专利名称：具有内置功率放大器的隔离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如应用在手提电话或移动通信终端的发射部分中的具有高频功率放大器电路和隔离元件的隔离装置。
近年来，通信装置比如手提电话或移动通信终端的小型化和重量轻的竞争很激烈，因此要求进一步降低通信装置的部件的尺寸、重量和厚度，同时对质量和功率消耗要求越来越高。
在通信装置比如手提电话或移动通信终端中，起非可逆电路元件作用的隔离元件通常连接到在发射部分中的高频功率放大器电路的输出端中以便通过隔离元件阻止由于天线的条件变化引起反射的高频功率到达高频功率放大器电路以及防止高频功率放大器电路损坏或增加不需要的输出。
常规的高频功率放大器电路作为模块形成在电介质基片上并安装在屏蔽的金属外壳中。在另一方面，在隔离元件情况下由于该元件的结构需要以高磁导率金属覆盖磁性材料。因此，由于它在材料和结构上不同于形成在绝缘基片上的通常的电子电路，所以将隔离元件制造成一独立的部件。这就是说常规的隔离元件安装在与高频功率放大器电路隔开的金属外壳中。
因此，虽然高频功率放大器电路和隔离元件都在功能上彼此高度相关，但是在将它们设置在手提电话或移动通信终端之前将它们作为彼此不同的部件处理。即，这些高频功率放大器电路和隔离元件都作为独立的部件制备，然后通过将它们焊接在由电介质多层基片组成的母板上来安装。
由于高频功率放大器电路和隔离元件作为独立的部件处理，因此很难降低它们的尺寸。因此当它们安装在母板上时，相互增加母板的厚度和隔离元件的厚度，造成总的高度增加，因此不可能降低总的高频输出级的尺寸和厚度。
形成隔离元件的每个端口以使它的输入/输出阻抗为标准传输线阻抗50欧姆，而高频功率放大器电路的输出阻抗为30欧姆或更小。因此，为将高频功率放大器电路与隔离元件连接，需要应用阻抗匹配电路。通过将L和C芯片部件安装在母板上或在母板的表面上形成L铜膜结构来形成这种阻抗匹配电路。具有上述结构的阻抗匹配电路也阻止了高频输出级降低尺寸和厚度。
需要分别实现这些部件作为高频功率放大器电路和隔离元件，还需要分别设计耦合它们的阻抗匹配电路。因此，设计通信装置比如手提电话或移动通信终端很复杂，并且每个部件的偏差都必须考虑。因此，不大可能确保整个通信装置的性能。
因此本发明的一个目的是提供一种具有内置功率放大器的隔离装置，它能够极大地降低高频输出级的尺寸和厚度。
本发明的另一个目的是提供一种具有内置功率放大器的隔离装置，使得能够很容易地设计通信装置比如手提电话或移动通信终端，并且使整个通信装置的性能偏差最小。
因此依据本发明，具有内置功率放大器的隔离装置包括单个电介质多层基片、高频功率放大器电路、隔离元件以及形成在该电介质多层基片上的电路元件。高频功率放大器电路和隔离元件通过该电路元件彼此连接并与单个电介质多层基片结合在一起。
如下文详细描述，依据本发明，高频功率放大器电路和隔离元件通过形成在单个电介质多层基片上的电路元件彼此连接，并且还与单个电介质多层基片结合在一起。由于高频输出级与单个电介质多层基片结合，因此能够极大地减小高频输出级的尺寸和厚度。此外，由于结合在一起还能够降低部件的数量。
依据本发明的具有内置功率放大器的隔离装置具有如下的优点(1)降低了整个高频输出级的安装面积，(2)由于通信装置比如手提电话或移动通信终端的设计者不需要分别设计部件比如高频功率放大器电路和隔离元件或分别设计阻抗匹配电路来连接这些部件，因此降低了通信装置的设计劳动，以及(3)使整个通信装置的性能偏差最小。
比较可取的是至少一部分电路元件嵌入在电介质多层基片中。此外，可取的是电路元件包括隔离元件的电容部分，以及隔离元件的电容部分嵌入在电介质多层基片中。
进一步可取的是至少一部分电路元件安装在电介质多层基片上。
可取的是，使高频功率放大器电路的输出阻抗与隔离元件的输入阻抗相匹配的阻抗匹配电路嵌入在电介质多层基片中或安装在电介质多层基片上。
可取的是隔离元件的主要部件(更具体地说环行元件和中心导体)整体地插入到通过除去电介质多层基片的一部分所形成的装配部分中。这种装配部分可以是电介质多层基片的切口或通孔。由于隔离元件的主要部件整体地插入到作为切口或通孔的装配部分中，因此能够将高频功率放大器电路和隔离元件结合成一体而不增加总体高度，并且能够降低壳体的厚度。
可取的是隔离元件具有电连接到高频功率放大器电路的第一端口，并且第一端口具有标准的传输线阻抗。
可取的是隔离元件具有通过阻抗匹配电路电连接到高频功率放大器电路的第一端口，并且第一端口具有与高频功率放大器电路的输出阻抗基本匹配的输入阻抗。在这种情况下，可取的是，隔离元件的第一端口通过阻抗匹配电路电连接到高频功率放大器电路。由于连接到高频功率放大器电路的隔离元件的输入端口的阻抗调整到接近于高频功率放大器电路的输出阻抗的阻抗，可以简化阻抗匹配电路并能够进一步降低尺寸。
可取的是高频功率放大器电路具有第二端口，该第二端口具有不同于第一端口的阻抗。在这种情况下，更为可取的是第一端口的阻抗小于第二端口的阻抗。
第二端口的阻抗可以等于标准传输线的阻抗。
可取的是环行元件包括磁性材料块和形成在磁性材料块中的三角对称的中心导体，并且连接到第一端口的中心导体的宽度不同于连接到其它端口的中心导体的宽度。
可取的是隔离元件具有环行元件，环行元件的上表面与电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，并且环行元件的第一和第二端口的端电极设置在环行元件的上表面中。
可取的是隔离元件具有环行元件，环行元件的上表面与电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，并且环行元件的第一和第二端口的端电极分别设置在环行元件的上表面和下表面中。
可取的是高频功率放大器电路和隔离元件都通过由软磁性材料比如铁等制成的公共的单个屏蔽外壳覆盖，以使在隔离装置中所有功能部件都受到屏蔽并且在整个隔离装置的周围形成封闭的磁路以完全地起到隔离装置的作用。
可取的是该装置进一步包括安装在电介质多层基片上并耦合到高频功率放大器电路的输入中的SAW(表面声波)装置和嵌入或安装在电介质多层基片中以使SAw装置的输出阻抗与高频功率放大器电路的输入阻抗相比配的匹配电路。
从下文对如附图中所示的本发明优选实施例的描述中将会清楚本发明的其它目的和优点。
附
图1所示为通信装置的电路结构实例的方块图，在该通信装置中安装有本发明的具有内置功率放大器的隔离装置；附图2所示为具有如附图1中所示的具有内置功率放大器的集成隔离装置的电路结构实例的方块图；附图3所示为在本发明的优选实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的分解斜视图；附图4a所示为具有在附图3所示的实施例中的具有内置功率放大器的隔离装置的外观的斜视图；附图4b所示为沿着在附图4a中的B-B线的剖视图；附图5a所示为在本发明的另一实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的分解斜视图；附图5b所示为在附图5a中所示的隔离元件的输入端口的电感器和电容器(电容部分)的等效电路图；附图5c所示为在电介质多层基片上形成的在附图5a中所示的实施例的隔离元件的输入端口的电容部分的结构的剖视图；附图5d所示为在附图5a中所示的实施例的整个隔离元件的等效电路图；附图6a所示为具有在附图5a所示的实施例中的具有内置功率放大器的隔离装置的外观的斜视图；附图6b所示为沿着在附图6a中的B-B线的剖视图；附图7所示为在本发明的又一个实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的分解斜视图；附图8所示为在本发明的再一个实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的分解斜视图；附图8b所示为沿着在附图8a中的B-B线的剖视图；附图9所示为在附图8a和8b中所示的实施例中将环行元件的输入/输出端口的位置与连接导体连接的斜视图；附图10所示为作为本发明的变型环行元件的内部结构的分解斜视图；附图11所示为在附图10的变型中高频功率放大器电路的最后级输出晶体管及其后续电路的电路图；附图12所示为常规的高频功率放大器的最后级输出晶体管及其后续电路的电路图；附图13a所示为在本发明的再一个实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的分解斜视图；附图13b所示为沿着在附图13a中的B-B线的剖视图；以及附图14所示为在附图13a和13b中所示的实施例中将环行元件的输入/输出端口的位置与连接导体连接的斜视图。
附图1所示手提电话的电路结构，在该手提电话中安装了依据本发明的具有内置功率放大器的隔离装置。
在附图中，参考标号10表示天线，11表示使传输和接收信号分支的天线共用器，12表示在接收器端的高频输入级，其具有多级低噪声放大器电路和BPF(带通滤波器)，13表示接收器端的混频器，14表示由具有依据本发明的内置功率放大器的隔离装置组成的发射器端的高频输出级，15表示发射器端的混频器，16表示分配器，17表示VCO(电压控制振荡器)，以及18表示PLL(锁相环)电路。高频输出级14由具有内置功率放大器的隔离装置组成，在本发明中这种隔离装置由集成的单个部件形成。
附图2所示为在附图1中所示的集成的隔离装置的电路结构。这种电路结构对应于在附图7中所示的实施例中的具有内置功率放大器的隔离装置。
在附图2中，参考标号20表示隔离元件，其输出端子连接到共用器11(附图1)，21表示连接到隔离元件20的输入端的输出阻抗匹配电路，22表示通过阻抗匹配电路21连接到隔离元件20的输入端子的高频功率放大器电路，23表示连接到高频功率放大器电路22的输入端子的输入阻抗匹配电路，24表示由SAW(表面声波)元件组成并通过阻抗匹配电路23连接到高频功率放大器电路22的输入端子的BPF，以及25表示从阻抗匹配电路21连接到高频功率放大器电路22并起反馈装置作用以控制高频功率放大器电路22的输出的APC(自动传输功率控制)电路。
根据信号的传输方向，通过给施加了直流静态磁场的铁氧体块施加高频信号，隔离元件20是一种其传输特性被改变的非可逆电路元件。为了降低由于高频功率放大器电路22的载荷条件变化的影响，这种隔离元件20连接在高频功率放大器电路22和天线侧的共用器11之间。此外，为了使高频功率放大器电路22的阻抗与隔离元件20的阻抗相匹配，输出阻抗匹配电路21连接在电路22和元件20之间。
附图3所示为在本发明的优选实施例中的具有内置功率放大器的隔离装置的结构示意图，附图4a所示为在附图3中所示的实施例中的隔离装置的外观，附图4b所示为沿着附图4a的B-B线的剖面图。
在这些附图中，参考标号30表示单个电介质多层基片，31表示安装在基片30上以组成高频功率放大器电路的主要部分的功率放大器MMIC(单片微波集成电路)芯片，32表示用于功率放大器MMIC芯片31的热辐射隔片，33表示也安装在基片30上的许多芯片部件，34表示形成在基片30中的高频功率放大器电路的内部连接导体，35表示本隔离装置的输入端电极，36表示本隔离装置的输出端电极，37表示基片30的圆形通孔，38表示插入在通孔37中的隔离元件的圆形环行元件，39表示绕在环行元件38周围的中心导体，40表示圆形永磁体，41表示由软磁材料制成并具有许多窗状开口41a以便不与端电极接触的金属外壳部件，42表示由软磁材料制成并与金属外壳部件41配合以覆盖整个隔离装置的封盖部件，43表示由电极、电介质以及形成在电介质多层基片30上的导体图案组成以使在功率放大器MMIC芯片31和隔离元件之间的阻抗匹配的输出阻抗匹配电路，44表示连接到隔离元件的输入端口39a的输出阻抗匹配电路43的输出电极，45表示通过终端电阻46接地的电极，以及47至49分别表示接地端电极。
隔离元件的输入端口39a、输出端口39b以及虚(dummy)端口39c都形成在环行元件38的上表面，这些端口和输出端电极36、输出电极44和形成在基片30的上表面上的电极45都彼此几乎连接在相同的平面上。
将通过具有中心导体39的铁氧体块形成的环行元件38插入在基片30的通孔36中。隔离元件的电容部分(即与环行元件38的电感器L并联以组成谐振器的电容器)设置在基片30中。由于环行元件38不是安装在基片30上而是环行元件38的一部分装配在通孔36中并且隔离元件的电容部分内置在基片30中，因此可以防止隔离装置的整个高度增加。这就是说，可以降低隔离装置的厚度。此外，由于功率放大器MMIC芯片31通过由电极、电介质以及形成在基片30中的导体图案组成的输出阻抗匹配电路43与隔离元件的输入端口39a相连接，因此主要由高频功率放大器电路和隔离元件构成的高频输出级集成在单个电介质多层基片30中，因此能够极大地使隔离装置小型化。事实上通过应用上述这种集成的高频输出级当然能够减少通信装置的部件的数量。
在这种连接中，在本实施例中的隔离装置具有大约40平方毫米的安装面积和高达2毫米的安装高度。
因此，通过在本实施例中应用隔离装置，能够减小整个高频输出级的安装面积、减小该级的厚度、减少通信装置比如手提电话或移动通信终端的设计劳动以及使整个通信装置的性能偏差最小。
附图5a所示为在本发明的另一个实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构示意图，附图5b所示为在本实施例中的隔离元件的输入端口的电感器和电容器(电容部分)的等效电路图，附图5c所示为在本实施例中的隔离元件的输入端口的电容部分(形成在电介质多层基片中)的结构，附图5d所示为在本实施例中的整个隔离元件的等效电路图，附图6a所示为在本实施例中的隔离装置的外观，附图6b所示为沿着在附图6a中的B-B线的剖视图。
在这些附图中，参考标号50表示单个电介质多层基片，51表示安装在基片50上以组成高频功率放大器电路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，52表示用于功率放大器MMIC芯片51的热辐射隔片，53表示也安装在基片50上的许多芯片部件，54表示形成在基片50中的高频功率放大器电路的内部连接导体，55表示本隔离装置的输入端电极，56表示本隔离装置的输出端电极，57表示基片50的矩形通孔，58表示插入在通孔57中的隔离元件的矩形环行元件，60表示矩形永磁体，61表示由软磁材料制成并具有许多窗状开口61a以便不与端电极接触的金属外壳部件，62表示由软磁材料制成并与金属壳体部件61配合以覆盖整个隔离装置的封盖部件，63表示由电极、电介质以及形成在电介质多层基片50中的导体图案组成以使在功率放大器MMIC芯片51和隔离元件之间的阻抗匹配的输出阻抗匹配电路，64表示连接到隔离元件的输入端口58a的输出阻抗匹配电路63的输出电极，65表示通过终端电阻66接地的电极，以及67至69分别表示接地端电极。
如附图5b至5d所示，分别与三个电感器L并联并组成环行元件58的三个谐振电容器C(电容部分)形成在电介质多层基片50中。也就是说通过在基片50表面上的电极64,56’和65、通过电介质以及通过在基片50中的内部电极构成这些电容器。例如，如附图5b和5c所示，通过在基片50中的五层电容器构成在隔离元件的输入端口58a中的匹配电容器C64。在附图5b中所示的在环行元件侧的输入端口58a和在基片50的表面上的电极64以及还有在环行元件侧的接地电极58d和在基片50上的接地电极68’都例如通过焊接彼此电连接在一起。
隔离元件的输入端口58a、输出端口58b以及虚端口58c都形成在环行元件58的上表面和侧表面。这些端口与输出电极64、输出端电极56’和分别形成在基片50的上表面和通孔57的内表面的电极65相连接。接地电极58d形成在环行元件58的几乎整个底部表面上。
将由铁氧体块形成并具有中心导体的环行元件58插入在基片50的通孔56中。由于环行元件58不是安装在基片50上而是环行元件58的一部分装配在通孔56中，因此可以防止隔离装置的整个高度增加。这就是说，可以进一步降低隔离装置的厚度。
在常规的隔离装置中，隔离元件本身通过独立使用的屏蔽外壳包围，通过另一个屏蔽外壳将被屏蔽的隔离元件和结合了该隔离元件的功率放大器MMIC芯片包围。然而在本实施例中，将没有屏蔽外壳的隔离元件和功率放大器MMIC芯片结合在一个壳体中，然后通过屏蔽外壳包围。因此，本实施例能够进一步降低厚度。在本实施例中的屏蔽外壳由软磁材料比如铁制成并且还能够起通过在隔离元件中的环行元件的封闭磁路的一部分的作用。
此外，由于功率放大器MMIC芯片51通过输出阻抗匹配电路63与隔离元件的输入端口连接，该输出阻抗匹配电路63由电极、电介质以及形成在基片50中的导体图案构成，主要由高频功率放大器电路和隔离元件构成的高频输出级集成在单个电介质多层基片50中，因此能够极大地减小隔离装置的尺寸。
这里，在本实施例中的隔离装置具有大约40平方毫米的安装面积，安装高度达2毫米。
因此，通过在本实施例中应用隔离装置，能够减小整个高频输出级的安装面积、减小该级的厚度、减少通信装置比如手提电话或移动通信终端的设计劳动以及使整个通信装置的性能偏差最小。
附图7所示为在本发明的进一步实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的示意图。
在本实施例中，通过在附图7中没有示出的输入阻抗匹配电路将SAW元件70连接到在附图5a中所示的实施例的功率放大器MMIC芯片51的输入端来形成BPF，该BPF整个地安装在隔离装置中。例如通过C-L-C或L-C-L的π型或T型电路构成输入阻抗匹配电路并形成在具有导体和电介质的基片50中。如上所述，在本实施例中的隔离装置具有与附图2中所示的结构相同的电路结构。
本实施例中的其它结构都与在附图5a中所示的实施例的结构相同。因此，在附图7中，与在附图5a中相同的参考标号都用于表示相同的部件。此外，本发明实施例的操作和优点都与在附图5a中所示的实施例的操作和优点相同。
附图8a所示为在本发明的再一实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的示意图，附图8b所示为沿着附图8a的B-B线的剖视图。
在这些附图中，参考标号80表示单个电介质多层基片，81表示安装在基片80上以组成高频功率放大器电路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，83表示也安装在基片80上的许多芯片部件，85和86表示包括隔离装置的输入端电极和输出端电极的外部连接端电极，87表示基片80的切口，88表示插入在切口87中的隔离元件的圆形环行元件，89表示环行元件88的隔片，90表示圆形永磁体，91表示由软磁材料制成以覆盖整个隔离装置的金属外壳部件，92表示由软磁材料制成金属磁扼板，以及93、94和95分别表示连接到隔离元件的端口的连接导体。
能够容纳主要由具有中心导体的铁氧体块构成的环行元件88的切口87形成在基片80的端部。环行元件88连同位置控制隔片89插入在切口87中。由于环行元件88不安装在基片80上而是装配在切口87中，因此能够防止隔离装置的整个高度增加。这就是说能够降低隔离装置的厚度。
功率放大器MMIC芯片81的输出电极通过输出阻抗匹配电路(未示)以及通过带状连接导体93连接到形成在环行元件88的上表面的输入端口。环行元件88的输出端口88b连接到在元件88的下表面上的连接导体95。连接导体95与耦合到天线电路的印刷电路板连接。
输出阻抗匹配电路可以通过如下的方式形成如在附图3、5a和7中所示的实施例通过在基片80中的导体和电介质形成或通过安装在基片80的顶表面的芯片部件83形成。
附图9所示为在本实施例中具有连接导体的环行元件的输入/输出端口的连接位置。
如该附图所示，环行元件88的接收高频功率的输入端口88a和在许多端口之中的虚端口都与环行元件88的上部表面(与激励永磁体90相接触的表面)上的连接导体93和94连接，然而发射高频功率的输出端口88b与在环行元件88的下部表面上的连接导体95相连接。
如上文所述，在本实施例中，环行元件88设置得靠近电介质多层基片80，并且通过输出阻抗匹配电路连接到功率放大器MMIC芯片81的导体形成在基片80的上表面。此外，形成在环行元件88的上表面上的输入端口88a通过连接导体93连接到上述的导体上，环行元件88的上表面与基片80的上表面几乎在同一平面中，环行元件88的输出端口88b从环行元件88的下表面通过连接导体95连接到印刷电路板的导体上。
虽然在本实施例中应用带状连接导体来连接环行元件88的每个端口，但是也可以应用其它的连接装置比如柔性印刷电路板。
激励永磁体90安装在环行元件88上。整个隔离装置由具有高导磁率的金属外壳部件91和具有高导磁率的金属磁扼板92覆盖，并且连接到隔离装置的下表面以便通过外壳部件91和扼板92形成封闭磁路。
因此，依据本发明，通过将高频功率放大器电路和隔离元件结合成一体能够极大地减小隔离装置的尺寸而不显著地改变隔离装置的厚度。
在本实施例中，组成封闭磁路的金属外壳部件91还起功率放大器MMIC芯片81的屏蔽外壳的作用。然而，可以应用具有高磁导率的金属外壳来仅包围隔离元件，并可以单独提供另一个屏蔽外壳来屏蔽功率放大器MMIC芯片81。
本实施例的其它结构与在附图3、5a和7中所示的实施例中的结构基本相同。此外，本实施例的操作和优点与在附图3、5a和7中所示的这些实施例的操作和优点相同。
在上述的实施例中，每个环行元件的所有端口的阻抗都相等地设计为50欧姆。然而，为简化或省略输出阻抗匹配电路的结构，可以将接收环行元件的高频功率的输入端口的阻抗设置为30欧姆或更小，特别是设置为25欧姆，并将在天线端的输出端口88b的阻抗设置为等于标准的传输线阻抗的50欧姆。
附图10所示为作为本发明的变型获得上述阻抗的结构的环行元件的内部结构。
如图所示，环行元件具有中心导体101、102和103，这些中心导体形成在铁氧体块100中并具有通过通孔导体彼此连接的三角对称结构。
连接到在高频功率放大器电路端的输入端口104的中心导体101的宽度设置为比连接到其它的端口105和106的中心导体102和103的宽度更大的值以使端口104的阻抗为25欧姆。其它的端口105和106的阻抗设置为50欧姆。通过由此使隔离元件的阻抗不对称，除了提供它的功率传输方向的非可逆功能外还能够提供阻抗转换的功能。
附图11所示为连接到25欧姆的阻抗的端口的高频功率放大器电路及其后续电路的最后级输出晶体管的电路结构，作为对比，附图12所示为连接到50欧姆的阻抗的端口的常规高频功率放大器电路及其后续电路的最后级输出晶体管的电路结构。
在这些附图中，参考标号Tr表示高频功率放大器电路的最后级的输出晶体管，110和120表示隔离元件，111和121表示阻抗匹配电路，C1至C4表示电容器，L1至L4分别表示通过微波传输带导体形成的电感器。
从这些附图中可以清楚地看出，由于高频功率放大器电路的输出阻抗通常为30欧姆或更小，与连接到50欧姆端口的情况相比，在连接到25欧姆端口的情况下，极大地降低输出阻抗匹配电路的尺寸。具体地说，由于仅要求较小数量的电感器(每个电感器占非常大的面积)，因此能够极大地减小输出阻抗匹配电路的尺寸。这里，在附图11所示的输出阻抗匹配电路尺寸显著地减小，对于在附图11中所示的电路在基片上的结构面积大约为在附图12中所示的电路的结构面积的40％。
在附图11中所示的高频功率放大器电路中所使用的输出晶体管的输出阻抗大约为18欧姆，这种放大器电路连接到匹配电路，该匹配电路作为在目标频率下运行的阻抗转换器而作为在比目标频率更高的频率下运行的低通滤波器。如果隔离元件的阻抗设置得完全与输出晶体管的阻抗相等，则可以省去这种输出阻抗匹配电路。然而，实际上，优选应用匹配电路以执行上述的运行从而吸收输出晶体管的特性波动并防止异常的振动。
附图13a所示为在本发明的进一步实施例中具有内置功率放大器的隔离装置的结构的示意图，附图13b所示为沿着附图13a的B-B线的剖视图。
在这些附图中，参考标号130表示单个电介质多层基片，131表示安装在基片130上以组成高频功率放大器电路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，133表示也安装在基片130上的许多芯片部件，135和136表示包括隔离装置的输入端电极和输出端电极的外部连接端电极，137表示基片130的矩形通孔，138表示插入在通孔137中的隔离元件的圆形环行元件，140表示圆形永磁体，141表示由软磁材料制成以覆盖整个隔离装置的金属外壳部件，142表示由软磁材料制成金属磁扼板，以及143、144和145分别表示连接到隔离元件的端口的连接导体。
能够容纳主要由具有中心导体的铁氧体块构成的环行元件138的通孔137形成在基片130中。环行元件138插入在这个通孔137中。由于环行元件138不安装在基片130上而是插入在通孔137中，因此能够防止隔离装置的整个高度增加。这就是说能够降低隔离装置的厚度。
功率放大器MMIC芯片131的输出电极通过输出阻抗匹配电路(未示)以及通过带状连接导体143连接到形成在环行元件138的上表面的输入端口。环行元件138的输出端口还连接到在元件138的上部表面上的连接导体145。连接导体145与耦合到天线电路的印刷电路板连接。
输出阻抗匹配电路可以通过如下的方式形成如在附图3、5a和7中所示的实施例通过在基片130中的导体和电介质形成或通过安装在基片130的顶部表面上的芯片部件133形成。
附图14所示为在本实施例中具有连接导体的环行元件的输入/输出端口的连接位置。
如该附图所示，环行元件138的所有端口都与环行元件138的上部表面(与激励永磁体140相接触的表面)上的连接导体143至145连接。
如上文所述，在本实施例中，环行元件138设置得靠近电介质多层基片130，并且通过输出阻抗匹配电路连接到功率放大器MMIC芯片131的导体形成在基片130的上表面。此外，形成在环行元件138的上表面上的输入端口138a通过连接导体143连接到上述的导体上，环行元件138的上表面与基片130的上表面几乎在相同平面中，环行元件138的输出端口138b也从环行元件138的上表面通过连接端口145连接到印刷电路板的导体上。
虽然在本实施例中应用带状连接导体来连接环行元件138的每个端口，但是也可以应用其它的连接装置比如柔性印刷电路板。
激励永磁体140安装在环行元件138上。整个隔离装置由具有高导磁率的金属外壳部件141和具有高导磁率的金属磁扼板142覆盖，并且连接到隔离装置的下表面以便通过外壳部件141和扼板142形成封闭磁路。
因此，依据本实施例，通过将高频功率放大器电路和隔离元件结合在一个壳体中能够极大地减小隔离装置的尺寸，而且不显著地改变隔离装置的厚度。
在本实施例中，组成封闭磁路的金属外壳部件141还起功率放大器MMIC芯片131的屏蔽外壳的作用。然而，可以应用具有高磁导率的金属外壳来仅包围隔离元件，并可以单独提供另一个屏蔽外壳来屏蔽功率放大器MMIC芯片131。
本实施例的其它结构与在附图3、5a、7和8a和8b中所示的实施例中的结构基本相同。此外，本实施例的操作和优点与在附图3、5a、7和8a和8b中所示的实施例的操作和优点相同。
在本实施例中以及在附图10所示的变型实施例中，可以将接收环行元件138的高频功率的输入端口的阻抗设置为30欧姆或更小，特别是设置为25欧姆，并将在天线侧的输出端口的阻抗设置为等于标准传输线阻抗的50欧姆。获得上述阻抗结构的环行元件138的内部结构和功能以及优点都完全与在附图10中所示的变型实施例的内部结构和功能以及优点完全相同。
如上文的详细描述，依据本发明，高频功率放大器电路和隔离元件通过形成在单个电介质多层基片上的电路元件彼此连接并且还与单个电介质多层基片结合。由于高频输出级与单个电介质多层基片结合，因此能够极大地减小高频输出级的尺寸和厚度。此外，还由于结合在一起能够减少部件的数量。
依据本发明的具有内置功率放大器的隔离装置具有如下的优点(1)降低了整个高频输出级的安装面积，(2)由于通信装置比如手提电话或移动通信终端的设计者不需要分别设计部件比如高频功率放大器电路和隔离元件或分别设计阻抗匹配电路来连接这些部件，因此降低了通信装置的设计劳动，以及(3)使整个通信装置的性能偏差最小。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以构造出本发明的许多不同的实施例。应该理解的是本发明并不限于在说明书中所述的具体的实施例，而是以所附加的权利要求限定本发明。
权利要求书按照条约第19条的修改1．一种具有内置功率放大器的隔离装置，包括单个电介质多层基片、高频功率放大器电路、隔离元件以及形成在电介质多层基片上的电路元件，所说的高频功率放大器电路和所说的隔离元件通过所说的电路元件彼此连接，所说的电路元件包括所说的隔离元件的电容部分，所说的隔离元件的所说的电容部分嵌入在所说的电介质多层基片中，所说的高频功率放大器电路和所说的隔离元件与具有所说的嵌入的电容部分的所说的单个电介质多层基片结合。
2．如权利要求1所说的的装置，其中至少一部分所说的电路元件嵌入在所说的电介质多层基片中。
3．如权利要求1所说的的装置，其中至少一部分所说的的电路元件安装在所说的电介质多层基片上。
4．如权利要求1所说的的装置，其中使所说的高频功率放大器电路的输出阻抗与所说的隔离元件的输入阻抗相匹配的阻抗匹配电路嵌入在所说的电介质多层基片中。
5．如权利要求1所说的的装置，其中使所说的高频功率放大器电路的输出阻抗与所说的隔离元件的输入阻抗相匹配的阻抗匹配电路安装在所说的电介质多层基片上。
6．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件的主要部件整体地插入在安装部分中，通过除去一部分所说的电介质多层基片形成该装配部分。
7．如权利要求6所说的的装置，其中所说的装配部分是所说的电介质多层基片的切口。
8．如权利要求6所说的的装置，其中所说的装配部分是所说的电介质多层基片的通孔。
9．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有通过阻抗匹配电路电连接到所说的高频功率放大器电路的第一端口，以及其中所说的第一端口具有标准的传输线阻抗。
10．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有电连接到所说的高频功率放大器电路的第一端口，以及其中所说的第一端口具有与所说的高频功率放大器电路的输出阻抗基本相匹配的输入阻抗。
11．如权利要求10所说的的装置，其中所说的隔离元件的所说的第一端口通过阻抗匹配电路电连接到所说的高频功率放大器电路。
12．如权利要求10所说的的装置，其中所说的隔离元件具有第二端口，该第二端口的阻抗不同于所说的第一端口的阻抗。
13．如权利要求12所说的的装置，其中所说的第一端口的阻抗低于所说的第二端口的阻抗。
14．如权利要求12所说的的装置，其中所说的第二端口的阻抗等于标准的传输线阻抗。
15．如权利要求12所说的的装置，其中所说的环行元件包括磁性材料块和形成在所说的磁性材料块上的三角对称的中心导体，以及其中连接到所说的第一端口的所说的中心导体的宽度不同于连接到其它的端口的中心导体的宽度。
16．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有环行元件，所说的环行元件的上表面与所说的电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，以及其中所说的环行元件的第一和第二端口的端电极都设置在所说的环行元件的上表面上。
17．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有环行元件，所说的环行元件的上表面与所说的电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，以及其中所说的环行元件的第一和第二端口的端电极分别设置在所说的环行元件的上表面和下表面上。
18．如权利要求1所说的的装置，其中通过共同的单个屏蔽外壳覆盖所说的高频功率放大器电路和所说的隔离元件。
19．如权利要求1所说的的装置，其中所说的装置进一步包括安装在所说的电介质多层基片上并耦合到所说的高频功率放大器电路的输入中的表面声波装置和嵌入在所说的电介质多层基片中以使所说的表面声波装置的输出阻抗与所说的高频功率放大器电路的输入阻抗相匹配的匹配电路。
20．如权利要求1所说的的装置，其中所说的装置进一步包括安装在所说的电介质多层基片上并耦合到所说的高频功率放大器电路的输入中的表面声波装置和安装在所说的电介质多层基片上以使所说的表面声波装置的输出阻抗与所说的高频功率放大器电路的输入阻抗相匹配的匹配电路。
权利要求
1．一种具有内置功率放大器的隔离装置，包括单个电介质多层基片、高频功率放大器电路、隔离元件以及形成在该电介质多层基片上的电路元件，所说的高频功率放大器电路和所说的隔离元件通过所说的电路元件彼此连接并与所说的单个电介质多层基片结合。
2．如权利要求1所说的的装置，其中至少一部分所说的电路元件嵌入在所说的电介质多层基片中。
3．如权利要求1所说的的装置，其中所说的电路元件包括所说的隔离元件的电容部分，其中所说的隔离元件的所说的电容部分嵌入在所说的电介质多层基片中。
4．如权利要求1所说的的装置，其中至少一部分所说的的电路元件安装在所说的电介质多层基片上。
5．如权利要求1所说的的装置，其中使所说的高频功率放大器电路的输出阻抗与所说的隔离元件的输入阻抗相匹配的阻抗匹配电路嵌入在所说的电介质多层基片中。
6．如权利要求1所说的的装置，其中使所说的高频功率放大器电路的输出阻抗与所说的隔离元件的输入阻抗相匹配的阻抗匹配电路安装在所说的电介质多层基片上。
7．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件的主要部件整体地插入在装配部分中，通过除去一部分所说的电介质多层基片形成该装配部分。
8．如权利要求7所说的的装置，其中所说的装配部分是所说的电介质多层基片的切口。
9．如权利要求7所说的的装置，其中所说的装配部分是所说的电介质多层基片的通孔。
10．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有通过阻抗匹配电路电连接到所说的高频功率放大器电路的第一端口，以及其中所说的第一端口具有标准的传输线阻抗。
11．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有电连接到所说的高频功率放大器电路的第一端口，以及其中所说的第一端口具有与所说的高频功率放大器电路的输出阻抗基本相匹配的输入阻抗。
12．如权利要求11所说的的装置，其中所说的隔离元件的所说的第一端口通过阻抗匹配电路电连接到所说的高频功率放大器电路。
13．如权利要求11所说的的装置，其中所说的隔离元件具有第二端口，该第二端口的阻抗不同于所说的第一端口的阻抗。
14．如权利要求13所说的的装置，其中所说的第一端口的阻抗低于所说的第二端口的阻抗。
15．如权利要求13所说的的装置，其中所说的第二端口的阻抗等于标准的传输线阻抗。
16．如权利要求13所说的的装置，其中所说的环行元件包括磁性材料块和形成在所说的磁性材料块中的三角对称的中心导体，以及其中连接到所说的第一端口的所说的中心导体的宽度不同于连接到其它的端口的中心导体的宽度。
17．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有环行元件，所说的环行元件的上表面与所说的电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，以及其中所说的环行元件的第一和第二端口的端电极都设置在所说的环行元件的上表面上。
18．如权利要求1所说的的装置，其中所说的隔离元件具有环行元件，所说的环行元件的上表面与所说的电介质多层基片的上表面几乎在相同的平面中，以及其中所说的环行元件的第一和第二端口的端电极分别设置在所说的环行元件的上表面和下表面上。
19．如权利要求1所说的的装置，其中通过共同的单个屏蔽外壳覆盖所说的高频功率放大器电路和所说的隔离元件。
20．如权利要求1所说的的装置，其中所说的装置进一步包括安装在所说的电介质多层基片上并耦合到所说的高频功率放大器电路的输入中的表面声波装置和嵌入在所说的电介质多层基片中以使所说的表面声波装置的输出阻抗与所说的高频功率放大器电路的输入阻抗相匹配的匹配电路。
21．如权利要求1所说的的装置，其中所说的装置进一步包括安装在所说的电介质多层基片上并耦合到所说的高频功率放大器电路的输入中的表面声波装置和安装在所说的电介质多层基片上以使所说的表面声波装置的输出阻抗与所说的高频功率放大器电路的输入阻抗相匹配的匹配电路。
全文摘要
一种隔离装置包括电介质多层基片、高频功率放大器电路、隔离元件以及形成在电介质多层基片上的电路元件。该高频功率放大器电路和隔离元件整体地形成在多层电介质基片上并通过电路元件互相连接。
文档编号H01P1/36GK1319277SQ00801565
公开日2001年10月24日 申请日期2000年7月27日 优先权日1999年7月29日
发明者近藤良一, 仓桥孝秀, 中井信也, 加藤一 申请人:Tdk株式会社