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KR100757915B1 - 고주파 스위치모듈 - Google Patents

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KR100757915B1
KR100757915B1 KR1020027008468A KR20027008468A KR100757915B1 KR 100757915 B1 KR100757915 B1 KR 100757915B1 KR 1020027008468 A KR1020027008468 A KR 1020027008468A KR 20027008468 A KR20027008468 A KR 20027008468A KR 100757915 B1 KR100757915 B1 KR 100757915B1
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transmission line
balanced
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겜모치시게루
와타나베미쓰히로
후카마치게이스케
다이히로유키
요코우치사토루
Original Assignee
히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

안테나와 송신회로와 수신회로 사이에 접속되고 복수의 스위칭소자를 구비하는 고주파 스위치회로와, 고주파 스위치회로와 수신회로 사이에 접속된 탄성표면파필터를 구비하고 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층으로 구성된 적층체를 다층 기판으로 하는 고주파 스위치 모듈로서, 스위치회로와 상기 탄성표면파필터 사이에 위상보정회로가 배치되어 있고, 고주파 스위치회로는 스위칭소자, 전송선로 및 커패시터를 주요소자로 하며, 전송선로 및 커패시터의 적어도 일부는 적층체 내의 전극패턴에 의해 구성되어 있고, 탄성표면파필터는 상기 적층체 상에 실장되어 있는 고주파 스위치 모듈.
고주파스위치모듈, 스위칭소자, 탄성표면파필터, SAW필터, 위상보정회로, 전극패턴, 이동통신, 통신기기, 휴대전화기

Description

고주파 스위치모듈 {HIGH-FREQUENCY SWITCH MODULE}
본 발명은 마이크로파대(帶) 등의 고주파 대역에서 사용하는 고주파 스위치 모듈에 관한 것으로, 특히 고주파 스위치와 필터 등의 다른 고주파 부품을 복합화한 고주파 스위치 모듈에 관한 것이다.
현재 휴대 전화기 등의 이동 통신기기의 발전은 놀랄만한 것이다. 이동 통신기기에 이용되는 고주파 부품으로서 안테나와 송신회로의 접속 및 안테나와 수신회로의 접속을 전환하기 위한 고주파 스위치가 있다.
예를 들면 일본 특허공개공보 평2-108301호에 기재된 고주파 스위치는, 예를 들면 EGSM900(Extended GlobAl System for Mobile Communications), GSM1800, PCS(PersonAl Communications Service) 등의 하나의 송수신 시스템을 취급하는 것으로 송신회로와 안테나 사이에 배치된 스위칭 소자(다이오드)와, 안테나 수신회로와의 사이에 배치된 λ/4 위상선로를 가진다. λ/4 위상선로의 수신회로 측은 다이오드를 사이에 두고 접지되어 있기 때문에 고주파 스위치는 각 다이오드에 흐르는 바이어스 전류에 의해 신호경로를 전환하는 λ/4형 스위치회로로 동작한다.
도 38은 이러한 고주파 스위치를 구비하는 싱글밴드 휴대전화기용 RF 회로의 일례를 나타내는 블록도이다. 고주파 스위치를 구비하는 휴대전화기 등의 이동 통 신기기는 안테나(ANT)에 접속하는 고주파 스위치회로(SW), 송신회로(TX)에서 오는 송신신호에 포함되는 고조파 성분이 안테나(ANT)로부터 방사되는 것을 방지함과 동시에 안테나(ANT)에서 오는 수신 신호의 일부가 송신회로(TX)로 유입하는 것을 방지하기 위하여 송신회로(TX)와 고주파 스위치회로(SW) 사이에 설치된 저역통과필터(f1) 등의 필터회로, 그리고 송신회로(TX)에서 오는 송신신호의 일부가 수신회로(RX)에 우회하여 들어오지 않도록 함과 동시에 안테나(ANT)에서 오는 수신 신호에 포함되는 고조파 성분을 제거하기 위하여 안테나(ANT)와 수신회로(RX) 사이에 설치된 대역통과필터(f2) 등의 필터회로, 특히 탄성표면파필터(SAW 필터)를 구비한다.
이러한 싱글밴드 휴대전화기에 더하여, 휴대전화기가 급격한 보급과 함께 1대의 휴대단말기로 복수의 통신방식을 이용 가능하게 한 듀얼밴드 휴대전화기나 트리플밴드 휴대전화기 등의 멀티밴드 휴대전화기도 개발되었다. 싱글밴드 휴대전화기가 하나의 송수신 시스템만을 취급하는 데 대하여 듀얼밴드 휴대전화기는 2개의 송수신 시스템을 취급하고 트리플밴드 휴대전화기는 3개의 송수신 시스템을 취급한다. 멀티밴드 휴대전화기의 RF 회로 블록의 일례를 도 36에 나타낸다. 이 예는 듀얼밴드 휴대전화기의 RF 회로 블록이며, 하나의 안테나를 송수신 공용으로 하여 쌍방향의 통신이 가능하도록 복수의 필터로 이루어지는 분파기(DP), 그리고 안테나(ANT)와 송신회로(TX) 또는 수신회로(RX)와의 접속을 전환하는 고주파 스위치회로(SW1, SW2)를 가진다.
EGSM900 등의 휴대전화기는 잡음지수를 낮춰 수신감도를 높이기 위하여 RF 회로에 2개의 신호선을 가지는 평형형의 고주파 부품[예를 들면 수신경로(RX)에 배치된 저잡음증폭기(LNA) 및 그 후단의 믹서(MIX) 등]을 구비한다.
저잡음증폭기(LNA)가 평형 입력형인 경우, 도 37에 도시한 바와 같이 저잡음증폭기(LNA)에 접속된 SWA 필터는 종래부터 신호 단자가 1개의 불평형형, 즉 불평형-불평형형의 필터 구성이었기 때문에, LNA와의 접속에는 평형-불평형 변환회로가 필요하다.
또한 고주파 스위치나 SAW 필터 등의 디바이스는 통상 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 설계되어 있지만, 저잡음증폭기(LNA)의 입력 임피던스는 50Ω∼ 300Ω 정도이다. 그러므로 대부분의 경우 각 고주파 부품의 특성 임피던스가 다르고 임피던스 변환회로가 필요하게 된다. 평형-불평형 변환회로 및 임피던스 변환회로의 양쪽 기능을 구비하는 회로소자로서 평형-불평형 변환트랜스(Balun)가 알려져 있지만, Balun을 이용하더라도 필연적으로 부품수가 증가한다. 또한 평형-불평형 변환트랜스와 SAW 필터의 접속에도 임피던스 정합을 고려하지 않으면 안되어, 정합을 위하여 커패시터, 인덕터 등의 부속 부품이 필요하게 된다. 이로 인하여 휴대전화기의 사이즈가 커지고 비용이 증대되는 문제가 있다.
고주파 부품의 소형·경량화의 수단으로서 고주파 스위치회로나 필터회로 등을 구성하는 커패시터, 인덕터 등의 소자의 일부를 LTCC(Low Temperature Co-FireabIe Ceramics) 기술에 의해 적층체(다층 기판)에 내장시키고, 그것으로써 복수의 회로기능을 가지는 복합부품으로 하는 것이 행하여지고 있다.
예를 들면 일본 특허공개공보 평6 -197040호는 저온 소결 유전체 세라믹 시 트로 이루어지는 적층체 내에 전송선로 및 커패시터를 일체화하여 내장한 고주파 스위치를 기재하고 있다. 또한 일본 특허공개공보 평10-32521호는 다층기판에 RF단간 필터(SAW 필터)를 일체로 탑재함으로써 소형·경량화한 고주파 스위치를 기재하고 있다. 또 일본 특허공개공보 평11-225089호는 2개 이상의 송수신 시스템을 취급하도록 분파기 및 고주파 스위치를 저온 소결 유전체 세라믹 재료로 이루어지는 적층체에 일체화한 멀티밴드 휴대전화기용 고주파 스위치를 기재하고 있다. 이러한 고주파 스위치와 다른 고주파 부품을 복합화한 부품을 고주파 스위치 모듈이라고 부른다.
고주파 스위치 모듈에서, LTCC 기술에 의해 커패시터, 인덕터 등의 회로소자의 일부를 적층체에 내장시키고, 복수의 회로기능을 복합화하는 가능하지만 실제 사용에 제공할 수 있는 정도의 전기적 특성을 얻는 것은 실제 용이하지 않았다. 예를 들면 적층체 내에 고주파 스위치와 그 수신계에 접속된 SAW 필터를 일체화하는 경우, 고주파 스위치와 SAW 필터의 임피던스 정합을 충분히 고려하여 접속점에서의 반사손실이 작아지도록 접속하지 않으면, 고주파 스위치로부터 SAW 필터의 출력단에 이르는 수신경로에서의 부정합에 의한 수신 신호의 손실을 감소시킬 수 없다. 그러나 고주파 스위치와 SAW 필터를 복합화하면 송신회로에서 안테나에의 송신경로에서 송신신호의 손실이 증가하여 원하는 전기적 특성을 얻을 수 없다. 게다가, 고주파 스위치 모듈을 구성하는 고주파회로의 일부를 평형화하는 시도는 지금까지 전혀 이루어져 있지 않았다.
따라서 본 발명의 목적은 고주파 스위치와 SAW 필터와 같은 다른 고주파 부품을 복합 일체화한 소형이며 전기적 특성이 우수한 고주파 스위치 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 평형-불평형 변환회로 또는 평형-불평형 변환회로와 임피던스 변환회로를 구비하는 전기적 특성이 우수한 고주파 스위치 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈은, 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층에 의해 구성된 적층체를 다층기판으로 하며, 안테나와 송신회로와 수신회로 사이에 접속되고 복수의 스위칭소자를 구비하는 고주파 스위치회로와 상기 고주파 스위치회로와 상기 수신회로 사이에 접속된 탄성표면파필터를 구비하며, 상기 스위치회로와 상기 탄성표면파필터 사이에 위상보정회로가 배치되어 있고, 상기 고주파 스위치회로는 제1 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되어 있으며, 상기 탄성표면파필터는 적층체 상에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈은, 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층에 의해 구성된 적층체를 다층기판으로 하며, 송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로와 상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속되고 평형형회로와 불평형형회로를 접속하는 평형-불평형 변환회로를 구비하고, 상기 고주파 스위치회로는 제1 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터 를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되고, 상기 평형-불평형 변환회로는 불평형 입력·평형 출력의 탄성표면파필터이며, 적층체 상에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 실시에 의한 고주파 스위치 모듈은, 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층에 의해 구성된 적층체를 다층기판으로 하며, 송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로, 상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속하는 탄성표면파필터, 그리고 상기 탄성표면파필터에 접속하는 평형- 불평형 변환회로를 구비하며, 상기 고주파 스위치회로는 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되고, 상기 평형-불평형 변환회로는 평형-불평형 변환트랜스이며, 상기 평형-불평형 변환트랜스는 제2 전송선로를 주요소자로 하고, 상기 제2 전송선로는 적층체의 상기 전극패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 고주파 스위치 모듈을 구성하는 적층체의 각 층의 전극패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 도시한 사시도이다.
도 7은 송신시에 접속점(IP1)측에서 수신회로(RX)를 본 때의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 8a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 직접 연결했을 때의 GSM1800 TX에서 ANT에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 직접 연결했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 직접 연결했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 8d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 직접 연결했을 때의 안테나(ANT)에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 GSM1800 TX에서 ANT에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 9d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 GSM1800 TX에서ANT에의 삽입손실특성을 나타내는 그래프이다.
도 10b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 10d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 전송선로를 사이에 두고 접속했을 때의ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 GSAl1800 TX에서 ANT에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 1ld는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 GSM1800 TX에서 ANT에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 12d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 인덕터를 사이에 두고 접속했을 때의 ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 GSM1800 TX에서 ANT에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사특성을 나타내는 그래프이다.
도 13c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 13d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14a는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 GSM1800 TX에서 ANT에의 삽입손실특성을 나타내는 그래프이다.
도 14b는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 접속점(IP1)에서 본 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14c는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트이다.
도 14d는 고주파 스위치와 SAW 필터를 커패시터를 사이에 두고 접속했을 때의ANT에서 GSM1800 RX에의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 TX와 안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15b는 종래의 고주파 스위치 모듈의 GSMl800 TX와 안테나(ANT) 사이의 삽입손실특 성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 19는 도18에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 도시한 평면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 도시한 사시도이다.
도 22는 도 19의 등가회로를 가지는 고주파 스위치 모듈을 구성하는 적층체의 각 층의 전극패턴을 도시한 도면이다.
도 23a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈에 이용하는 평형-불평형 트랜스의 다른 예의 등가회로를 도시한 도면이다.
도 23b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈에 이용하는 평형-불평형 트랜스의 또 다른 예의 등가회로를 도시한 도면이다.
도 24는 도 16에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 26은 도 25에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 28은 도 26에 나타내는 등가회로를 가지는 고주파 스위치 모듈을 구성하는 적층체 각 층의 전극패턴을 도시한 도면이다.
도 29a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 EGSM900 TX와 안테나(ANT) 사이의 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다.
도 29b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 EGSM900 TX와 안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 30a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800/PCS TX와 안테나(ANT) 사이의 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다.
도 30b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800/PCS TX와 안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 31a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 안테나(ANT)와 EGSM900 RX 사이의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 31b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 안테나(ANT)와 GSM1800 RX 사이의 삽입손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 32a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 EGSM900 RX의 진폭 평형도와 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 32b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의(EGSM900 RX)의 위상 평형도와 주파수의 관계를 나타내는 그래프이며,
도 33a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 RX의 진폭 평형도와 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 33b는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 RX의 위상 평형도와 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 34는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 36은 멀티밴드 휴대전화기의 RF 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 37은 저잡음증폭기(LNA)가 평형 입력형인 RF 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 38은 싱글밴드 휴대전화기의 RF 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 1은 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 회로의 일례를 나타내고, 도 2는 도 1의 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타낸다. 이 고주파 스위치 모듈에서는 위상보정회로(LD4)는 고주파 스위치(SW)와 SAW 필터(f2) 사이에 배치되어 있고 이들 부품은 복합화 되어 있다.
고주파 스위치(SW)와 SAW 필터의 복합화에 대하여 검토한 결과, 단순히 고주파 스위치(SW)와 그 수신회로 측에 접속된 SAW 필터의 접속점에서의 임피던스 정합을 고려하는 것만으로는 송신회로에서 오는 송신신호의 손실이 증가하는 경우가 있는 것이 밝혀졌다. 이로 인해, GSM1800용 고주파 스위치와 SAW 필터를 위상보정회로를 삽입하지 않고서 복합화한 고주파 스위치 모듈을 예로 들어 송신회로(TX)-안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 검토했다. 그 결과, 도 8에 도시한 바와 같이 GSM1800의 송신 주파수 근방의 1.7GHz에 딥(DIP)라고 불리는 감쇠가 발생하고, 이로 인하여 송신 주파수대역에서의 삽입손실이 SAW 필터를 접속하지 않는 경우의 약 2배 정도까지 열화되어 있는 것을 알 수 있었다.
딥(DIP)의 발생원인에 대해 검토한 결과, 고주파 스위치와 SAW 필터를 복합화함으로써 송신신호의 일부가 수신회로 측으로 흡수되어 딥(DIP)라고 불리는 감쇠 가 발생하고 송신신호의 삽입손실이 증대되는 것을 알 수 있었다.
도 2에 나타내는 고주파 스위치 모듈에서 송신경로와 수신경로의 접속점(IP1)에서 송신시의 수신회로측 임피던스(ZIP1)를 도 7에 나타내는 등가회로로 회로 시뮬레이터를 이용하여 평가한 결과, 고주파 스위치의 수신회로측을 본 임피던스 특성을 나타내는 스미스 챠트는 송신주파수대에서 회전하는 궤적을 그리는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 임피던스 특성의 회전 궤적 상에 송신주파수가 존재하면, 반사손실이 작아지기 때문에 접속점(IP1)에서 수신회로(RX)측을 본 때의 임피던스는 특성 임피던스에 가깝다. 바꾸어 말하면, 송신회로(TX)와 수신회로(RX) 사이의 아이솔레이션이 충분히 얻어지지 않고 삽입손실에 딥(DIP)이 발생하며, 송신회로에서 안테나에의 삽입손실 특성이 열화된다.
더 검토의 결과, 이러한 현상이 스위치회로를 구성하는 스위칭소자(다이오드 또는 전계효과 트랜지스터)의 접속용 와이어 등에 기인하는 기생 인덕턴스에 의해 크게 영향받는 것을 알 수 있었다. 예를 들면, 다이오드 동작시의 등가회로는 도 7에 DD2로 나타낸 바와 같이, 인덕터와 커패시터와 저항으로 이루어지고 접지와의 사이에 직렬로 접속된 인덕터는 기생 인덕턴스를 구성한다.
기생 인덕턴스를 고주파회로 해석 도구(tool)를 사용한 회로 시뮬레이터(아지렌토·테크놀러지즈사의 Advanced Design System)로 등가적으로 증감시켜 그 영향을 확인한 결과, 기생 인덕턴스를 감소시키면 임피던스의 회전 궤적은 작은 원을 그리고, 이것에 따라 반사특성도 개선되는 것을 알 수 있었다. 그러나, 실제의 기생 인덕터는 스위칭소자의 구조에 의해 결정되는 것이며, 회로 시뮬레이터처럼 인 덕턴스를 자유롭게 감소시키는 것은 실제로 곤란하다. 또 여기서 이용한 회로 시뮬레이터는 고주파 스위치나 탄성표면파필터 등의 구성소자에 대해 미리 특성 데이터의 실측치를 얻어, 이 특성 데이터를 기초로 시뮬레이팅 함으로써 실제로 시료를 작성한 결과에 가까운 평가를 얻는 것이다.
따라서, 본 발명자들은 딥(DIP)이 발생하는 주파수를 송신주파수로부터 충분히 떨어진 주파수로 이동시키면 삽입손실 특성이 열화하지 않는 것에 착안하고, 이를 위해서는 고주파 스위치와 SAW 필터 사이에 위상을 이동시키는 위상보정회로를 접속하면 되는 것을 발견하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 고주파 스위치는 송신회로와 안테나 사이에 배치된 제1 스위칭소자, 상기 제1 스위칭소자의 송신회로측을 접지하는 제1 전송선로 또는 인덕터, 상기 안테나와 상기 수신회로 사이에 배치된 제2 전송선로, 그리고 상기 제2 전송선로의 수신회로측을 접지하는 제2 스위칭소자를 구비하며, 상기 제2 전송선로에 상기 위상보정회로가 직렬 접속하고 있다. 위상보정회로는 전송선로 또는 커패시터로 이루어지고, 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체의 상기 전극패턴으로 구성할 수도 있고, 칩(chip)인덕터 또는 칩커패시터로서 적층체 상에 실장할 수도 있다.
본 발명의 고주파 스위치 모듈은 휴대전화기의 RF 회로를 평형화하도록 SAW 필터로서 불평형 입력-평형 출력형의 SAW 필터를 갖는 것이 바람직하다. SAW 필터가 임피던스 변환회로로 기능하도록 상이한 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 가지면, LNA 등의 다른 고주파 부품과의 접속에서 별도의 임피던스 변환회로를 이용 하지 않더라도 양호하고 전기적 특성의 향상이나 RF 회로의 소형화가 실현되어 바람직하다. 탄성표면파필터의 평형 출력단의 근방에 평형 출력단에 병렬로 인덕터를 접속하면 후술하는 이유에 의해 평형 출력단에서 오는 차동신호의 리플(ripple)이 작아지기 때문에 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈은 송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로, 그리고 상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속되어 평형형회로와 불평형형회로를 접속하는 평형-불평형 변환회로를 구비하며, 상기 고주파 스위치회로는 제1 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로와 제1 커패시터의 적어도 일부가 전극패턴을 가지는 유전체층으로 이루어지는 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되고, 상기 평형-불평형 변환회로는 불평형 입력-평형 출력의 탄성표면파필터(SAW 필터)로서 적층체 상에 실장되어 있다. 탄성표면파필터에 상이한 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 갖게 하고, 임피던스 변환회로로서 기능 시킬 수도 있다.
휴대전화기의 RF 회로부의 복합화, 소형화 및 고성능화에 대응하는 과정에서 평형 출력형의 SAW 필터를 이용함과 동시에 그것을 평형 입력형 LNA와 접속함으로써 평형-불평형 변환트랜스를 이용하지 않고 RF 회로를 구성할 수 있는 것을 착상하였다. SAW 필터는 압전(壓電)기판의 주면(主面) 상에 표면파의 전파방향을 따라 복수의 IDT(Inter-digitAl Transducer)전극을 근접시켜 배치함과 동시에 그들의 양측에 반사기를 배치한 것이다. SAW 필터로는 신호 단자가 1개인 불평형형, 즉 불평형-불평형이되는 필터구성이 일반적이지만 최근 전극 손가락의 교차폭이나 배열 및 결합을 연구하여 상이한 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 가지고, 평형-불평형 변환기능을 가지는 SAW 필터가 실용화되었다. 이러한 SAW 필터를 고주파 스위치를 구성하는 적층체 상에 실장하면, SAW 필터와 고주파 스위치를 양자의 임피던스 정합을 고려하면서 복합화 할 수 있기 때문에 각각의 전기적 성능을 손상시키는 일이 없다. 또한 평형-불평형 변환기능을 구비하는 SAW 필터에 평형 입력형 회로소자를 접속하는 경우, SAW 필터를 LNA 등의 회로소자의 입력 임피던스 및 출력 임피던스에 맞춰 선택하고 평형-불평형 변환회로로서 기능 시키면 전기적 특성의 향상이나 RF 회로의 소형화가 실현되어 바람직하다.
SAW 필터가 저잡음증폭기(LNA)에 접속되는 경우에, 저잡음증폭기(LNA)에의 입력신호의 진폭 평형도 및 위상 평형도가 양호하지 않으면 저잡음증폭기는 외래 노이즈의 영향을 받기 쉽게 되어 발진 등의 문제가 생기기 때문에 진폭 평형도를 ±1dB 이내로 하고, 위상 평형도를 180 ±10deg.이내로 하는 것이 바람직하다. 또 진폭 평형도는 평형단자사이의 고주파 전력차이며, 위상 평형도는 그 위상차를 나타낸다.
SAW 필터는 상기 평형도 특성을 갖지만, 이것을 회로기판에 실장하여 접속선로를 둘러치어 저잡음증폭기와 접속하는 경우 3 ∼ 5mm 정도의 접속선로가 필요하며, 이것에 의한 기생 인덕터나 기생 용량이 생긴다. 또한 SAW 필터도 와이어 본딩(wire bonding)을 위한 리드선이나 몰드 수지를 때문에 기생 인덕터나 기생 용량을 가진다. 이로 인하여, 평형 출력신호에 수신 주파수 대역 내에서 리플(ripple)이 발생하고, 통과대역에서의 삽입손실 특성이 열화되어, 원하는 진폭 평형도 및 위상 평형도를 얻을 수 없게 된다. 그러나 SAW 필터를 적층체 상에 실장하여 고주파 스위치와 복합화하면, 양자의 임피던스 정합이 용이하게 됨과 동시에 SAW 필터의 평형 출력단과 고주파 스위치 모듈을 실장하는 회로기판 사이를 적층체 내에 형성된 전송선로로 접속할 수 있다. 이로 인해, 전송선로의 선로 길이 등을 적절히 설정함으로써 평형 출력단에서 오는 차동 출력신호의 위상 평형도 및 진폭 평형도를 원하는 범위에 조정할 수 있다. 또 SAW 필터의 평형 출력단의 근방에서 그것에 병렬로 인덕터를 배치하면, 기생 용량이나 기생 인덕터와 같은 기생 임피던스에 의한 수신 주파수 대역 내에서의 리플(ripple)의 발생을 억제할 수 있어 바람직하다.
SAW 필터와 그 평형 출력단에 병렬로 배치된 인덕터는 적층체 내에 형성한 접속선로에 의해 접속되어 있다. 접속선로는 다른 전송선로 등과 같이 전극패턴으로 형성되지만 등가회로에서 실질적으로 인덕턴스 등의 회로기능을 갖지 않는 선로이다. SAW 필터의 평형 출력단에 병렬로 배치된 인덕터는 칩인덕터이며, 적층체 상에 실장할 수도 있고, 코일형 또는 미앤더(meander)형 또는 스파이럴(spiral)형의 전송선로로 적층체 내에 형성할 수도 있다.
여러 가지 검토한 결과, 병렬로 배치된 인덕터의 리플 억제효과를 발휘시키기 위해서는 인덕터를 평형 출력단자의 매우 가까운 곳에 배치하여 기생 임피던스를 작게 하고, SAW 필터와 그것에 병렬인 인덕터를 절연 기판 상의 접속선로로 접속하는 것이 바람직한 것을 알았다. 예를 들면 도 35에 도시한 바와 같이, 평형 출력형 SAW 필터(fe2, fg2)와 인덕터(LG, LD)를 하나의 적층체에 바로 가까이에 배치함으로써 SAW 필터(fe2, fg2)와 인덕터(LG, LD)를 접속하는 선로패턴의 길이를 짧게 할 수 있어 SAW 필터(fe2, fg2)의 출력단과 이들에 병렬 배치한 인덕터(LG, LD) 사이의 기생 임피던스성분을 작게 할 수 있다.
인덕터 및 탄성표면파필터는 적층체 내에 형성한 접속선로에 의해 접속되어 있다. 인덕터를 칩인덕터로서 적층체 상에 실장할 수도 있고, 코일형 또는 미앤더형 또는 스파이럴형으로 한 전송선로로 적층체 내에 형성할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈은 송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로, 상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속된 SAW 필터, 그리고 상기 SAW 필터에 접속된 평형-불평형 변환회로를 구비하며, 상기 고주파 스위치회로는 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로와 제1 커패시터의 적어도 일부는 적층체의 전극패턴으로 구성되며, 상기 평형-불평형 변환회로는 평형-불평형 변환트랜스(Balun)로서 제2 전송선로를 주요소자로 하고, 상기 제2 전송선로는 상기 전극패턴으로 구성한다.
SAW 필터는 임피던스 변환회로로 이용하지만 필요한 임피던스를 얻을 수 없는 경우에는 SAW 필터를 불평형 입력-불평형 출력으로 하여, 평형-불평형 변환회로 및 임피던스 변환회로로서 평형-불평형 변환트랜스(Balun)를 이용하는 것이 바람직하다. 평형-불평형 변환트랜스(Balun)는 고주파 스위치 및 SAW 필터와 함께 적층체에 일체로 구성되지만, 한정된 적층체 내에 평형-불평형 변환트랜스의 전송선로를 내장하는 경우, 필요한 전송선로의 길이를 확보할 수 없어 원하는 턴(turn)수 비를 얻을 수 없는 경우나 평형측 전송선로를 대칭으로 구성하기 어려운 경우도 있 다. 이러한 경우, 필요한 입출력 임피던스, 위상 평형도(phase balance) 및 진폭 평형도(amplitude balance)를 얻을 수 없지만, 입력측의 전송선로와 접지 사이에 커패시터를 배치하거나 평형 출력단 사이에 커패시터를 배치하거나 하여 이들을 적절히 조정할 수 있다.
이러한 커패시터는 적층체에 전극패턴으로서 내장할 수도 있고, 적층체 상에 칩커패시터로서 탑재할 수도 있다. 또한 평형-불평형 변환트랜스(Balun)의 접지는 고주파 스위치 등의 다른 회로부품과 공통화 하는 것이 바람직하다. 특히 평형측 접지를 다른 회로부품의 접지와 공통화하면 공통 접지에서 보았을 때의 위상이 0도가 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 적층체는 대향하는 주면과 상기 주면에 연속하는 측면을 가지는 판형이며, 탄성표면파필터는 베어칩으로서 적어도 한 쪽 주면에 페이스다운(face down) 실장한다. 전송선로에는 스트립라인, 마이크로 스트립라인, 코플레이너라인 등을 이용하는 것이 바람직하다.
[1] 고주파 스위치회로와 탄성표면파필터의 복합화
도 1은 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 회로의 일례를 나타내고, 도 2는 그 등가회로의 일례를 나타낸다. 이 고주파 스위치 모듈은 고주파 스위치(SW)와 SAW 필터(f2) 사이에 위상보정회로(LD4)를 가지고, 이들 부품은 복합화 되어 있다.
도 8은 고주파 스위치와 SAW 필터를 위상보정회로를 통하지 않고서 접속한 비교예의 고주파 스위치 모듈의 일례의 전기적 특성을 나타낸다. 도 8a에 도시한 바와 같이, 삽입손실 특성에서 GSM1800의 송신주파수 근방의 1.7GHz에 딥(DIP)이 발생하고 이로 인하여 송신주파수 대역에서 삽입손실이 열화되어 있는 것을 알 수 있다.
이러한 삽입손실 특성의 열화를 방지하기 위하여 본 발명에서는 전송선로, 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나로 구성되는 위상보정회로를 고주파 스위치와 탄성표면파필터 사이에 직렬로 접속한다. 각종 위상보정회로를 접속했을 때의 전기적 특성을 도 9 ∼ 도 14에 나타낸다. 또 표 1에 삽입손실 특성과 위상 특성을 함께 나타낸다.
[표 1]
Figure 112002020541266-pct00001
[표 1 계속]
Figure 112002020541266-pct00002
도 9 및 도 10은 위상보정회로로서 폭이 0.14mm이고 길이 L이 각각 1mm 및 2mm인 전송선로를 설치한 경우의 고주파 스위치 모듈의 전기적 특성을 나타낸다. 도 9c 및 도 10c에 도시한 바와 같이, 위상보정회로가 길어질수록 임피던스의 회전궤적이 작아지는 것을 알 수 있다. 또 도 9b 및 도 10b는 접속점(IP1)에서 수신회로(RX) 측을 보았을 때의 반사특성(리턴로스, Return Loss)을 나타낸다. 위상보정회로를 설치하면 위상은 약간 앞서고 작은 반사손실을 나타내는 주파수는 저 주파수측으로 이동하며 그 절대값도 감소한다.
도 11 및 도 12는 위상보정회로로서 집중상수 인덕터(인덕턴스 L이 각각 0.5nH 및 1nH인 칩인덕터)를 설치한 경우의 고주파 스위치 모듈의 전기적 특성을 나타낸다. 도 11c 및 도 12c에 도시한 바와 같이, 인덕턴스가 커질수록 임피던스의 회전궤적이 작아지는 것을 알 수 있다. 또 도 11b 및 도 12b는 접속점(IP1)에서 수신회로(RX) 측을 보았을 때의 반사특성(Return Loss)을 나타낸다. 위상보정 회로를 설치하면 위상은 약간 앞서고 큰 반사손실을 나타내는 주파수는 저 주파수측으로 이동하며 절대값도 감소한다.
도 13 및 도14는 위상보정회로로서 용량 값(C)이 각각 5pF 및 15pF인 칩커패시터를 설치한 경우의 전기적 특성을 나타낸다. 도 13b 및 도 14b에 도시한 바와 같이, 칩커패시터의 용량 값이 작을수록 위상은 약간이지만 지연됨과 동시에 큰 반사특성을 나타내는 주파수는 고 주파수측으로 이동한다.
도 9d ∼ 도14d는 상기 고주파 스위치 모듈에서의 안테나로부터 수신회로에의 삽입손실 특성을 나타낸다. 고주파 스위치와 SAW 필터 사이에 위상보정회로를 설치하더라도 안테나로부터 수신회로에의 삽입손실 특성은 열화하지 않는 것을 알 수 있었다.
도 3 ∼ 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈을 상세하게 나타낸다. 이 고주파 스위치 모듈은 단일의 다원 접속방식으로 2개의 다른 통신방식을 취급하는 것이고, 제1 송수신 시스템은 EGSM900(송신주파수 880 ∼ 915MHz, 수신 주파수 925 ∼960 MHz), 제2 송수신 시스템은 GSM1800(송신주파수 1710 ∼ 1785MHz, 수신 주파수 1805 ∼ 1880MHz)이다. 도 3은 2개의 송수신 시스템을 취급하는 듀얼밴드용 휴대전화기용 RF 회로에 본 발명의 고주파 스위치 모듈을 이용한 경우의 회로 블록이다. 이 고주파 스위치 모듈은 ANT에 접속된 단자로부터 저주파측 제1 송수신 시스템(예를 들면 EGSM900)과 고주파측 제2 송수신 시스템(예를 들면 EGSM900의 대략 2배의 주파수대인 GSM1800)을 분파하기 위하여 저역통과필터와 고역통과필터로 구성된 분파기(DP)를 가진다.
분파기(DP)의 저역통과필터측 후단에는 제1 송수신 시스템(EGSM900)의 송신회로(EGSM900 TX)와 분파기를 접속하는 경로와, 제1 송수신 시스템의 수신회로(EGSM900 RX)와 분파기를 접속하는 경로를 전환하는 제1 고주파 스위치(SW1)를 가진다. 또 분파기의 고역통과필터측 후단에는 제2 송수신 시스템의 수신회로(GSMl800 RX)와 분파기를 접속하는 경로와, 제2 송수신 시스템의 송신회로(GSM1800 TX)와 분파기를 접속하는 경로를 전환하는 제2 고주파 스위치(SW2)를 가진다. 각각의 고주파 스위치(SW1, SW2)와 송신회로 사이에는 저역통과필터(fe1, fg1)가 배치되어 있고, 고주파 스위치와 수신회로 사이에는 SAW 필터(fe2, fg2)가 배치되어 있으며, 제1 고주파 스위치(SW1)와 SAW 필터(fe2) 사이에는 위상보정회로(LG4)가 배치되어 있고, 제2 고주파 스위치(SW2)와 SAW 필터(fg2) 사이에는 위상보정회로(LD4)가 배치되어 있다.
도 4는 상기 듀얼밴드 휴대전화기에 이용하는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례를 나타낸다. 도 4의 파선 외측의 커패시터(C)는 외부부착 부품으로서 회로기판상 등에 배치되지만, 이 외부부착 부품을 후술하는 적층체 내에 형성할 수도, 적층체 상에 탑재할 수도 있다.
안테나(ANT)에 접속된 분파기(DP)는 2개의 직렬 공진회로를 가지고 전송선로(LF2)와 커패시터(CF1)로 하나의 노치(notch)회로를 구성하고, 전송선로(LF3)와 커패시터(CF3)로 또 하나의 노치회로를 구성하고 있다. 한 쪽 노치회로는 안테나(ANT)의 후단에 저역통과필터로 기능하는 전송선로(LF1)와 접속하며, 전송선로(LF1)의 후단에서 전송선로(LE1)의 일단과 접지 사이에 배치된다.
또 한 쪽의 노치회로는 안테나(ANT)의 후단에 고역통과필터로 기능하는 커패시터(CF2)와 접속하고, 커패시터(CF2)의 후단에서 커패시터(CF2)의 일단과 접지 사이에 배치된다. 고역통과필터 특성을 향상시키기 위하여 커패시터(CF2)와 직렬로 커패시터(CF4)가 접속하고 있다. 커패시터(CF4)는 제2 고주파 스위치(SW2)의 DC컷(cut)용 커패시터로서도 기능한다. 이 구성에 의해, 분파기(DP)에서 원하는 주파수대로 광 대역인 삽입손실 특성을 나타내고, 불필요한 주파수대로 급준한 감쇠특성을 발현할 수 있으며, 분파특성이 우수한 분파기가 얻어진다.
제1 고주파 스위치(SW1)는 송신회로(EGSM900 TX)와 수신회로(EGSM900 RX)를 전환한다. 고주파 스위치(SW1)는 2개의 다이오드(DG1, DG2)와 2개의 전송선로(LG2, LG3)를 주 구성으로 하고, 다이오드(DG1)의 애노드는 안테나(ANT)에 접속하고 캐소드에는 송신회로(EGSM900 TX)가 접속하고 있다. 또한 다이오드(DG1)의 캐소드에 접지된 전송선로(LG2)가 접속하고 있다. 안테나(ANT)와 수신회로(EGSM900 RX) 사이에 전송선로(LG3)가 접속되어 있다. 전송선로(LG3)의 수신측에 다이오드(DG2)의 캐소드가 접속되어 있고, 다이오드(DG2)의 애노드와 접지 사이에 커패시터(CG4)가 접속되어 있으며, 그들의 사이에 다이오드 제어용 전압단자(VC1)가 저항(R)을 사이에 두고 배치되어 있다.
송신 시스템(송신회로 EGSM900 TX측)에서는 제1 고주파 스위치(SW1)의 다이오드(DG1)와 전송선로(LG2) 사이에 전송선로(LG1) 및 커패시터(CG1, CG2, CG3)로 이루어지는 저역통과필터(fe1)가 삽입되어 있다. 저역통과필터(fe1)는 송신(EGSM900 TX)와 전송선로(LG2) 사이에 배치할 수도 있다. 다이오드(DG2)의 캐 소드측에는 위상보정회로(LG4)를 사이에 두고 SAW 필터(fe2)가 접속되어 있다. 제1 고주파 스위치(SW1)와 분파기(DP)의 전송선로(LF1) 사이에는 DC컷용 커패시터(C1)가 배치되어 있다.
제2 고주파 스위치(SW2)는 송신회로(GSMl800 TX)와 수신회로(GSM1800 RX)를 전환하는 것이며, 2개의 다이오드(DD1, DD2)와 2개의 전송선로(LD2, LD3)를 주 구성으로 한다. 다이오드(DD1)의 애노드는 안테나(ANT)측에 접속하고 캐소드는 송신회로(GSM1800 TX)측에 접속되어 있다. 또한 다이오드(DD1)의 캐소드에 접지된 전송선로(LD2)가 접속되어 있다. 안테나(ANT)와 수신회로(GSM1800 RX) 사이에 전송선로(LD3)가 접속되고 그 수신측에 다이오드(DD2)의 캐소드가 접속되며 다이오드(DD2)의 애노드와 접지 사이에 커패시터(CD4)가 접속되고, 그들의 사이에 저항(R)을 사이에 두고 다이오드 제어용 전압단자(VC2)가 배치되어 있다.
송신 시스템(송신회로 GSM1800 TX측)에서, 고주파 스위치(SW)의 다이오드(DD1)와 전송선로(LD2) 사이에 전송선로(LD1)와 커패시터(CD1, CD2, CD3)로 이루어지는 저역통과필터(fg1)가 삽입되어 있다. 저역통과필터(fg1) 송신회로(TX)와 전송선로(LD2) 사이에 배치할 수도 있다. 다이오드(DD2)의 캐소드측에는 SAW 필터(fg2)가 위상보정회로(LD4)를 사이에 두고 접속되어 있다.
이 고주파 스위치 모듈의 동작 논리는 표 2에 나타내는 바와 같다. 예를 들면, 이 고주파 스위치 모듈에서 GSM1800의 송신신호를 안테나(ANT)로 보내는 경우, 제2 고주파 스위치(SW2)를 전환하기 위한 전압제어회로(VC2)로부터 양(+)의 전압을 부여함으로써 다이오드(DD1, DD2)를 온(ON) 상태로 한다. 온 상태로 된 다이오드(DD2)는 저 임피던스를 가지므로 전송선로(LD3)가 고주파적으로 접지되고, 또한 위상보정회로(LD4)를 구성하는 전송선로에 의해 공통단(IP1)에서 수신회로(GSM1800 RX)측을 본 송신주파수에서의 임피던스가 높아지며, 수신회로(GSM1800 RX)측에는 고주파신호(송신신호)는 나타나지 않는다. 또한 다이오드(DD1)는 온 상태로 되고, 저 임피던스가 되기 때문에 송신회로(GSM1800 TX)에서 오는 고주파신호는 분파기(DP)를 통과하여 안테나(ANT)에서 GSM1800 TX의 송신신호로서 방사된다.
[표 2]
Figure 112002020541266-pct00003
본 실시예에서는 SAW 필터(fe2, fg2)는 불평형 출력형이지만 휴대전화기의 수신회로에서 SAW 필터의 후단에 평형신호 입력의 저잡음증폭기(LNA)를 배치하는 경우, SAW 필터를 평형 출력의 SAW 필터로 할 수도 있다. 또한 전기적 특성의 개선을 위하여 SAW 필터의 평형 출력사이에 인덕터를 병렬로 배치하는 것이 바람직하고, 그 인덕터를 적층체 상에 칩인덕터로서 탑재하거나 적층체 내에 다른 전송선로와 동일하게 배치할 수도 있다.
도 4에 나타내는 등가회로를 가지는 고주파 스위치 모듈의 내부구조의 일례 를 도 5에 나타낸다. 또 도 6은 SAW 필터 및 다이오드를 실장한 고주파 스위치 모듈을 나타낸다. 이 고주파 스위치 모듈은 분파기(DP), 저역통과필터(fe1, fg1) 및 고주파 스위치(SW1, SW2)를 구성하는 전송선로를 적층체 내에 가지고, 다이오드, 칩커패시터, SAW 필터(fe2, fg2) 및 칩저항을 그 적층체 상에 탑재하여 전체로서 원칩(one chip)화하고 있다.
고주파 스위치 모듈의 적층체는 저온 소성이 가능한 세라믹 유전체의 그린시트(green sheet) 상에 Ag를 주체로 하는 도전페이스트를 인쇄하여 원하는 전극패턴을 형성하고, 전극패턴을 가지는 복수의 그린시트를 적절히 일체로 적층하여 소결함으로써 형성한다.
저온 소성이 가능한 세라믹 유전체 재료로는, 예를 들면 Al2O3을 주성분으로 하고 SiO2, SrO, CaO, PbO, Na2O 및 K2O 중 적어도 1종류를 부성분으로서 포함하는 저온 소결 유전체 세라믹 조성물, Al2O3을 주성분으로 하고 MgO, SiO2 및 GdO 중 적어도 1종류를 부성분으로서 포함하는 저온 소결 유전체 세라믹 조성물 등의 유전체재료나, Bi2O3, Y2O3, CaCO3, Fe2O3 , In2O3 및 V2O5 중 적어도 1종류를 포함하는 자성 세라믹재료가 있다. 이들 세라믹 유전체재료의 출발원료를 볼 밀(bowl mill)로 습식 혼합하고, 얻어진 슬러리(slurry)를 건조한 후, 700℃ ∼ 850℃ 온도로 소성하고 분쇄 건조하여 세라믹 분말을 형성한다. 이 세라믹 분말에 유기 바인더, 가소제 및 유기용제를 볼밀에 의해 혼합하고, 탈포기(脫泡機)로 점도를 조정한 후, 닥터 블레이드(doctor blade), 파이프 닥터 등 공지된 시트 성형방법에 의해 30 ∼ 250㎛의 세라믹 그린시트를 형성한다.
각 그린시트에 전송선로나 커패시터, 접속선로를 구성하는 전극패턴을 Cu나 Ag 등의 도전성 페이스트로 인쇄하고 전극패턴 사이를 접속하는 비어홀을 형성한다. 얻어진 전극패턴 첨부 그린시트를 겹쳐 80℃ 온도 및 12MPa 압력으로 열압착하여 적층체로 한다. 적층체를 소정 크기 및 형상으로 다이싱톱(dicing saw), 강철칼 등으로 절단하고, 900℃ ∼ 1000℃로 2 ∼ 8시간 소결한다. 이와 같이 하여, 예를 들면 6.7mm ×5.0mm ×0.6mm 사이즈의 적층체를 얻는다.
적층체의 내부구조를 이하 적층순서에 따라서 설명한다. 우선 최하층의 그린시트(14)의 이면에는 접지전극과 단자전극이 형성되어 있다. 그린시트(14)의 표면에는 접지전극이 거의 전체면에 형성되고, 전극패턴 사이를 적절히 접속하도록 직경 0.05 ∼ 0.2mm의 비어홀(도면 중 검은 동그라미로 표시)이 형성되어 있다. 이들 비어홀에는 Ag이나 Cu 등의 도체가 충전되어 있다.
그린시트(13)에는 분파기 및 저역통과필터를 구성함과 동시에 접지된 커패시터가 형성되어 있고, 그린시트(12, 11)에는 접지전극(GND) 및 저역통과필터(LPF)를 구성하는 커패시터가 형성되어 있다. 그린시트(6 ∼ 10)에는 고주파 스위치, 분파기 및 저역통과필터를 구성하는 전송선로와 위상보정회로로서의 전송선로(LD4)가 형성되어 있다.
그린시트(3 ∼ 5)에는 접지전극과 분파기의 커패시터 및 고주파 스위치의 접지에 접속된 커패시터가 형성되어 있다.
그린시트(2)에는 최상부 그린시트(1)에 형성된 탑재소자 접속용 랜드와의 배 선패턴과 함께 위상보정회로를 구성하는 전송선로(LD4)가 형성되어 있다. 전송선로(LD4)는 적층체에 탑재된 SAW 필터(fg2)와 접속하고 있다.
적층체의 상면에는 탑재소자 접속용 랜드와 함께 금속케이스를 접속하기 위한 랜드가 형성되어 있다. 적층체의 상면에는 4개의 다이오드, 2개의 SAW필터, 칩저항 및 칩커패시터가 탑재되며, Ni 클래드재(材)로 이루어지는 금속케이스를 씌운 후, 납땜하여 본 발명의 고주파 스위치 모듈이 얻어진다. 상기 칩커패시터 중 LG4를 위상보정회로로 하고 있다. 또 도 6에서는 부품 탑재의 상태를 알 수 있도록 금속케이스는 도시되어 있지 않다.
상기 실시예에서는 SAW 필터로서 소자를 금속케이스에 밀봉한 단체(單體) 디바이스, 이른바 관밀봉 패키지형 SAW 필터를 이용하고 있지만, 적층체의 적어도 일면에 SAW 필터를 구성하는 베어칩을 본딩 실장할 수도 있고, 적층체의 일부에 오목부(cavity)를 형성하여, 이 오목부에 SAW 필터를 배치할 수도 있다. SAW 필터를 노출 상태로 실장하는 경우에는 금속케이스로 밀봉함과 동시에 필요에 따라 아르곤가스나 질소가스로 SAW 필터의 주위를 불활성 분위기로 하면 된다.
이렇게 하여 작성한 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 TX-안테나(ANT) 사이의 삽입손실특성을 평가하였다. 또한 비교예로서, 전송선로(LD4)를 형성하지 않고서 단순히 비어홀로 고주파 스위치와 SAW 필터를 접속한 고주파 스위치 모듈을 제작하였다. 도 15a는 본 발명의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 TX-안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 나타내고, 도 15b는 종래의 고주파 스위치 모듈의 GSM1800 TX-안테나(ANT) 사이의 삽입손실 특성을 나타낸다.
본 발명에 의하면, 삽입손실 특성에서의 딥의 위치를 GSM1800 송신주파수로부터 충분히 떨어진 저주파측으로 이동시킬 수 있다. 또한 종래의 고주파 스위치 모듈에 비해 약 0.8dB 만큼 손실을 개선할 수 있었다. 또한 수신의 삽입손실은 종래의 것에 비해 동등한 수신신호 대역에서 최대 3.2dB의 결과를 얻었다.
상기 실시예에서는, GSM1800측 제2 고주파 스위치(SW2)와 SAW 필터(fg2)사이에 위상보정회로(LD4)가 배치되어 있지만, EGSM900측 제1 고주파 스위치(SW1)와 SAW 필터(fe2) 사이에 위상보정회로(LD4)를 적절히 배치할 수도 있으며, 위상보정회로(LD4)로서 칩인덕터를 이용하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 또한 위상보정회로(LD4)로서 커패시터를 이용하는 경우에는 상기 딥을 고주파측으로 이동시킬 수 있기 때문에, 이 경우도 동일하게 송신신호의 삽입손실 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
[2] 고주파 스위치 모듈의 평형출력화의 제1 실시예
도 16에 나타내는 회로를 가지고, 단일의 다원 접속방식으로 2개의 다른 통신방식을 취급하는 고주파 스위치 모듈을, 제1 송수신 시스템을 EGSM900(송신주파수 880 ∼ 915MHz, 수신 주파수 925 ∼ 960MHz), 제2 송수신 시스템을 GSM1800(송신주파수 1710 ∼ 1785MHz, 수신 주파수 1805 ∼1880MHz)로 하여 이하 상세하게 설명한다.
이 고주파 스위치 모듈은 분파기(DP), 이 분파기(DP)에서 오는 수신신호의 수신회로에의 신호경로와 송신회로에서 오는 송신신호의 분파기(DP)에의 신호경로를 전환하는 2개의 고주파 스위치(SW1, SW2), 저역통과필터(fe1, fg), 그리고 RF단 간 필터로서 불평형 입력-평형 출력형으로 평형-불평형 변환회로의 기능을 구비하는 SAW 필터(fe2, fg2)를 구비한다. 분파기(DP), 복수의 고주파 스위치(SW1, SW2) 및 SAW 필터(fe2, fg2)는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체 내에 일체로 내장되어 있고, 적층체의 외표면에는 수신회로(EGSM900 RX, GSM1800 RX)와 접속하는 평형단자가 설치되어 있다. 도 17은 도 16에 나타내는 회로를 가지는 고주파 스위치 모듈의 등가회로의 일례이다.
분파기(DP)는 복수의 필터회로로 이루어지고, 전송선로 및 커패시터로 구성되어 있다. 분파기(DP)는 EGSM900의 송수신신호를 통과시키지만 GSM1800의 송수신신호를 감쇠시키는 제1 필터회로와, GSM1800의 송수신신호를 통과시키지만 EGSM900의 송수신신호를 감쇠시키는 제2 필터회로를 구비한다.
이 실시예에서는, 제1 필터회로는 전송선로(LF1) 및 커패시터(CF1)가 병렬 접속되고 접지와의 사이에 커패시터(CF3)가 접속된 저역통과필터이다. 제2 필터회로는 전송선로(LF2) 및 커패시터(CF2)가 병렬 접속되고 접지와의 사이에 전송선로(LF3)가 배치되며 전송선로(LF2) 및 커패시터(CF2)에 커패시터(CF4)가 직렬로 접속된 고역통과필터이다. 이러한 구성에 의해, 제1 송수신 시스템인 EGSM900과 제2 송수신 시스템인 GSM1800의 수신신호를 분파할 수 있고, 제1 송수신 시스템(EGSM900)의 송신신호는 안테나(ANT)로 유도되고, 제2 송수신 시스템(GSM1800)의 송신신호도 제2 송수신 시스템( GSM1800)의 송수신회로로 우회하여 들어오지 않고 안테나(ANT)로 유도되어, 제1 송수신 시스템(EGSM900)의 송수신회로로 실질적으로 우회하여 들어오는 경우는 없다. 본 발명에서, 분파기(DP)는 상기 구성 이외에 대역통과필터, 대역제거필터(band elimination filter), 저역통과필터, 고역통과필터를 전술한 바와 같이 기능 하도록 적절히 조합할 수도 있다.
본 실시예에서는, 전송선로(LF3)에 의해 안테나로부터 오는 정전기(electrostatic discharge)를 접지로 방출할 수 있어, 다이오드나 SAW 필터의 정전파괴를 방지하고 있다.
분파기(DP)의 전송선로(LFl, LF2, LF3) 및 커패시터(CF1, CF2, CF3, CF4)는 적층체에 내장되어 있지만, 그 일부를 칩인덕터나 칩커패시터로 구성하여,적층체 외표면에 실장할 수도 있다.
스위치회로(SW1, SW2)는 분파기(DP)를 구성하는 제1 및 제2 필터회로의 후단에 배치되어 있다. 송신회로(EGSM900 TX)와 수신회로(EGSM900D)를 전환하는 제1 고주파 스위치(SW1)와 송신회로(GSM1800 TX)와 수신회로(GSM1800 RX)를 전환하는 제2 고주파 스위치(SW2)는 각각 다이오드와 전송선로를 주 구성으로 한다.
송신회로(EGSM900 TX)와 수신회로(EGSM900 RX)를 전환하기 위한 제1 고주파 스위치(SW1)는 2개의 다이오드(DG1, DG2) 및 2개의 전송선로(LG1, LG2)를 주 구성으로 한다. 다이오드(DG1)는 EGSM900의 송수신신호의 입출력단(IP2)과 EGSM900 TX 사이에 배치되고 다이오드(DG1)의 애노드는 입출력단(IP2)에 접속되며 다이오드(DG1)의 캐소드와 접지 사이에 전송선로(LG1)가 접속되어 있다. 입출력단(IP2)과 EGSM900 RX 사이에 전송선로(LG2)가 접속되고 전송선로(LG2)의 일단(EGSM900BX 측)에 다이오드(DG2)의 캐소드가 접속되며 다이오드(DG2)의 애노드와 접지 사이에 커패시터(CG6)가 접속되고, 상기 애노드와 제어회로(VC1) 사이에 저항(RG)이 접속되고 있다.
전송선로(LG1, LG2)는 각각의 공진주파수가 EGSM900의 송신신호 주파수대역 내가 되는 선로 길이를 가진다. 제l 필터회로와 EGSN1900 TX 사이에 삽입되는 저역통과필터(fe1)는 전송선로와 커패시터로 구성되어 있다. 도 17의 등가회로에서, 전송선로(LG3) 및 커패시터(CG3, CG4, CG7)로 구성된 π형 저역통과필터는 다이오드(DG1)와 전송선로(LG1) 사이에 배치되어 있다. 저역통과필터(fe1)는 고주파 스위치(SW1)를 구성하는 소자 사이에 복합적으로 구성되어 있지만, 고주파 스위치(SW1)의 후단 또는 전단에 저역통과필터(fe1)를 배치할 수도 있다. 전송선로(LG3) 및 커패시터(CG3, CG4, CG7)는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체에 내장되어 있다.
고주파 스위치(SW1)의 2개의 다이오드(DG1, DG2)는 적층체의 외표면에 탑재되어 있다. 전송선로(LG1, LG2) 및 커패시터(CG1, CG2, CG6)는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체에 내장되어 있다. 제어단자(VC1)와 접속하는 저항(RG)은 적층체에 내장할 수도, 적층체 상에 인쇄할 수도 또는 칩저항으로서 적층체 상에 탑재할 수도 있다.
전송선로(LG1) 및 커패시터(CG1, CG2, CG6)는 칩인덕터 및 칩커패시터로서 적층체의 외표면에 탑재할 수도 있고, 또 커패시터(CG2)는 고주파 스위치 모듈을 탑재하는 회로기판에 칩커패시터로서 배치할 수도 있다.
GSM1800의 수신회로(GSM1800 RX)와 송신회로(GSM1800 TX)를 전환하기 위한 제2 고주파 스위치(SW2)는 2개의 다이오드(DP1, DP2) 및 2개의 전송선로(LP1, LP2) 를 주 구성으로 한다. 다이오드(DP1)는 GSM1800의 송수신신호의 입출력단(IP1)과 GSM1800 TX 사이에 배치되고 다이오드(DP1)의 애노드는 입출력단(IP1)에 접속되며 다이오드(DP1)의 캐소드와 접지 사이에 전송선로(LP1)가 접속되어 있다. 입출력단(IP1)과 RX2 사이에는 전송선로(LP2)가 접속되고, 그 RX2측 전송선로(LP2)의 일단에 캐소드가 접속된 다이오드(DP2)가 배치되고 그 애노드와 접지 사이에 커패시터(CP6)가 접속되며 상기 애노드와 제어회로(VC2) 사이에 저항(RP)이 접속되어 있다.
전송선로(LP1) 및 전송선로(LP2)는 각각의 공진주파수가 GSMl800의 송신신호의 주파수대역 내가 될 수 있는 선로길이를 가진다. 제2 필터회로와 GSM1800 TX 사이에 배치된 저역통과필터(fg1)는 전송선로 및 커패시터로 구성되어 있다. 도 17에 나타내는 등가 회로도에서는, 전송선로(LP3) 및 커패시터(CP3, CP4, CP7)로 구성된 π형 저역통과필터는 다이오드(DP1)와 전송선로(LP1) 사이에 배치되어 있다. 저역통과필터(fg1)는 스위치회로(3)를 구성하는 소자 사이에 복합적으로 구성되어 있지만, 고주파 스위치(SW2)의 후단 또는 전단에 저역통과필터(fe1)를 배치할 수도 있다. 전송선로(LP3) 및 커패시터(CP3, CP4, CP7)는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체에 내장되어 있다.
고주파 스위치(SW2)의 2개의 다이오드(DP1, DP2)는 적층체의 외표면에 탑재되어 있다. 전송선로(LP1, LP2) 및 커패시터(CP2, CP6)는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체에 내장되어 있다. 제어단자(VC2)와 접속하는 저항(RP)은 적층체에 내장할 수도, 적층체 상에 인쇄할 수도 또는 칩저항으로서 적층체 상에 탑재할 수도 있다.
전송선로(LP1) 및 커패시터(CP2, CP6)는 칩인덕터나 칩커패시터로서 적층체의 외표면에 탑재할 수도 있고, 또한 커패시터(CP2)는 고주파 스위치 모듈이 탑재되는 회로기판에 칩커패시터로서 배치할 수도 있다.
고주파 스위치회로(SW1, SW2)의 후단에 배치된 SAW 필터(fe2, fg2)는 EGSM900의 수신신호, GSM1800의 수신신호 이외의 불필요한 주파수 성분, 고조파를 제거하는 기능을 가지고 적층체 상에 배치되어 있다. SAW 필터(fe2, fg2)로서 탄성표면파 소자를 세라믹 패키지에 밀봉한 면실장형 SAW 필터를 이용할 수도, 적층체에 오목부(Cavity)를 설치하고 탄성표면파 소자를 노출 상태로 본딩 실장할 수도 있다. SAW 필터(fe2, fg2)는 불평형 입력-평형 출력형의 SAW 필터이며, 이러한 평형-불평형 변환기능을 구비하는 SAW 필터를 LNA 등의 입력 임피던스나 출력 임피던스에 맞춰 선택하고, 평형- 불평형 변환회로로서 기능 시켰기 때문에 EGSM900와 GSM1800의 수신신호의 평형 출력단자를 구비한 6750 사이즈의 소형이면서 고성능인 고주파 스위치 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 고주파 스위치 모듈에 있어서 EGSM900 방식의 송신신호를 송신하는 경우, 전압단자(VCl)에 양(+) 제어전압을 인가하고, 전압단자(VC2)에 0V의 제어전압을 인가한다. 전압단자(VC1)로부터 인가된 정의 전압은, 커패시터(CG1, CG2, CG3, CG4, CG6, CG7) 및 SAW 필터(fe2)에 의해 직류분이 컷되어 다이오드(DG1) 및 다이오드(DG2)를 온 상태로 한다. SAW 필터(fe2)는 그 전극구조에 의해 직류를 흘리지 않는다. 다이오드(DG1)가 온 상태로 되면, 송신회로(EGSM900 TX)와 분파기(DP) 사이의 임피던스가 낮아진다. 한편, 온 상태로 된 다이오드(DG2) 및 커패시터(CG6)에 의해 전송선로(LG2)가 고주파적으로 접지됨으로써 공진하고, 입출력단(IP2)에서 수신회로(EGSM900 RX)측을 본 경우의 임피던스가 대단히 커진다. 그 결과, EGSM900 방식의 송신신호는 수신회로(EGSM900 RX)로 누설하지 않고 분파기(DP)로 전송되어 안테나(ANT)로부터 송신된다. 또한 다이오드(DP1, DP2)는 전압단자(VC2)로부터 인가된 0V의 전압에 의해 오프(OFF) 상태로 된다. 오프 상태로 된 다이오드(DP1)는 임피던스가 높기 때문에 송신회로(GSM1800 TX)에서 오는 누설신호는 차단되어 안테나(ANT)로부터 송신되지 않는다.
EGSM900의 수신신호를 수신하는 경우, 전압단자(VC1, VC2)에 0V의 전압을 인가한다. 그 결과, 다이오드(DG1, DG2)는 오프 상태가 된다. 또한 다이오드(DP1) 및 다이오드(DP2)도 오프 상태가 된다. 다이오드(DG1)가 오프 상태로 됨으로써 송신회로(EGSM900 TX)와 분파기(DP) 사이는 임피던스가 높아져 접속되지 않는다. 또한 오프 상태로 된 다이오드(DG2)에 의해 전송선로(LG2), SAW 필터(fe2) 및 평형-불평형 변환트랜스를 사이에 두고 분파기와 수신회로(EGSM900 RX)는 접속되고 수신 신호가 평형 출력된다.
GSM1800 방식의 송신신호를 송신하는 경우, 전압단자(VC1)에 0V의 전압을 인가하고 전압단자(VC2)에 양의 전압을 인가한다. 전압단자(VC2)로부터 인가된 양의 전압은 커패시터(CP2, CP3, CP4, CP6, CP7) 및 SAW 필터(fg2)에 의해 직류분이 컷되어 다이오드(DP1, DP2)은 온 상태로 된다. SAW 필터는 그 전극구조에 의해 직류를 흘리지 않는다. 다이오드(DP1)가 온 상태로 되면, 송신회로(GSM1800 TX)와 분 파기(DP) 사이의 임피던스가 낮아진다. 한편, 온 상태로 된 다이오드(DP2) 및 커패시터(CP6)에 의해 전송선로(LP2)가 고주파적으로 접지됨으로써 공진하고 입출력단(IP1)에서 수신회로(GSM1800 RX) 측을 본 경우의 임피던스는 대단히 커진다. 그 결과, GSM1800 방식의 송신신호는 수신회로(GSM1800 RX)로 누설하지 않고 분파기로 전송되어 안테나로부터 송신된다. 또한 다이오드(DG1, DG2)은 전압단자(VC1)로부터 인가된 0V의 전압에 의해 오프 상태로 된다. 오프 상태로 된 다이오드(DG1)는 임피던스가 높기 때문에 송신회로(EGSM900 TX)에서 오는 누설신호는 차단되어 안테나(ANT)로부터 송신되지 않는다.
GSM1800방식의 수신신호를 수신하는 경우, 전압단자(VC1, VC2)에 0V의 전압이 인가되어 다이오드(DP1, DP2)는 오프 상태가 된다. 또한 다이오드(DG1, DG2)도 오프 상태가 된다. 다이오드(DP1)가 오프 상태가 되면, 송신회로(GSM1800 TX)와 분파기(DP) 사이는 임피던스가 높아져 접속되지 않는다. 또한 오프 상태가 된 다이오드(DP2)에 의해 전송선로 (LP2), SAW 필터(fg2) 및 평형- 불평형 변환트랜스를 사이에 두고 분파기(DP)와 수신회로(GSM1800 RX)는 접속되어 수신신호가 평형 출력된다.
본 실시예에서 평형 출력되는 수신신호는 진폭 평형도가 ±1dB 이내이며, 위상 평형도가 180n ±10deg. 이내이다.
[3] 고주파 스위치 모듈의 평형출력화의 제2 실시예
전기와 같이, 회로소자를 적게 구성하려고 하면 평형-불평형 변환회로로서 SAW 필터를 이용하는 것이 바람직하지만, 필터로서 필요한 비(比)대역폭이나 삽입 손실 등의 전기적 특성이나 평형-불평형 변환회로로서 필요한 위상 평형도 및 진폭 평형도를 확보하면서 원하는 입출력 임피던스를 얻도록 구성하는 것이 용이하지 않은 경우가 있다. 이러한 경우, 평형-불평형 변환회로로서 평형-불평형 변환트랜스를 이용하고, 이것을 고주파 스위치 모듈에 복합화 하는 것이 바람직하다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고주파 스위치 모듈의 회로를 나타내고, 도 19는 본 발명의 그 등가회로를 나타낸다. 평형-불평형 변환기능 및 임피던스 변환기능을 가지는 평형-불평형 변환트랜스(BAL1, BAL2)를 불평형-불평형형의 SAW 필터(fe2, fg2)의 후단에 배치한다. 평형-불평형 변환트랜스(BAL1)는 전송선로(LG4, LG5, LG6)로 구성되고, 평형-불평형 변환트랜스(BAL2)는 전송선로(LP4, LP5, LP6)로 구성되어 있다. 이들 전송선로는 복수의 유전체층으로 이루어지는 적층체에 내장되어 있다.
도 20은 이러한 고주파 스위치 모듈의 평면도이며, 도 21은 그 사시도이고, 도 22는 그 적층체의 내부구조를 나타낸다. 이 실시예에서는, 분파기(DP)를 구성하는 제1 및 제2 필터회로, 저역통과필터(fe1, fg1), 고주파 스위치(SW1, SW2)의 전송선로, 평형-불평형 변환트랜스(BAL1, BAL2)의 전송선로는 적층체 내에서 스트립라인으로서 구성되어 있고, 다이오드, SAW 필터, 고용량 값의 커패시터 및 저항은 칩커패시터 및 칩저항으로서 적층체 상에 탑재되어 있다. 그 결과, 원 칩화한 6750 사이즈의 고주파 스위치 모듈이 구성된다.
이 적층체의 내부구조를 도 22에 의해 설명한다. 이 적층체는 저온 소성이 가능한 세라믹 유전체재료로 이루어지고 두께가 30 ∼ 200㎛인 그린시트 상에 Ag를 주체로 하는 도전 페이스트를 인쇄하여 원하는 전극패턴을 형성하고, 적절히 적층하여 일체 소성함으로써 구성된다. 라인전극의 폭은 100 ∼ 400㎛ 이다. 전극패턴은 접지전극(GND) 및 전송선로를 구성하는 라인전극, 커패시터를 구성하는 커패시터전극, 회로소자 사이를 전기적으로 접속하는 접속선로(회로소자 사이를 접속하기 위한 전극)를 구성한다. 적층체에 배치된 전극패턴은, 스루홀전극(도면 중 검은 동그라미로 나타낸다) 및 상기 접속전극을 사이에 두고 적절히 접속되어 제1 및 제2 스위치회로(SW1, SW2)용 전송선로나 커패시터, 분파기의 전송선로나 커패시터, 평형-불평형 변환트랜스의 전송선로나 커패시터를 형성하고 있다. SAW 필터의 접지단자는, 적층체 내에 형성된 접지전극과 스루홀이나 외부전극 등의 접속수단에 의해 전기적으로 접속되고, 평형-불평형 변환트랜스는 스위치회로 및 분파기와 접지전극을 공유하고 있다.
또한 평형-불평형 변환트랜스의 입력측에 접지와 접속하는 커패시터(CG8, CP8) 및 평형단자 사이에 커패시터(CG5, CP5)가 배치되어 있다. 한정된 면적의 적층체 내에 평형-불평형 변환트랜스의 전송선로를 내장하는 경우, 필요한 길이의 전송선로를 형성할 수 없어, 원하는 턴수 비가 얻어지지 않는 경우나 평형측 전송선로(LG5, LG6) 및 전송선로(LP5, LP6)를 대칭으로 하기 어려운 경우가 있다. 이러한 경우에는, 필요한 입출력 임피던스, 위상 평형도 및 진폭 평형도가 얻어지지 않기 때문에 그들의 조정을 위하여 커패시터를 부가한다. 커패시터는 적층체에 내장할 수도 있고, 적층체 상에 칩커패시터로서 탑재할 수도 있다. 평형-불평형 변환트랜스의 접지는 다른 회로부품과 공통화 하고 있다.
본 실시예에서는, 적층체 상에 다이오드(DG1, DG2, DP1, DP2), 칩커패시터(CG1, CG2, CP2), 칩저항(RG, RP) 및 면실장형 SAW 필터(fe2, fg2)를 탑재한다. 평형-불평형 변환회로로서 평형-불평형 변환트랜스를 적층체에 다른 회로와 일체화하면, 각 송수신 시스템에서 우수한 삽입손실 특성, 아이솔레이션 특성이 얻어짐과 동시에 평형 입력형의 고주파 부품(LNA)과 접속하기 위한 평형 출력단자를 구비하는 소형이면서 고성능인 고주파 스위치 모듈을 얻을 수 있다. 이 경우도, 평형 출력되는 수신신호는 진폭 평형도가 ±1dB 이내이며, 위상 평형도가 180 ±10deg.이내이다.
평형-불평형 변환트랜스는 도 19에 나타내는 트리파일러형 이외에도 여러 가지 구성이 있으며, 도 23a 및 도 23b에 평형-불평형 변환트랜스의 등가회로의 다른 형태를 나타낸다.
예를 들면 도 19에서, EGSM900 TX 모드로 전압단자(VC1)에 양의 전압이 부여된 경우, GSM1800의 송수신 시스템에 접속하는 고주파 스위치(SW2)의 다이오드(DP1, DP2)는 무(無)바이어스상태이다. 여기서 어떠한 원인으로 고주파 스위치(SW2)에 우회하여 들어온 EGSM900 TX의 송신신호가 다이오드(DP1)에 도달하면, 다이오드(DP1)가 불안정한 전위상태로 인해 비선형 동작을 하여 고조파를 발생할 우려가 있다. 도 24에 나타내는 고주파 스위치 모듈은 이러한 고조파의 발생을 완전히 방지하는 것이다. 구체적으로는, 도 24에 나타내는 구성의 고주파 스위치(SW1, SW2)로서는 저항(R)에 의해 발생한 전압은 이것과 반대극성의 다이오드(DP1)에 인가되고 다이오드(DP1)는 역 바이어스되어 안정된 전위상태로 되어 고 조파의 발생을 방지한다.
[4] 고주파 스위치 모듈의 평형출력화의 제3 실시예
본 실시예의 고주파 스위치 모듈의 회로를 도 25에 나타낸다. 이 고주파 스위치 모듈은 단일의 다원 접속방식으로 3개의 다른 통신방식을 취급하는 것으로, 제1 송수신 시스템(예를 들면 EGSM900 송신주파수 880 ∼ 915MHz, 수신주파수 925 ∼960 MHz)의 송신회로와 수신회로를 전환하는 제1 고주파 스위치(SW1), 제2 및 제3 송수신 시스템의 송신회로, 제2 송수신 시스템(GSM1800 송신주파수 17l0 ∼ 1785MHz, 수신주파수 1805 ∼ 1880MHz)의 수신회로, 그리고 제3 송수신 시스템(PCS 송신주파수 1850 ∼ l910MHz, 수신주파수 1930 ∼ 1990MHz)의 수신회로를 전환하는 제2 고주파 스위치(SW2)를 구비한다. 제2 송수신 시스템의 송신회로와 제3 송수신 시스템의 송신회로는 공통화 되어 있고, 고주파 스위치(SW2)와 SAW 필터(f2) 사이에 위상보정회로(LD4)가 배치되어 있다. SAW 필터(f2)는 불평형 입력-평형 출력형이며, 그 평형 출력단에 인덕터가 배치되어 있다. 또 고주파 스위치(SW1, SW2)는 본 발명자들이 먼저 제안한 것(WO00/55983 참조)과 동일한 것이어도 되기 때문에 설명을 생략한다.
도 26은 도 25에 나타내는 고주파 스위치 모듈의 등가회로를 나타내고, 도 27은 고주파 스위치 모듈의 외관을 나타내며, 도 28은 그 적층체의 내부 구조도를 나타낸다.
SAW 필터(fg2)는 전송선로에 의해 구성된 위상보정회로(LD4)를 사이에 두고 고주파 스위치와 접속하고 있다. SAW 필터(fe2, fg2)의 평형 출력단 사이에는 각 각 인덕터(LG, LD)가 병렬로 접속되어 있다.
인덕터(LG, LD)의 인덕턴스는 사용되는 주파수에 따라서 적절히 선정되지만, 예를 들면 GSM1800에서는 10 ∼ 30nH 정도, 800MHz대의 EGSM900에서는 30 ∼ 60nH 정도가 추천 권장된다. 본 실시예에서는, 인덕터(LG, LD)를 칩인덕터로서 적층체 상에 탑재하고 있기 때문에 칩인덕터를 교환하면 인덕턴스를 미세 조정할 수 있다. 인덕터를 적층체에 미앤더형, 코일형, 스파이럴형 등의 전송선로 패턴으로 형성할 수도 있으며, 또한 적층체 상에 상기 패턴의 적어도 일부를 형성하면 트리밍(trimming)에 의해 인덕턴스를 미세 조정할 수 있고 인덕터를 실장하는 면적을 줄일 수 있으며 고주파 스위치 모듈을 더욱 소형화 할 수 있기 때문에 바람직하다.
SAW 필터(fe2, fg2)는 관밀봉의 SAW 필터이지만, 하나의 패키지에 복수의 송수신 시스템, 예를 들면 EGSM900용, GSM1800용 2개의 필터를 가지는 복합형 SAW 필터라고 하면 2개의 단체형의 SAW 필터를 이용하는 경우보다도 적층체에서의 실장 면적을 30% 정도 삭감할 수 있다.
SAW 필터를 구성하는 탄성표면파 소자를 BGA(BAll Grid Array)의 베어칩이나 LGA(Land Grid Array)의 베어칩으로 하여 적층체에 형성한 오목부(Cavity)에 배치하고, 적층체의 전송선로 등과 범프 접속하면 관 밀봉형의 SAW 필터에서의 와이 본딩용 용 리드선이나 몰드수지 때문에 기생 인덕턴스나 커패시터 성분을 매우 작게 할 수 있고, 또한 페이스다운 실장하면 적층체의 주면을 평탄하게 할 수 있으며 마운터 등에 의한 취급이 용이하게 된다. 그 밀봉은 밀봉금속으로 기밀 밀봉하는 방 법이나 밀봉수지에 의한 방법이 있다.
본 실시예에 의하면, 도 29 ∼ 도 33의 주파수 특성 도면에 도시한 바와 같이 SAW 필터의 대역 내 리플을 2.0dB 이하로 구성할 수 있어 수신신호의 품질 열화를 방지할 수 있다. 또한 SAW 필터의 평형 출력단과 고주파 스위치 모듈의 실장기판과의 접속용 외부단자 사이에 배치되는 전송선로(LG4, LG5, LP4, LP5)의 선로 길이를 적절한 조정함으로써 평형 출력되는 수신 신호의 진폭 평형도는 ±1dB 이내가 되고, 위상 평형도는 180 ±10deg. 이내가 되어, 6750 사이즈의 소형 고주파 스위치 모듈이 얻어진다.
본 발명을 상기 실시예에 의해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 도 34에 도시한 바와 같은 고주파 스위치 모듈이나, 위상기(位相器)와 SAW 필터를 조합한 SAW 분파기를 구비하는 고주파 스위치 모듈에도 적응할 수 있다. 또한 PA(전력증폭기), LNA(저잡음증폭기), 믹서(mixer) 및 아이솔레이터 중 적어도 하나를 추가할 수도 있다. 이와 같이 본 발명은, 그 사상의 범위 내에서 여러 가지 구성의 고주파 스위치회로에 적용 가능하다는 것을 이해하여야한다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명의 고주파 스위치 모듈은, 고주파 스위치와 SAW 필터 등의 다른 고주파 부품이 복합 일체화되어 있고, 소형이면서 전기적 특성이 우수하며, 싱글밴드 휴대전화기, 멀티밴드 휴대전화기 등의 휴대통신기에 이용할 수 있다. 또한 평형-불평형 변환회로(또는 평형-불평형 변환회로 및 임피던스 변환회로)를 구비하면, 휴대전화기 등의 휴대통신기의 RF 회로부에서 임피던스 정합하기 위한 커패시터, 인덕터 등의 부속부품을 감소시킬 수 있어 회로의 소형화 및 회로배치의 융통성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 고주파 스위치 모듈을 이용한 휴대통신기를 더욱 소형·경량화할 수 있다.

Claims (18)

  1. 안테나와 송신회로와 수신회로 사이에 접속되고 복수의 스위칭소자를 구비하는 고주파 스위치회로와, 상기 고주파 스위치회로와 상기 수신회로 사이에 접속된 탄성표면파필터를 구비하고 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층으로 구성된 적층체를 다층 기판으로 하는 고주파 스위치 모듈로서,
    상기 스위치회로와 상기 탄성표면파필터 사이에 위상보정회로가 배치되어 있고,
    상기 고주파 스위치회로는 제1 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 상기 적층체의 상기 전극패턴에 의해 구성되어 있으며,
    상기 탄성표면파필터는 상기 적층체 상에 실장되어 있는
    고주파 스위치 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 고주파 스위치는,
    상기 송신회로와 상기 안테나 사이에 배치된 제1 스위칭소자,
    상기 제1 스위칭소자의 송신회로측을 접지하는 제1 전송선로 또는 인덕터,
    상기 안테나와 상기 수신회로 사이에 배치된 제2 전송선로, 그리고
    상기 제2 전송선로의 수신회로측을 접지하는 제2 스위칭소자
    를 구비하고,
    상기 위상보정회로는 상기 제2 전송선로에 직렬 접속되어 있는
    고주파 스위치 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 위상보정회로는 전송선로, 인덕터 및 커패시터로부터 선택된 적어도 하나에 의해 구성되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 위상보정회로는 칩부품으로서 상기 적층체 상에 실장되거나 상기 적층체 내에 형성되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 고주파 스위치회로와 상기 수신회로 사이에 평형형회로와 불평형형회로를 접속하기 위한 평형-불평형 변환회로가 형성되어 있으며, 상기 평형-불평형 변환회로는 불평형 입력·평형 출력의 탄성표면파필터인 고주파 스위치 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 탄성표면파필터는 상이한 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 가지며 임피던스 변환회로로서 기능하는 고주파 스위치 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 탄성표면파필터의 평형 출력단의 근방에 상기 평형 출력단에 병렬로 인덕터가 배치되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  8. 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층로 구성된 적층체를 다층 기판으로 하는 고주파 스위치 모듈로서,
    송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로, 그리고
    상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속되고 평형형회로와 불평형형회로를 접속하는 평형-불평형 변환회로
    를 구비하며,
    상기 고주파 스위치회로는 제1 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 상기 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되며,
    상기 평형-불평형 변환회로는 불평형 입력-평형 출력의 탄성표면파필터이고 상기 적층체 상에 실장되어 있는
    고주파 스위치 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 탄성표면파필터는 상이한 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 가지며 임피던스 변환회로로서 기능하는 고주파 스위치 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 탄성표면파필터의 평형 출력단의 근방에 상기 평형 출력단에 병렬로 인덕터가 배치되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 탄성표면파필터와 상기 탄성표면파필터의 평형 출력단에 병렬로 배치된 인덕터가 상기 적층체 내에 형성한 접속선로에 의해 접속되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  12. 제10항 또는 제11항에서,
    탄성표면파필터의 평형 출력단에 대하여 병렬로 배치된 인덕터가 칩인덕터이며 상기 적층체 상에 실장되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  13. 제10항 또는 제11항에서,
    탄성표면파필터의 평형 출력단에 대하여 병렬로 배치된 인덕터가 코일형상, 미앤더형상 또는 스파이럴형상의 전송선로로 이루어지고, 상기 적층체 내에 형성되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  14. 전극패턴을 가지는 복수의 유전체층로 구성된 적층체를 다층 기판으로 하는 고주파 스위치 모듈로서,
    송수신 시스템의 송신회로와 수신회로를 전환하는 고주파 스위치회로,
    상기 고주파 스위치회로의 수신계에 접속된 탄성표면파필터,
    상기 탄성표면파필터에 접속된 평형-불평형 변환회로
    를 구비하며,
    상기 고주파 스위치회로는 스위칭소자, 제1 전송선로 및 제1 커패시터를 주요소자로 하고, 상기 제1 전송선로 및 상기 제1 커패시터의 적어도 일부는 상기 적층체의 상기 전극패턴으로 구성되고,
    상기 평형-불평형 변환회로는 평형-불평형 변환트랜스이며, 상기 평형-불평형 변환트랜스는 제2 전송선로를 주요소자로 하고, 상기 제2 전송선로는 상기 적층체의 상기 전극패턴으로 형성되어 있는
    고주파 스위치 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 고주파 스위치회로와 상기 탄성표면파필터 사이에 위상보정회로를 구비하는 고주파 스위치 모듈.
  16. 제15항에서,
    상기 위상보정회로는 상기 전극패턴으로 형성된 전송선로 또는 커패시터로 구성되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  17. 제15항 또는 제16항에서,
    상기 위상보정회로는 상기 적층체 상에 실장된 칩인덕터 또는 칩커패시터로 구성되어 있는 고주파 스위치 모듈.
  18. 제1항,제8항 또는 제14항 중 어느 한 항에서,
    상기 적층체는 대향하는 주면(主面)과 양 주면 사이를 연결하는 측면을 가지고,
    상기 탄성표면파필터는 베어칩으로서 적어도 한 쪽 주면에 페이스다운 실장되어 있는 고주파 스위치 모듈.
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