので、携帯電話等の通信機器に有用である。
13 アンテナ端子
14 送信側フィルタ
14B 接続点(第1の接続点)
14D 接続点(第2の接続点)
14E 接続点(第3の接続点)
15 受信側フィルタ
18 端子(第1の端子)
20 直列共振器(第1の直列共振器)
21 直列共振器(第2の直列共振器)
23 端子(第2の端子)
24 並列共振器(第1の並列共振器)
25 並列共振器(第2の並列共振器)
26 並列共振器(第3の並列共振器)
27 並列共振器(第4の並列共振器)
28 インダクタンス素子(第1のインダクタンス素子)
29 インダクタンス素子(第2のインダクタンス素子)
30 インダクタンス素子(第3のインダクタンス素子)
31 グランド
40 アンテナ共用器
1001 通信機器
1001A アンテナ
1001B 送信回路
1001C 受信回路

Claims (7)

  1. アンテナが接続されるように構成されたアンテナ端子と、
    送信回路が接続されるように構成され、かつ前記アンテナ端子に接続された送信側フィルタと、
    受信回路が接続されるように構成され、かつ前記アンテナ端子に接続された受信側フィルタと、を備え、
    前記送信側フィルタの通過帯域は前記受信側フィルタの通過帯域より低く、
    前記送信側フィルタは、
    前記送信回路と前記アンテナ端子のうちの一方に接続された第1の端子と、
    前記送信回路と前記アンテナ端子のうちの他方に接続された第2の端子と、
    前記第1の端子に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第2の端に第1の接続点で接続された第1の端と、前記第2の端子に接続された第2の端とを有する第2の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第1の端に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、前記第1の並列共振器の前記第2の端に第2の接続点で接続された第2の端とを有する第2の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、第2の端とを有する第3の並列共振器と、
    前記第2の直列共振器の前記第2の端に接続された第1の端と、前記第3の並列共振器の前記第2の端に第3の接続点で接続された第2の端とを有する第4の並列共振器と、
    前記第2の接続点に接続された第1の端と、グランドに接続された第2の端とを有する第1のインダクタンス素子と、
    前記第3の接続点に接続された第1の端と、前記グランドに接続された第2の端とを有する第2のインダクタンス素子と、
    を含み、
    前記第1の並列共振器と前記第2の並列共振器と前記第1のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作り、
    前記第3の並列共振器と前記第4の並列共振器と前記第2のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作り、
    前記第2のインダクタンス素子のインダクタンスは前記第1のインダクタンス素子のインダクタンスの1/5倍よりも小さい、アンテナ共用器。
  2. アンテナが接続されるように構成されたアンテナ端子と、
    送信回路が接続されるように構成され、かつ前記アンテナ端子に接続された送信側フィルタと、
    受信回路が接続されるように構成され、かつ前記アンテナ端子に接続された受信側フィルタと、を備え、
    前記送信側フィルタの通過帯域は前記受信側フィルタの通過帯域より低く、
    前記送信側フィルタは、
    前記送信回路に接続された第1の端子と、
    前記アンテナ端子に接続された第2の端子と、
    前記第1の端子に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第2の端に第1の接続点で接続された第1の端と、前記第2の端子に接続された第2の端とを有する第2の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第1の端に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、前記第1の並列共振器の前記第2の端に第2の接続点で接続された第2の端とを有する第2の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、第2の端とを有する第3の並列共振器と、
    前記第2の直列共振器の前記第2の端に接続された第1の端と、前記第3の並列共振器の前記第2の端に第3の接続点で接続された第2の端とを有する第4の並列共振器と、
    前記第2の接続点に接続された第1の端と、グランドに接続された第2の端とを有する第1のインダクタンス素子と、
    前記第3の接続点に接続された第1の端と、前記グランドに接続された第2の端とを有する第2のインダクタンス素子と、
    を含み、
    前記第1の並列共振器と前記第2の並列共振器と前記第1のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作り、
    前記第3の並列共振器と前記第4の並列共振器と前記第2のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作り、
    前記第2のインダクタンス素子のインダクタンスは前記第1のインダクタンス素子のインダクタンスよりも小さい、アンテナ共用器。
  3. 前記第2の並列共振器の容量は前記第3の並列共振器の容量よりも大きい、請求項1または2に記載のアンテナ共用器。
  4. 前記第1のインダクタンス素子の前記第2の端は前記グランドに接続されており、
    前記第2のインダクタンス素子の前記第2の端は前記グランドに接続されている、請求項1または2に記載のアンテナ共用器。
  5. 前記第1のインダクタンス素子の前記第2の端と前記第2のインダクタンス素子の前記第2の端とに接続された第1の端と、前記グランドに接続された第2の端とを有する第3のインダクタ素子をさらに備えた、請求項1または2に記載のアンテナ共用器。
  6. アンテナと、
    送信回路と
    前記送信回路と前記アンテナに接続された送信側フィルタと、
    受信回路と、
    前記受信回路と前記アンテナに接続された受信側フィルタと、を備え、
    前記送信側フィルタの通過帯域は前記受信側フィルタの通過帯域より低く、
    前記送信側フィルタは、
    前記送信回路と前記アンテナ端子のうちの一方に接続された第1の端子と、
    前記送信回路と前記アンテナ端子のうちの他方に接続された第2の端子と、
    前記第1の端子に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第2の端に第1の接続点で接続された第1の端と、前記第2の端子に接続された第2の端とを有する第2の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第1の端に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、前記第1の並列共振器の前記第2の端に第2の接続点で接続された第2の端とを有する第2の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、第2の端とを有する第3の並列共振器と、
    前記第2の直列共振器の前記第2の端に接続された第1の端と、前記第3の並列共振器の前記第2の端に第3の接続点で接続された第2の端とを有する第4の並列共振器と、
    前記第2の接続点に接続された第1の端と、グランドに接続された第2の端とを有する第1のインダクタンス素子と、
    前記第3の接続点に接続された第1の端と、前記グランドに接続された第2の端とを有する第2のインダクタンス素子と、
    を含み、
    前記第1の並列共振器と前記第2の並列共振器と前記第1のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作り、
    前記第3の並列共振器と前記第4の並列共振器と前記第2のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作り、
    前記第2のインダクタンス素子のインダクタンスは前記第1のインダクタンス素子のインダクタンスの1/5倍よりも小さい、通信機器。
  7. アンテナと、
    送信回路と
    前記送信回路と前記アンテナに接続された送信側フィルタと、
    受信回路と、
    前記受信回路と前記アンテナに接続された受信側フィルタと、を備え、
    前記送信側フィルタの通過帯域は前記受信側フィルタの通過帯域より低く、
    前記送信側フィルタは、
    前記送信回路に接続された第1の端子と、
    前記アンテナ端子に接続された第2の端子と、
    前記第1の端子に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第2の端に第1の接続点で接続された第1の端と、前記第2の端子に接続された第2の端とを有する第2の直列共振器と、
    前記第1の直列共振器の前記第1の端に接続された第1の端と、第2の端とを有する第1の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、前記第1の並列共振器の前記第2の端に第2の接続点で接続された第2の端とを有する第2の並列共振器と、
    前記第1の接続点に接続された第1の端と、第2の端とを有する第3の並列共振器と、
    前記第2の直列共振器の前記第2の端に接続された第1の端と、前記第3の並列共振器の前記第2の端に第3の接続点で接続された第2の端とを有する第4の並列共振器と、
    前記第2の接続点に接続された第1の端と、グランドに接続された第2の端とを有する第1のインダクタンス素子と、
    前記第3の接続点に接続された第1の端と、前記グランドに接続された第2の端とを有する第2のインダクタンス素子と、
    を含み、
    前記第1の並列共振器と前記第2の並列共振器と前記第1のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも低い周波数において減衰極を作り、
    前記第3の並列共振器と前記第4の並列共振器と前記第2のインダクタンス素子とで前記送信側フィルタの通過帯域よりも高い周波数において減衰極を作り、
    前記第2のインダクタンス素子のインダクタンスは前記第1のインダクタンス素子のインダクタンスよりも小さい、通信機器。
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