特許 6346327 デュプレクサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6346327

(24)【登録日】2018年6月1日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】デュプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/52 20150101AFI20180611BHJP

   H01P 1/213 20060101ALI20180611BHJP

【ＦＩ】

   H04B1/52

   H01P1/213 P

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-34747(P2017-34747)

(22)【出願日】2017年2月27日

(62)【分割の表示】特願2015-528929(P2015-528929)の分割

【原出願日】2013年7月29日

(65)【公開番号】特開2017-139770(P2017-139770A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2017年3月27日

(31)【優先権主張番号】102012107877.7

(32)【優先日】2012年8月27日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500480274

【氏名又は名称】スナップトラック・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】シュミートハマー， エドガー

(72)【発明者】

【氏名】エラ ユハ

【審査官】 前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００７０２３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２６７３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００１９６１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０７８０９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５２６１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０３８９９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５０２２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０５７５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １／５２

Ｈ０１Ｐ １／２１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デュプレクサであって、
１つの第１のハイブリッドと１つの第２のハイブリッドとを備え、当該第１のハイブリッドおよび当該第２のハイブリッドの第１の接続端子が入力接続端子となっており、当該第１のハイブリッドおよび当該第２のハイブリッドの第３の接続端子がアイソレーション端子となっており、当該第１のハイブリッドおよび当該第２のハイブリッドは、９０°位相差のある出力をそれぞれの第２の接続端子および第４の接続端子に出力するように構成されており、１つのアンテナ接続端子が当該第１のハイブリッドの第１の接続端子と回路接続されており、
１つの第１の受信フィルターが、前記第１のハイブリッドの前記第３の接続端子と１つの受信接続端子との間に回路接続されており、
１つの第１の送信フィルターが、前記第１のハイブリッドの前記第４の接続端子に回路接続されており、
１つの第２の送信フィルターが、前記第１のハイブリッドの前記第２の接続端子に回路接続され、１つの送信接続端子が前記第２のハイブリッドの前記第１の接続端子に回路接続されており、
１つの第１の電力増幅器（ＰＡ）が、前記第１の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの第２の接続端子との間に回路接続され、１つの第２の電力増幅器（ＰＡ）が、前記第２の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第４の接続端子との間に回路接続されており、
１つの第１のマッチングネットワーク（ＭＮ）が、前記第１の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第２の接続端子との間に回路接続され、１つの第２のマッチングネットワーク（ＭＮ）が前記第２の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第４の接続端子との間に回路接続されている
ことを特徴とするデュプレクサ。

【請求項2】

前記第１の電力増幅器（ＰＡ）は、前記第１の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第２の接続端子との間に回路接続されており、
前記第２の電力増幅器（ＰＡ）は、前記第２の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第４の接続端子との間に回路接続されており、
さらに前記デュプレクサは、前記送信接続端子と前記第２のハイブリッドの前記第１の接続端子との間に回路接続された１つの第３の電力増幅器（ＰＡ）を備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のデュプレクサ。

【請求項3】

前記第１のマッチングネットワーク（ＭＮ）は、前記第１の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第２の接続端子との間に回路接続されており、
前記第２のマッチングネットワークは、前記第２の送信フィルターと前記第２のハイブリッドの前記第４の接続端子との間に回路接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。

【請求項4】

前記第１のハイブリッドの前記第３の接続端子とグラウンドとの間に１つの抵抗素子をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデュプレクサ。

【請求項5】

前記第１および第２のハイブリッドが同一の構造を有し、および／または前記第１および第２の送信フィルターが同一の構造を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデュプレクサ。

【請求項6】

前記受信フィルターと前記受信接続端子との間に回路接続された１つの低雑音増幅器をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデュプレクサ。

【請求項7】

前記第２のハイブリッドの前記第３の接続端子とグラウンドとの間に回路接続された１つのインピーダンス素子をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデュプレクサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はデュプレクサに関し、たとえばモバイル通信装置用のデュプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

モバイル通信装置におけるデュプレクサは、送信信号路からの大きな出力の送信信号が、受信信号路に侵入できず、むしろアンテナを介して放射されることを確実にするための周波数分離器（Frequenzweichen）である。さらにこのアンテナで受信された信号は、できる限り少ない損失でこの受信信号路に導かれなければならない。

【0003】

このためデュプレクサは大きな絶縁性、すなわち送信信号路と受信信号路との間の良好な分離度を備えなければならない。さらにデュプレクサは大きな選択度、すなわち透過周波数に対する小さな挿入損失および阻止周波数に対する大きな挿入損失を備えなければならない。

【0004】

モバイル通信装置においては、さらに加えて、マッチングされていないアンテナインピーダンスを有するアンテナは、大きな送信電力を必要とし、これによって大きな電流消費を必要とする。このためデュプレクサは、アンテナのミスマッチングがこの送信信号路における送信増幅器の動作を阻害しないように、アンテナと少なくとも送信信号路とを、できるかぎりデカップリングしなければならない。アンテナのミスマッチングに対する送信信号路の不感受性もまた高められなければならない。

【0005】

特許文献１には、インピーダンスマッチングされていないアンテナに対し送信信号路の高い絶縁性，高い選択度，および良好なデカップリングを可能とする回路装置が開示されている。

【0006】

さらに設置面積の小さいデュプレクサを提供することが要求されている。さらに、このようなデュプレクサは安価に製造され、かつ大きな電力耐性（Leistungsvertraglichkeit）を備えていなければならない。また長寿命および良好な線形性も要望されている。

【0007】

デュプレクサとは、デュプレクサ回路の回路素子を含み、かつデュプレクサデバイスとして実現されている技術的製品のことである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】独国特許公開公報第１０２０１００４６６７７Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって本発明の課題は、上記のようなデュプレクサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題は、請求項１に記載のデュプレクサによって解決される。従属項は有利な実施例を提示し、これらの従属項に含まれる特徴および以下に説明する特徴は互いに独立して組み合わせることができ、個別に適合したデュプレクサが得られる。

【0011】

デュプレクサは、１つのアンテナ接続端子，１つの送信接続端子，および１つの受信接続端子を備える。さらにこのデュプレクサは、２つの送信フィルターおよび１つの受信フィルターを備え、さらに第１および第２の９０°ハイブリッドを備える。ここでこれら２つのハイブリッドの各々は、それぞれ第１，第２、第３，および第４の接続端子を有する。アンテナ接続端子は、第１のハイブリッドの第１の接続端子と回路接続されている。受信フィルターは、第１のハイブリッドの第３の接続端子と受信接続端子の間に回路接続されている。送信フィルターの１つは、第１のハイブリッドの第４の接続端子と第２のハイブリッドの第２の接続端子との間に回路接続されている。もう１つの送信フィルターは、第１のハイブリッドの第２の接続端子と第２のハイブリッドの第４の接続端子との間に回路接続されている。送信接続端子は、第２のハイブリッドの第１の接続端子と回路接続されている。

【0012】

上記のデュプレクサは、第１の担体基板を有するデバイスを備えてよい。この場合送信フィルターの導電体パターンは、この第１の担体基板上に配設されている。

【0013】

従来のデュプレクサ回路は、送信フィルター，受信フィルター，およびインピーダンスマッチング回路を、これらの回路部品の所望の、また調整された相互作用がデュプレクサの透過特性となるように構成しかつ互いに回路接続するというアイデアに基づいている。具体的には、このインピーダンスマッチング回路は受信フィルターと組み合わされて、送信信号周波数のインピーダンスを変化するように働き、上記の送信信号路と受信信号路との間の良好な絶縁が得られるようにする。

【0014】

これに対して本発明は、送信フィルターおよび受信フィルター、場合によってはマッチング用部品を互いに分離するというアイデアに基づいている。そしてアンテナのミスマッチングが、送信信号路における送信信号増幅器の動作への悪影響が僅かであるか、あるいは全く無いようにする。この分離を達成するため、最初に述べたハイブリッドは、最初に述べたように互いに回路接続される。こうして少なくともこの送信信号路のアンテナミスマッチング不感受性が達成される。

【0015】

特許文献１の回路装置も、同様にフィルターの分離のためのハイブリッド（複数）を備えている。ただし少なくとも３つのハイブリッドおよび４つのシングルフィルターのＲＦフィルター、すなわち３つのハイブリッドおよび２つの完全なデュプレクサ回路がこのフィルターの分離のために必要となっている。これに対して、本発明のデュプレクサは、このフィルターの分離のために２つのハイブリッドと３つのシングルフィルターのみを必要とする。位相シフトネットワークの実現のために必要なアンテナコイルは、極めて容易に実装される。すなわち本発明は、同等な性能の場合に、５０％まで省部品化および省スペース化が可能なデュプレクサを提供するものである。

【0016】

受信周波数では、送信フィルターは反射性であってよい。アンテナによって受信された受信信号は、次に第１のハイブリッドから２つの送信フィルターに出力される。これらの信号はこれらの送信フィルターで反射され、再び第１のハイブリッドを通過してこのハイブリッドの第３の接続端子を介して受信フィルターに到達する。上記の送信接続端子からデュプレクサにカップリングされた、受信周波数の周波数成分を含む信号は、第２のハイブリッドを介して上記の反射性の送信フィルターに導かれて反射され、これらの信号がこの第２のハイブリッドを再び通過してグラウンドへ逃がされる。送信周波数領域の送信信号は、今度は上記の２つの送信フィルターを通過することができ、上記の第１のハイブリッドを通過して、直接アンテナに導かれる。

【0017】

すなわちアンテナと送信接続端子との間には、２つの９０°ハイブリッドが回路接続されており、これらのハイブリッドは、ある程度のアンテナミスマッチングに対して要求される送信信号路の不感受性のために必要なデカップリングの動作を行う。受信信号周波数でのフィルターの反射性は、この送信周波数領域の外側の周波数でのデュプレクサの極めて良好な絶縁の作用を生じる。上記の特許文献１の回路装置と比較して、回路接続された部品の数が低減されて、対応する１つのデバイスのデバイス形状寸法、たとえば設置面積や部品高さが低減されている。他方では部品数の減少によって、このデュプレクサの温度上昇が低減され、電力耐性が改善されて寿命が長くなる。さらにこれを用いたデバイスの線形性の改善も得られる。さらにこれを用いたデバイスの製造コストが低減される。一方でこの長い寿命と改善された電力耐性によって、また他方で低減された部品数によって、このデュプレクサの信頼性が高められる。

【0018】

このデュプレクサの１つの実施形態においては、このハイブリッドの第１の接続端子（複数）は、入力接続端子（複数）である。出力接続端子であってよい、第２の接続端子と第４の接続端子の出力信号間には、約９０°の位相差がある。

【0019】

この際ハイブリッドとして、４つの接続端子およびこれらの接続端子の２つの間の約９０°の位相差を有する全ての電力分配回路（Leistungsteilerschaltungen）に用いられる。

【0020】

これらのハイブリッドは、特に１つの多層基板に集積された信号路と容量性または誘導性の回路部品を備えてよい。

【0021】

１つの実施形態においては、デュプレクサは、第２のハイブリッドの第３の接続端子をグラウンドと回路接続するインピーダンス素子を備える。このインピーダンス素子は抵抗素子であってよく、この抵抗素子を介して、受信周波数での信号が送信信号路からグラウンドに逃がされる。

【0022】

本発明によるデュプレクサの１つの実施形態においては、これらのハイブリッドの各々は、第１の接続端子に印加されるＨＦ電力（HF-Leistung）を等しく分配して、接続端子２および４に出力する。こうしてハイブリッドは、接続端子１，２，および４に対して、少なくとも送信周波数または受信周波数の近傍のＨＦ信号で、３ｄＢの電力分配回路として振る舞う。

【0023】

１つの実施形態においては、２つのハイブリッドおよび／または２つの送信フィルターは、同一の構成を有している。

【0024】

こうしてデュプレクサの開発と最適化のコストが低減される。

【0025】

１つの実施形態においては、受信信号は、第１のハイブリッドから送信フィルターに、接続端子２および４から送信される。これらの受信信号は、送信フィルター（複数）で反射され、第１のハイブリッドの第３の接続端子を介して受信フィルターに送信される。

【0026】

１つの実施形態においては、特にこの送信フィルターの通過帯域にないような送信信号（複数）は、第１のデュプレクサの第３の接続端子で互いに打ち消し合う。場合によって残った部分は、グラウンドに逃がされる。

【0027】

１つの実施形態においては、１つの送信周波数帯における送信フィルターでの定在波比は、１つの受信周波数帯域での受信路における定在波比より小さな変動を受ける。

【0028】

最初に述べたように、２つのハイブリッドは、アンテナがマッチングされていない場合にこのアンテナから送信接続端子をデカップリングする。ここでこのマッチングの程度が、定在波比（英表記：ＳＷＲ＝Standing Wave Ratio）となる。したがってこの定在波比は、送信信号に対して、望ましくない定在波比がどの程度送信信号路における増幅器の大きな出力を必要とするかを示す重要なものである。特にモバイル通信装置では、有限なエネルギー量のみが利用可能であるので、送信信号路における条件を満たす定在波比は特に重要である。

【0029】

本発明は、このような条件を満たす定在波比を可能とするものであり、これにより電力増幅器（Leistungsverstarker）の効率を高めるためのエンベロープトラッキングを有意義に利用することができる。この電源電圧変調では、基本的に送信信号のエンベロープが解析される。このエンベロープが、ｘ軸からの小さな距離を有しているほど、小さなＨＦパワーが放射される。送信信号路の電力増幅器の電源電圧が低減されると、この電力増幅器はより良い効率で動作し、こうして全体のエネルギーが節約される。

【0030】

このため１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、送信電力が送信信号のエンベロープに基づいて制御される制御ループを備える。

【0031】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、送信接続端子と第２のハイブリッドとの間に回路接続されている電力増幅器を備える。

【0032】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、同相電力増幅器（In-Phase-Leistungsverstarker）およびクアドラチャ電力増幅器（Quadrature-Leistungsverstarker）を備える。この同相電力増幅器は、上記の第１の送信フィルターと共に、上記のハイブリッド(複数）の間の送信信号路の２つの平行なセグメントの１つとして回路接続されていてよく、これに対しクアドラチャ電力増幅器は、常にそれぞれ別の送信フィルターと共に上記の２つのハイブリッドの間の常に別の平行なセグメントとして回路接続されていてよい。

【0033】

ここでこれら２つの電力増幅器の各々は、従来のデュプレクサ回路と比較して半分のＨＦ電力を取り扱うので、このデュプレクサの線形性が改善される。

【0034】

この線形性は、特にトリプルビート特性およびＩＭＤ特性に関して改善される。

【0035】

トリプルビート特性では、３つの信号、たとえば２つの送信信号と１つの受信信号が混合される。これから生成される周波数成分は、受信機における好ましくない信号をもたらす可能性があり、雑音レベルを高くする。

【0036】

ＩＭＤ（ＩＭＤ＝InterModulation Distortion）は、２つの信号の混合であり、同様に受信周波数での周波数成分が発生する可能性がある。

【0037】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、第１の電力増幅器、同相電力増幅器、およびクアドラチャ電力増幅器を備える。このデュプレクサは、第３のハイブリッドと、第４のハイブリッドと、スイッチ装置とを備える。ここでこの同相電力増幅器およびクアドラチャ電力増幅器は、ハイブリッド３および４の接続端子２と４との間の平行な信号路に回路接続されている。上記のスイッチ装置は、これらのハイブリッド３および４の第２の接続端子をそれぞれグラウンドに接続するかまたは互いに接続している。

【0038】

このようにしてこれら２つの電力増幅器、同相電力増幅器およびクアドラチャ電力増幅器を組み合わせて、信号路への追加接続あるいは信号路からの分離を簡単に実現する可能性が提供される。

【0039】

１つの実施形態においては、第２のハイブリッドの中心周波数は、１つの送信周波数帯域の中心周波数の方向にシフトされる。これによって送信周波数領域における絶縁のさらなる改善が達成される。

【0040】

本発明によるデュプレクサの１つの実施形態においては、ハイブリッドの少なくとも１つは、カップリングされたトランスを備える。こうして一方では、２つの出力接続端子に出力される電力の比を容易に調整することができる。また他方では、このハイブリッドと回路接続された回路部品間のインピーダンスマッチングを容易に得ることができる。

【0041】

本発明によるデュプレクサの１つの実施形態においては、送信フィルターおよび受信フィルターは、音響波で動作する。ここでフィルターとしては、音響表面波（英語：Surface Acoustic Wave，ＳＡＷ），ガイド音響表面波（英語：Guided Bulk Acoustic Waves，ＧＢＡＷ），および音響体積波（英語：Bulk Acoustic Waves，ＢＡＷ）で動作するフィルターが用いられる。このようなフィルターは、小さな形状寸法のシングルフィルターが製造可能であるため、デュプレクサデバイスに適合したとりわけ小さなサイズを可能とする。このフィルターおよび／またはハイブリッドを互いに相対的に適切に配置することにより、さらに小さなサイズのデュプレクサを得ることができる。

【0042】

１つの実施形態においては、このデバイスは追加的に、インダクタンス素子を備え、たとえばアンテナインダクタンスとして備える。

【0043】

本発明によるデュプレクサは、送信側または受信側が、それぞれシングルエンド、すなわちグラウンドに対し非対称に駆動されてよく、あるいはバランス、すなわちグラウンドに対し対称に駆動されてよい。このデュプレクサが受信側でシングルエンドあるいはバランスで駆動されるかは、ハイブリッドの数に対して何ら関係がない。これら両方の場合で、２つのハイブリッドのみを必要とする。

【0044】

本発明によるデュプレクサは、位相シフタネットワークの実現のための回路部品、たとえば送信信号路と受信信号路との間のインピーダンスマッチング用の部品、たとえばアンテナコイルを用いた部品を備えてよい。さらにこのデュプレクサは、信号品質を改善するために、送信信号路に並列コイルを備えてよい。この並列コイルによって送信信号路における電力増幅器のマッチングの改善が達成される。

【0045】

受信信号はハイブリッドを通って伝送され、０°と９０°とにシフトされた信号に分割される。これらの信号は、送信フィルターで反射され、ハイブリッドによって再び０°と９０°で位相変化されて加算される。全体としてこの加算の際に、第１の信号に対しては０°の位相状態が得られ、第２の信号に対しては１８０°の位相状態が得られる。

【0046】

このデュプレクサをＬＴＥ（ＬＴＥ＝Long-Term Evolution）システムに用いることが可能である。１つの送信フィルターの代わりに２つの送信フィルターが存在しているので、それぞれのフィルターが処理する電力は、半分に減少される。特に、電力超過の可能性およびその大きさを表すクレストファクタが大きいＬＴＥシステムでは、その寿命が大幅に長くなる。

【0047】

デュプレクサの種々の回路部品の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスとしては、３５Ω，５０Ω，および１００Ωが用いられる。ここでアンテナは５０Ωで接続されていてよい。バランス実装された信号ラインは、１００Ωのインピーダンスを有してよい。電力増幅器は、たとえば７Ωの出力インピーダンスを有してよい。送信フィルターは、３５Ωの入力インピーダンスを有してよい。トランスネットワークは、電力増幅器の出力インピーダンスを送信フィルターの入力インピーダンスに変換することができる。

【0048】

具体的には、トランスネットワークは、一段で実装されていてよい。送信フィルターの入力インピーダンスの３５Ωを出力インピーダンスの５０Ωに変換することはこの送信フィルター自身によって行うことができる。同様に受信フィルターは、５０Ωの１００Ωへのインピーダンス変換を自分自身で行うことができる。

【0049】

以下のような送信周波数（ＴＸ）および受信周波数（ＴＸ）の使用が可能である。

【0050】

帯域５，６，８，１２，１３，１４，１７，１８，１９，２０および２６の送信周波数は、相対的に近接している。送信接続端子側のハイブリッドは、２つ以上の周波数帯が考慮されるように実装されてよい。電力増幅器は通常多少広帯域で動作するので、ここで１つの電力増幅器で複数の周波数帯域をカバーすることができ、こうして高効率とすることができる。具体的には、固定された周波数帯域を有する送信フィルターの代わりにチューニング可能な送信フィルターを用いることが可能である。こうして少ない送信フィルターによって、多数の周波数帯域すなわち広い周波数領域をカバーすることができる。

【0051】

対応する小さな構造のデバイスが、以下のような特徴を有することによって得られる。

【0052】

導電体パターン、たとえば送信フィルターは、担体基板の第１の面上に配設されていてよい。受信フィルターおよびインダクタンス素子の導電体パターンは、たとえば第１の担体基板の第２の面上または第２の担体基板上に配設されている。

【0053】

１つの実施形態においては、ハイブリッドの少なくとも１つは、ＩＰＤ（集積された受動的デバイス、Integriertes Passives Schaltungselement、英語：Integrated Passive Device）またはカップリングされたトランス（複数）として実装されている。

【0054】

このハイブリッドのＩＰＤもカップリングされたトランスも、容易に、しかしながら効率的に、多層基板に適宜集積することができ、基板の上または基板の下または基板内に配設されている他の回路部品と回路接続することができる。

【0055】

１つの実施形態においては、少なくとも１つのハイブリッドの第２の接続端子は、デバイス内またはデバイス上に配設された抵抗素子を介してグラウンドと回路接続されている。

【0056】

１つの実施形態においては、送信フィルターおよび受信フィルターは、２つの基板と共にサンドイッチ構造で配設されている。ハイブリッドの配線パターンは、別の基板に組み込まれている。このサンドイッチ構造およびこの別の基板は、導電性の接続部（複数）を介して回路接続されている。サンドイッチ構造をもちいることにより、高い集積度が得られる。このサンドイッチ構造とこの別の基板との組み合わせにより、集積密度がさらに大きくなる。この大きな集積密度のために、種々の回路素子が非常に密集して配設されるが、最初に述べたハイブリッドによるフィルターの回路接続および分離のおかげで極めて良好な絶縁が得られる。

【0057】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、第１，第２，またはもう１つの別の基板内または基板上に配設されている電力増幅器を備える。とりわけ、半導体技術に基づいた能動的な回路部品を受動的な回路部品と共に、１つの同じデバイスおよび／または基板に一緒に集積化することが可能である。ＳＥＳＵＢ（Silicon-Embedding Substrate）集積化技術は、容量性素子であるコンデンサ，誘導性素子であるインダクタンス，および，バリスタまたはＳＡＷフィルターデバイスおよびＢＡＷフィルターデバイスのような受動的電子デバイスの集積だけでなく、半導体デバイスの集積も可能とする。ＳＥＳＵＢを用いて、特に、多数の入力接続端子および出力接続端子を有する高度に集積されたＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ＝Application-Specific Integrated Circuit）およびコントローラチップも、直接基板層に埋設することができる。さらに複数のデバイスを、１つの基板上にまたは１つの基板積層体上に配設して回路接続することができる。こうして小さなサイズのモジュールおよびＳＩＰ（英語：System In Package）が実現される。具体的には、従来のデバイスと比較して部品高さを約３５％低減することができる。

【0058】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、たとえばインピーダンスマッチングのための、少なくとも１つのマッチングネットワークを備える。このマッチングネットワークは、上記の第１，第２，またはもう１つに別の基板内にまたは基板上に配設されていてよい。

【0059】

１つの実施形態においては、本発明によるデバイスは、１つの回路基板、たとえば外側の周辺回路上に配設され、この回路基板と接続されかつ回路接続される。

【0060】

このようなデュプレクサは、モバイル通信装置の既に存在している周辺回路、たとえばフロントエンド回路に容易に組み込むことができる。

【0061】

１つの実施形態においては、本発明によるデュプレクサは、ＤＳＳＰパッケージ技術で製造されている。ＤＳＳＰはDie-Sized SAW Packageの略であり、これによりＣＳＳＰデバイス（ＣＳＳＰ＝Chip-Sized SAW Package）と比較して８５％まで小型化されたデバイスが可能である。

【0062】

以下では、本発明によるデュプレクサを、実施形態例とこれに付随する概略図を参照して詳細に説明する。これらの図で示す特徴は、個別にあるいは組み合わせて使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】本発明によるデュプレクサの１つの単純な実施形態を示す。

【図2】本発明によるデュプレクサの別の１つの構成を示す。

【図3】送信信号路に２つの増幅器を有する本発明によるデュプレクサの１つの構成を示す。

【図4】送信信号路にマッチングネットワークを有する本発明によるデュプレクサの１つの構成を示す。

【図5】スイッチ装置の第１のスイッチ設定を有する本発明によるデュプレクサの１つの構成を示す。

【図6】スイッチ設定を変更した図５に示すスイッチ装置の構成を示す。

【図7】フィルターとハイブリッドの可能な接続構造を示す。

【図8】２つのチップ基板のサンドイッチ構造を示す。

【図9】高い集積度を有するデュプレクサの１つの構成を示す。

【図10】０°／９０°の３ｄＢハイブリッドの構成を示す。

【図11】熱伝導構造を有するデュプレクサの１つの構成を示す。

【図12】高い集積度を有するデュプレクサのもう１つの構成を示す。

【図13】２つの０°／９０°の３ｄＢハイブリッドが並んだ構成を示す。

【0064】

図１は、第１のハイブリッドＨＹＢ１および第２のハイブリッドＨＹＢ２を有する本発明によるデュプレクサの１つの基本形態を示す。第１のハイブリッドＨＹＢ１の第２の接続端子ＩＩと第２のハイブリッドＨＹＢ２の第３の接続端子ＩＩＩとの間には、送信フィルターＴＦが回路接続されている。第１のハイブリッドＨＹＢ１の第３の接続端子ＩＩＩと第２のハイブリッドＨＹＢ２の第２の接続端子ＩＩとの間には、もう１つの送信フィルターが、上記の送信フィルターＴＦと並列に回路接続されている。これら２つの送信フィルターは、このように送信信号路ＴＸＰの並列なセグメントで回路接続されている。その第１の接続端子Ｉを介して、この第１のハイブリッドＨＹＢ１はアンテナＡＮＴと回路接続されている。この送信信号路ＴＸＰには、この第１のハイブリッドＨＹＢ１の第３の接続端子ＩＩＩと、受信接続端子ＲＴとの間に送信フィルターＲＦが回路接続されている。

【0065】

第２のハイブリッドＨＹＢ２の第１の接続端子Ｉは、送信接続端子ＴＴと回路接続されている。第２のハイブリッドＨＹＢ２の第３の接続端子ＩＩＩは、インピーダンス素子を介して、たとえば抵抗素子ＲＥを介して、グラウンドＧＮＤと回路接続されている。

【0066】

このようなデュプレクサＤＵを用いて、最初に述べた本発明の課題が解決される。

【0067】

図２は、２つの送信フィルターＴＦがバンドパスフィルターＢＰＦ１，ＢＰＦ２として構成されている本発明によるデュプレクサの１つの実施形態を示す。受信信号路と回路接続されている第１のハイブリッドＨＹＢ１の接続端子は、インピーダンス素子ＩＥを介してグラウンドと回路接続されている。受信フィルターも、同様にバンドパスフィルターＢＰＦ３として構成されている。ここでこの受信フィルターＢＰＦ３は、バラン（ＢＡＬＵＮ，Balanced/Unbalanced Converter）として用いられてよく、バランス入力される受信信号が低雑音増幅器ＬＮＡ（英語：Low-Noise Amplifier）にさらに導かれ、こうしてこの受信接続端子ＲＴはバランス実装されている。送信接続端子ＴＴと第２のハイブリッドＨＹＢ２との間には、電力増幅器ＰＡ（英語：Power Amplifier）が回路接続されている。

【0068】

図３は、本発明によるデュプレクサの１つの構成を示し、ここでは図２の電力増幅器ＰＡの代わりまたは追加として、送信信号路の２つの並列のセグメントにそれぞれ別の電力増幅器が回路接続されている。このように送信信号路の１つのセグメントは、１つの同相電力増幅器を備え、これに対しもう１つのセグメントは１つのクアドラチャ電力増幅器ＰＡＱを備える。これら２つの増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱと第１のハイブリッドＨＹＢ１との間には、適合した送信フィルターＢＰＦ１，ＢＰＦ２が回路接続されている。しかしながらこれらの増幅器は、これらのフィルターと第１のハイブリッドとの間に回路接続されていてもよい。

【0069】

図４は、本発明によるデュプレクサの１つの構成を示し、ここでは送信信号路に並列に設けられたセグメントに、インピーダンスマッチングのためのマッチングネットワークＭＮ１，ＭＮ２が配設されており、たとえば第２のハイブリッドＨＹＢ２と送信フィルターＢＰＦ１，ＢＰＦ２との間、またはこれらの送信フィルターと第１のハイブリッドＨＹＢ１との間に配設されている。

【0070】

図５は、送信信号路の任意の追加部分を示し、この追加部分は送信接続端子ＴＴと第２のハイブリッドＨＹＢ２との間に回路接続されてよい。この任意の追加部分は第３のハイブリッドＨＹＢ３および第４のハイブリッドＨＹＢ４を備え、これらの間には並列の部分路にそれぞれ電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱが回路接続されている。第３のハイブリッドＨＹＢ３の１つの接続端子および第４のハイブリッドＨＹＢ４の１つの接続端子は、スイッチ装置ＳＷＡと回路接続されている。このスイッチ装置ＳＡＷは、２つのスイッチを備え、それぞれ少なくとも２つの切替状態を有してよい。１つの切替状態に対応して、これらの２つのハイブリッドＨＹＢ３，ＨＹＢ４は、それぞれ１つの抵抗素子ＲＥを介してグラウンドに回路接続される。この別の切替状態では、これらのハイブリッドＨＹＢ３，ＨＹＢ４の接続端子は互いに接続される。こうしてこの同相電力増幅器ＰＡＩおよびクアドラチャ電力増幅器ＰＡＱのバイパスが得られる。送信電力が大きい場合には、これらの電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱが必要とされる。これら２つのハイブリッドＨＹＢ３およびＨＹＢ４のそれぞれの接続端子は、終端抵抗を介してグラウンドと接続される。この終端抵抗は、抵抗素子ＲＥで示されている。増幅される信号は、次にまず第１の電力増幅器ＰＡ１によって増幅される。続いてこの増幅された信号は、第４のハイブリッドＨＹＢ４を通って分割され、それぞれの信号が増幅される。続いてこうして増幅された信号は、第３のハイブリッドＨＹＢを通って再び１つの単一の信号に合体され、たとえば図１に示す第２のハイブリッドにさらに導かれる。

【0071】

必要とされる電力が小さい場合には、これらのハイブリッドＨＹＢ３，ＨＹＢ４のそれぞれの２つの接続端子は、スイッチ装置ＳＷＡを介して互いに回路接続される。電力が小さい場合には、これらの電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱは停止されてよく、この場合これらは大きな反射性を有するものとなる。第１の電力増幅器ＰＡ１から出力される電力は、これらの電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱで反射されて、第４のハイブリッドＨＹＢ４の絶縁ポートを介し、そして第３のハイブリッドＨＹＢ３の絶縁ポートを介して、これらの電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱの出力に送られる。そこからこの電力は再び反射され、ハイブリッドＨＹＢ３の接続端子を介して通常通りの、たとえば図１に示す第２のハイブリッドＨＹＢ２の方向に送られる。

【0072】

図５は、電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱが第１の電力増幅器ＰＡ１を補助する場合を示している。図６は、これらの電力増幅器ＰＡＩ，ＰＡＱが停止されており、第１の電力増幅器ＰＡ１から出力される電力が第４のハイブリッドＨＹＢ４によって直接第３のハイブリッドＨＹＢ３にカップリングされる場合を示している。

【0073】

図７は、ハイブリッドＨＹＢ１，ＨＹＢ２，送信フィルターＴＦとこれに隣接した受信フィルターＲＦの可能な構成を示す。特許文献１の回路装置と比較して、回路部品の数が低減されているので、これらの回路部品を１つの第１の基板の面上で同一平面で配設すれば、小型化したデュプレクサデバイスを得ることができる。

【0074】

図８は、１つの第１の基板ＳＵ１および１つの第２の基板ＳＵ２を有する１つのデュプレクサデバイスの断面を示す。第１の基板ＳＵ１および第２の基板ＳＵ２は、連結されて１つのサンドイッチ構造を形成している。送信フィルターＴＸのフィルターパターンＦＳは、これらの基板の１つ、たとえば第１の基板ＳＵ１の上面に配設されていてよい。受信フィルターＲＸのフィルターパターンＦＳは、この第１の基板に向いた、第２の基板ＳＵ２の面に配設されていてよい。ハイブリッドＨＹＢの回路素子、たとえばインダクタンス素子ＩＮＤは、同様に、この第１の基板に向いた、第２の基板ＳＵ２の面に配設されていてよい。１つのハイブリッドまたは複数のハイブリッドＨＹＢの回路素子は、具体的にはカップリングされたトランスのコイルであってよい。この図８に示すデバイスは、さらに複数のバンプ接続部ＢＵを備えてよく、これらのバンプ接続部によってこのサンドイッチ構造は、このデュプレクサの他の回路部品と回路接続されていてよい。

【0075】

同様に図９は、１つのデュプレクサデバイスの実施形態を例示し、このデュプレクサデバイスでは、上記の第１の基板ＳＵ１および上記の第２の基板ＳＵ２を含むサンドイッチ構造がバンプ接続部を介して、さらなる第３の基板ＳＵ３と接続されかつ回路接続されている。この第３の基板ＳＵ３は、集積された回路素子および／またはさらなる回路素子を有する多層基板であってよい。同様にこの第３の基板ＳＵ３は、集積化された受動的な回路部品ＩＰＤ１，ＩＰＤ２を備えてよい。これらの回路部品ＩＰＤ１，ＩＰＤ２は、この基板ＳＵ３の中間層に配設されていてよく、貫通接続部ＴＰを介して別の回路部品と回路接続されていてよい。これらの基板ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３を含むデバイスは、さらにもう１つの基板または１つの回路基板ＣＢと接続されかつ回路接続されていてよい。ここでこれらの基板ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３のそれぞれおよびとりわけ第３の基板ＳＵ３は、ＳＥＳＵＢ技術または任意の他の集積化技術を用いてよい。具体的には必要とされるハイブリッドは、ＩＰＤとして１つのＳＥＳＵＢ基板に集積されていてよい。こうしてこのデュプレクサは極めてコンパクトに構成できるのにかかわらず、良好な絶縁を達成することができる。特にこのハイブリッドを含むデュプレクサは、ハイブリッドを有しない標準的なデュプレクサより目立たない程度に大きいものを得ることができる。

【0076】

図１０は、ＩＰＤ技術を用いた、０°／９０°３ｄＢハイブリッドの例示的な実施形態を示す。このハイブリッドは、少なくとも２つの電磁的に互いにカップリングされたコイルを備え、これらのコイルはカップリングのために重なり合って配設されている。このハイブリッドは、各接続面Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を介して接続可能である。

【0077】

具体的には、ＩＰＤ技術を用いて、１つのＳＥＳＵＢ基板に形成されたハイブリッドを隣接して配設することができる。

【0078】

同様に終端抵抗をＩＰＤ技術で実装することも可能である。

【0079】

２つのハイブリッドを１つにまとめたハイブリッド（Zwei-in-eins-Hybriden）のコイル（複数）は、この際互いに任意の方向に向いていてよい。これらのハイブリッドは、同じように隣接して配設されてもまたは鏡面対称（spiegelverkehrt）に配設されていてよく、たとえば軸対称または点対称で隣接して配設されていてよい。

【0080】

図１１は、第３の基板ＳＵ３が、集積された回路部品を有する多層基板として実装されているデュプレクサデバイスの構成を示す。同様にこの第３の基板は、ＩＰＤ技術を用いたＩＰＤ１，２に、少なくとも１つの電力増幅器ＰＡおよび１つまたは２つのハイブリッドを備える。電力増幅器ＰＡは、半導体素子（複数）を備えており、これら半導体素子では熱損失が発生し得るが、この熱は熱伝導性の貫通接続部（複数）（英語：thermal bias，ＴＶ）を介して回路基板ＣＢに逃がすことができる。この回路基板ＣＢはメインボードであってよい。この熱的貫通接続部ＴＶを通って排出される熱は、この熱の放散のために、大面積であるいは厚く設けられたメタライジング部に与えることができる。この際この熱は具体的には外部の周辺回路、たとえば回路基板ＣＢに逃がすことができる。

【0081】

図１２は、１つのデュプレクサデバイスの構成を示し、このデュプレクサでは、第３の基板ＳＵ３における１つの回路ブロックが１つの電力増幅器ＰＡ，ＩＰＤ技術を用いた少なくとも１つのハイブリッド，および１つのマッチングネットワークＭＮを備える。

【0082】

もう１つの別の回路ブロックには、ＩＰＤ技術を用いた１つのアンテナマッチング回路ＡＮＴ−ＩＰＤが配設されている。こうしてＰＡ側の第２のハイブリッドは、電力増幅器と同じチップ上に自動的に実現される。

【0083】

ハイブリッドのインピーダンスが電力増幅器のインピーダンスとほぼ等しくならなけらばならない場合は、インピーダンス変換ネットワークが設けられる。このインピーダンス変換ネットワークは、直接電力増幅器のチップ上で実現されてよく、または分離されたチップとして実現されてよい。

【0084】

ハウジングに、デュプレクサの音響部分のＤＳＳＰタイプのハウジング技術を用いてよい。

【0085】

図１３は、インダクタンス素子（複数）を有する２つの０°／９０°ハイブリッドＨＹＢの例を示し、これらはＩＰＤ技術を用いて製造され、かつ隣接して配設されている。以上により良好な電気的特性を有する非常にコンパクト構造が可能となる。

【0086】

本発明によるデュプレクサは、上記の実施形態の１つまたは図に示された例に限定されない。これらの実施形態およびそれらの特徴および、たとえばさらなるハイブリッド等のさらなる回路部品，さらなる増幅器，さらなる受動的回路部品，およびさらなる基板を含むような変形例との組み合わせも本発明の実施形態例となるものである。

【符号の説明】

【0087】

ＡＮＴ ： アンテナ
ＡＴ ： アンテナ接続端子
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２： バンドパスフィルター
ＢＰＦ３ ： バンドパスフィルター
ＢＵ ： バンプ接続部
ＤＵ ： デュプレクサ
ＦＳ ： フィルターパターン
ＧＮＤ ： グラウンド（Masse）
ＨＹＢ ： ハイブリッド
ＨＹＢ１，ＨＹＢ２ ： 第１，第２のハイブリッド
ＨＹＢ３，ＨＹＢ４ ： 第３，第４のハイブリッド
ＩＥ ： インダクタンス素子
ＩＮＤ ： インダクタンス素子
ＩＰＤ１，ＩＰＤ２ ：集積化された複数の受動的回路部品
ＬＮＡ ： 低雑音増幅器
ＭＮ１，ＭＮ２ ： インピーダンスマッチングネットワーク
ＰＡ ： 電力増幅器
ＰＡＩ ： 同相電力増幅器
ＰＡＱ ： クアドラチャ電力増幅器
ＲＥ ： 抵抗素子
ＲＦ ： 受信フィルター
ＲＴ ： 受信接続端子
ＲＸＰ ： 受信信号路
ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３ ： 基板
ＳＷＡ ： スイッチ装置
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ ： カップリングされたトランスの接続端子
ＴＦ ： 送信フィルター
ＴＭ ： 熱の排出のためのメタライジング部
ＴＴ ： 送信接続端子
ＴＶ ： 熱的ビア
ＴＸＰ ： 送信信号路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】