CN102171927B - 高频开关 - Google Patents

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Abstract

提供了一种高频开关（10A），其中每个包括第一PIN二极管（D1）的第一开关电路（20a）与一个或者多个传送传输信号（Sa）的第一λ/4信号传输路径（16a）并联连接，每个包括第二PIN二极管（D2）的第二开关电路（20b）与一个或者多个传送接收信号（Sb）到接收端子（18）的第二λ/4信号传输路径（16b）并联连接。第一控制电压（Vc1）被施加到第一PIN二极管（D1）的阴极，并且第二控制电压（Vc2）被施加到第二PIN二极管（D2）的阴极。此外，施加恒定的偏置电压（Vcc）的偏置电路（30）连接到第一PIN二极管（D1）以及第二PIN二极管（D2）的每个阳极。

Description

高频开关
技术领域
本发明涉及用于在高频信号之间切换的高频开关，并且更具体地涉及适合用作连接到天线的天线开关（例如TDD（时分双工）开关等等）的高频开关。
背景技术
诸如天线开关的常规高频开关例如包括在日本专利号2532122中公开的微波开关以及在日本专利号2830319中公开的传输及接收切换装置。
在日本专利号2532122中公开的微波开关具有串联和并联插入到信号线中的PIN二极管。正向电流被传送经过PIN二极管以使其接通，并且PIN二极管被反向偏置（reversely bias）以使其关断，从而在高频信号之间切换。
在日本专利号2830319中公开的传输及接收切换装置采用电路方案，其中开关由传输线和串联连接到传输线的PIN二极管等等构成，所述传输线和PIN二极管与信号传输线并联连接。
发明内容
如下面所描述的，存在使用高频开关的两种类型的传输及接收切换方案（第一传输及接收切换方案和第二传输及接收切换方案）。
根据第一传输及接收切换方案，如图18所示，传输放大器108和隔离器（isolator）111连接到收发器100和传输及接收天线102之间的传输信号线106（或者经由带通滤波器104），并且接收放大器112连接到收发器100和传输及接收天线102之间的接收信号线110（或者经由带通滤波器104）。高频开关114连接到传输信号线106和接收信号线110之间的接点（junction）。
根据第二传输及接收切换方案，如图19所示，传输放大器108连接到传输信号线106，并且接收放大器112和高频开关114连接到接收信号线110。循环器116连接到传输信号线106和接收信号线110之间的接点。
在上面的高频开关中，例如PIN二极管用作切换元件。由于PIN二极管的阳极或阴极全都直流接地，因此有必要使用正电源和负电源两者用于切换操作。
因此，如果在上述传输和接收切换方案中，使用正电源用于电路系统，则需要新准备负电源。相反，如果在上述传输和接收切换方案中，使用负电源用于电路系统，则需要新准备正电源。于是，所使用的部件的数量变得较大，并且其整体电路配置在结构上变得复杂。
日本专利第2830319号中公开的电路不需要双电源（正电源和负电源两者）。然而，当二极管关断时，电路不反向偏置。因此，由于使用二极管、而二极管的结电容大，因此不可能实现足够的切换特性。另外，由于晶体管和反相器以及控制电路是有必要的，因此所使用的部件的数量变大。
鉴于以上问题，做出了本发明。本发明的一个目的是提供一种高频开关，代替正电源和负电源两者，所述高频开关仅需要单个电源（正电源或者负电源），并且可以在当二极管反向偏置并且其结电容小时被使用，并且其可以避免所使用的部件的数量以及电路配置的结构复杂度的增加，并且其可以避免切换速度的降低。
根据本发明，高频开关包括与用于从传输端子传送传输信号的至少一个第一信号传输线并联连接的第一开关电路和与用于将接收信号传送到接收端子的至少一个第二信号传输线并联连接的第二开关电路，所述第一开关电路具有至少一个第一PIN二极管，所述第二开关电路具有至少一个第二PIN二极管，其中在所述第一开关电路中，第一传输线串联连接到包括至少一个第一PIN二极管的电路，同时所述第一PIN二极管的阳极连接到所述第一传输线，在所述第二开关电路中，第二传输线串联连接到包括至少一个第二PIN二极管的电路，同时所述第二PIN二极管的阳极连接到所述第二传输线，所述PIN二极管的阴极在高频接地，谐振线或谐振元件的一端连接到PIN二极管的阴极，所述谐振线或谐振元件的其它端是自由端，第一控制端子电连接到所述第一PIN二极管的阳极和阴极之一，第一控制电压提供给所述第一控制端子，第二控制端子电连接到所述第二PIN二极管的阳极和阴极之一，第二控制电压提供给所述第二控制端子，以及偏置施加电路被提供用于将恒定偏置电压施加到所述PIN二极管的阴极和阳极中的另一个。
利用上述布置，代替正电源和负电源两者，所述高频开关仅需要单个电源（正电源或者负电源），可以在当PIN二极管反向偏置并且其结电容小时使用，可以避免所使用的部件的数量以及电路配置的复杂度的增加，并且可以避免切换速度的降低。
同时，代替谐振元件（或者谐振线）的一端具有另一自由端，可以想到电容器Cx可以连接到PIN二极管的每一个的阴极与GND之间，如图示参考示例的图20所示。由于Q因子或者电容器Cx的寄生电容，不能实现足够低的阻抗，以使得难以在高频将阴极接地。
在本发明中，谐振元件（或者谐振线）的一端连接到PIN二极管的每一个的阴极，并且其另一端是自由端。通过此阻抗改变功能，可以实现足够低的阻抗，以使得可以在高频将阴极接地。
在本发明中，当0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1时所述第一开关电路可接通并且所述第二开关电路关断，并且当0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2时所述第一开关电路关断并且所述第二开关电路接通，其中Vc1表示所述第一控制电压，Vc2表示所述第二控制电压，并且Vcc表示所述偏置电压。
类似地，当0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2时所述第一开关电路可接通并且所述第二开关电路关断，并且当0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1时所述第一开关电路关断并且所述第二开关电路接通，其中Vc1表示所述第一控制电压，Vc2表示所述第二控制电压，并且Vcc表示所述偏置电压。
在本发明中，fo表示操作频带的中心频率，并且λ表示对应于所述中心频率fo的波长，在所述第一开关电路中，所述第一传输线以及包括至少一个第一PIN二极管的并联谐振电路串联连接到所述第一信号传输线，在所述第二开关电路中，所述第二传输线以及包括至少一个第二PIN二极管的并联谐振电路串联连接到所述第二信号传输线，并联谐振电路的常数被设置为在所述PIN二极管关断时使谐振频率与所述中心频率fo均衡。
在本发明中，所述高频开关还可以包括定向耦合器，其将所述第一信号传输线作为其部件，用于至少检测所述传输信号的反射波。
在本发明中，用于形成接收端接电阻的电阻器可以并联连接到所述第二开关电路的所述第二PIN二极管，所述第二开关电路并联连接到所述第二信号传输线，所述第二信号传输线至少连接到所述接收终端。
另外，上述第一和第二信号传输线的每一个的电长度不受限制，并且所述信号传输线可以具有诸如3λ/4信号传输线和λ/4信号传输线之类的长度。然而，鉴于尺寸等的减少，优选地是使用λ/4信号传输线。
另外，上述第一和第二信号传输线的每一个的电长度不受限制，并且所述信号传输线可以具有诸如3λ/4传输线或λ/4传输线之类的长度。然而，鉴于尺寸等的减少，优选地是使用λ/4信号传输线。
另外，上述谐振元件或谐振线的每一个的电长度不受限制，并且所述谐振元件或谐振线可以具有诸如3λ/4谐振元件（或者3λ/4谐振线）或者λ/4谐振元件（或者λ/4谐振线）之类的长度。然而，鉴于尺寸等的减少，优选地是使用λ/4谐振元件（或者λ/4谐振线）。
如上所述，代替正电源和负电源两者，根据本发明的高频开关仅需要单个电源（正电源或者负电源），可以在当PIN二极管反向偏置并且其结电容小时使用，可以避免所使用的部件的数量以及电路配置的复杂度的增加，并且可以避免切换速度的降低。
附图说明
图1是示出第一天线开关的配置的电路图；
图2A是示出当第一PIN二极管接通时第一天线的第一开关电路的等效电路的图，图2B是示出当第一PIN二极管关断时第一开关电路的等效电路的图；
图3A是示出当第一PIN二极管接通时第一开关电路在中心频率附近的等效电路的图，图3B是示出当第一PIN二极管关断时第一开关电路在中心频率附近的等效电路的图；
图4是图示传输线的输入和输出阻抗之间的关系的图；
图5是示出当第一开关电路接通并且第二开关电路关断时第一天线开关的等效电路的图；
图6是示出当第一开关电路关断并且第二开关电路接通时第一天线开关的等效电路的图；
图7是示出根据第一修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图8是示出根据第二修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图9是示出定向耦合器操作的方式的图；
图10是示出根据第三修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图11是示出根据第四修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图12是示出根据第五修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图13A是示出当第二PIN二极管接通时，根据第五修改的示例的天线开关的第二开关电路的等效电路的图，图13B是示出当第二PIN二极管关断时，第二开关电路的等效电路的图；
图14是示出当第一开关电路接通并且第二开关电路关断时、根据第五修改的示例的天线开关的等效电路的图；
图15是示出根据第六修改的示例的天线开关的配置的电路图；
图16是示出当第一开关电路关断并且第二开关电路接通时，根据第六修改的示例的天线开关的等效电路的图；
图17是示出第二天线开关的配置的电路图；
图18是图示使用高频开关的第一传输和接收方案的图；
图19是图示使用高频开关的第二传输和接收方案的图；以及
图20是图示根据参考示例的天线开关的图。
具体实施方式
下面将参考图1到17来描述其中根据本发明的高频开关例如应用于天线开关的实施例。假设λ表示与开关的工作频带的中心频率对应的波长，并且指代下面描述的传输线中的波长。
如图1所示，根据第一实施例的天线开关（在下文中被称为第一天线开关10A）包括在天线连接端子12和传输端子14之间连接的两个第一λ/4信号传输线16a、在天线连接端子12和接收端子18之间连接的两个第二λ/4信号传输线16b、与相应的第一λ/4信号传输线16a并联连接的第一开关电路20a、以及与相应的第二λ/4信号传输线16b并联连接的第二开关电路20b。
电容器Ca到Cc分别连接在传输端子14和与传输端子14相邻的第一λ/4信号传输线16a之间、在接收端子18和与接收端子18相邻的第二λ/4信号传输线16b之间、在彼此相邻的第一λ/4信号传输线16a与第二λ/4信号传输线16b之间的接点和天线连接端子12之间。电容器Ca到Cc是用于阻断下面要描述的用于接通以及关断PIN二极管的电流、或者下面要描述的经由偏置端子32提供的直流的电容器，并且在高频操作为短路。
在第一开关电路20a中，第一λ/4传输线22a串联连接到包括第一PIN二极管D1的电路，同时第一PIN二极管D1的阳极连接到第一λ/4传输线22a。
包括第一PIN二极管D1的电路包括连接在第一PIN二极管D1的阳极和阴极之间的第十一电感器L11以及第十一电容器C11的串联连接的电路。在该电路中，第十一电感器L11连接到阳极，第十一电容器C11连接到阴极。第十一电容器C11操作为用于阻断下面要描述的经由偏置端子32提供的直流的电容器。另外，第十二电感器L12和第十二电容器C12的串联连接的电路连接在第一PIN二极管D1的阴极与GND（地）之间。第一控制端子24a连接到在第十二电感器L12与第十二电容器C12之间的接点。
λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）的一端连接到第一PIN二极管D1的阴极，其另一端是自由端（无穷大的电阻）。因此，第一PIN二极管D1的阴极侧在高频接地。由此，由第一PIN二极管D1以及第十一电感器L11和第十一电容器C11的串联连接的电路组成的组合电路配置第一并联谐振电路28a。第十二电容器C12操作为用于阻断用于接通和关断第一PIN二极管D1的电流的电容器，第十二电感器L12操作为扼流线圈。
在第二开关电路20b中，第二λ/4传输线22b串联连接到包括第二PIN二极管D2的电路，同时第二PIN二极管D2的阳极连接到第二λ/4传输线22b。
包括第二PIN二极管D2的电路包括连接在第二PIN二极管D2的阳极和阴极之间的第二十一电感器L21以及第二十一电容器C21的串联连接的电路。在该电路中，第二十一电感器L21连接到阳极，第二十一电容器C21连接到阴极。第二十一电容器C21操作为用于阻断下面要描述的经由偏置端子32提供的直流的电容器。另外，第二十二电感器L22和第二十二电容器C22的串联连接的电路连接在第二PIN二极管D2的阴极与GND（地）之间。第二控制端子24b连接到在第二十二电感器L22与第二十二电容器C22之间的接点。
λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）的一端连接到第二PIN二极管D2的阴极，其另一端是自由端（无穷大的电阻）。因此，第二PIN二极管D2的阴极侧在高频接地。由此，由第二PIN二极管D2以及第二十一电感器L21和第二十一电容器C21的串联连接的电路组成的组合电路配置第二并联谐振电路28b。第二十二电容器C22操作为用于阻断用于接通和关断第二PIN二极管D2的电流的电容器，第二十二电感器L22操作为扼流线圈。
在第一天线开关10A中，偏置电路30连接到两个第二开关电路20b中接近天线连接端子12的一个。
偏置电路30是用于将恒定偏置电压Vcc施加到第一开关电路20a的第一PIN二极管D1的阳极以及第二开关电路20b的第二PIN二极管D2的阳极的电路。在此实施例中，偏置电路30包括连接在第二开关电路20b的第二十一电感器L21和第二十一电容器C21之间的接点与GND（地）之间的第三电感器L3和第三电容器C3的串联连接的电路、以及连接到第三电感器L3与第三电容器C3之间的接点的偏置端子32。第三电容器C3操作为用于阻断经由偏置端子32提供的直流的电容器。第三电感器L3作用为扼流线圈，其用于将提供给偏置端子32的直流提供给第一PIN二极管D1的相应阳极和第二PIN二极管D2的相应阳极。因此，通过将恒定的偏置电压Vcc施加到偏置端子32，将恒定的偏置电压Vcc施加到第一PIN二极管D1的相应阳极和第二PIN二极管D2的相应阳极。
第一控制电压Vc1施加到第一控制端子24a，第二控制电压Vc2施加到第二控制端子24b。
因此，当偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1以及第二控制电压Vc2具有0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1的幅度关系时，第一开关电路20a接通，第二开关电路20b关断。
相反，当偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1以及第二控制电压Vc2具有0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2的幅度关系时，第一开关电路20a关断，第二开关电路20b接通。
在以下的描述中，当对于第一控制电压Vc1，0 V < Vc1 < Vcc或者0 V > Vcc > Vc1的关系成立时，第一控制电压Vc1被称作第一正向电压。而且，当对于第二控制电压Vc2，0 V < Vc2 < Vcc或者0 V > Vcc > Vc2的关系成立时，第二控制电压Vc2被称作第二正向电压。类似地，当对于第一控制电压Vc1，0 V < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc的关系成立时，第一控制电压Vc1被称作第一反向电压。同样地，当对于第二控制电压Vc2，0 V < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc的关系成立时，第二控制电压Vc2被称作第二反向电压。
接下来，下面将参考图2A到7来描述第一天线开关10A的电路操作。
下面将主要描述第一开关电路20a。首先，当偏置电压Vcc被施加到偏置端子32时，偏置电压Vcc施加到第一PIN二极管D1的阳极和第二PIN二极管D2的阳极。
在此状态下，当第一控制电压Vc1的第一正向电压施加到第一控制端子24a时，第一PIN二极管D1接通。此时，第一开关电路20a由图2A所示的等效电路表示。具体地，包括彼此并联连接的第一PIN二极管D1的电感La和导通（ON）电阻Ro的电路串联连接在第一λ/4传输线22a和GND之间。
相反，当第一控制电压Vc1的第一反向电压被施加到第一控制端子24a时，第一PIN二极管D1关断。此时，第一开关电路20a由图2B所示的等效电路表示。具体地，包括彼此并联连接的第一PIN二极管D1的电感La、由于第一PIN二极管D1的耗尽层引起的寄生电容Cf、和并联电阻Rf的并联谐振电路串联连接在第一λ/4传输线22a和GND之间。
在第一天线开关10A中，电感La的值被建立为使得第一天线开关10A的中心频率fo和由寄生电容Cf、并联电阻Rf和电感La构成的并联谐振电路的谐振频率相互一致。
导通电阻Ro通常为大约1欧姆（ohm）或更小。由于导通电阻Ro可以被表达为Ro << 2πfoLa，当第一PIN二极管D1接通时，第一开关电路20a在中心频率fo附近可以由图3A所示的等效电路表示；并且当第一PIN二极管D1关断时，在中心频率fo附近可以由图3B所示的等效电路表示。
假设，如图4所示，传输线z＝L由阻抗Z（L）的负载端接。
如果传输线具有特性阻抗Zo，行波由                                                
Figure 265129DEST_PATH_IMAGE001
表示并且反射波由
Figure 334585DEST_PATH_IMAGE002
表示（γ指示传播常数），则在参考点z处的电压V（z）和电流I（z）由以下方程表示：
Figure 687069DEST_PATH_IMAGE003
因此，在z＝L下的阻抗Z（L）由以下方程表示：
Figure 567300DEST_PATH_IMAGE004
反射系数Γ（L）具有由以下方程（a）表示的关系：
Figure 5235DEST_PATH_IMAGE005
在z＝0下看到的负载的阻抗Z（0）由以下方程（b）表示：
Figure 425852DEST_PATH_IMAGE006
根据方程（a），
Figure 85372DEST_PATH_IMAGE007
通过把这个方程代入方程（b）中，获得以下方程（c）：
Figure 198821DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 61735DEST_PATH_IMAGE009
（α表示衰减常数并且β是由β＝2π/λ表示的相位常数）。
由于对于无损耗线而言α＝0并且γ＝jβ，方程（c）可以被修改成以下方程（d）：
Figure 286043DEST_PATH_IMAGE010
通过把L＝λ/4代入方程（d）中，获得以下方程（e）：
Figure 534491DEST_PATH_IMAGE011
因为当第一PIN二极管D1接通时Z（L）是大约1欧姆或更小的低电阻，在信号线侧的第一λ/4传输线22a的阻抗（在这种情况下Z（0））具有大值，并且信号线理想上处于开路状态，如可以从方程（e）中理解的。相反，因为当第一PIN二极管D1关断时Z（L）是大约10k欧姆或更大的高电阻，在信号线侧的第一λ/4传输线22a的阻抗（在这种情况下Z（0））具有小值，并且信号线理想上处于短路状态，如可以从方程（e）中理解的。
因此，当第一控制电压Vc1的第一正向电压被施加到第一控制端子24a以接通第一PIN二极管D1，并且第二控制电压Vc2的第二反向电压被施加到第二控制端子24b以关断第二PIN二极管D2时，第一天线开关10A由图5所示的等效电路表示，其中在高频仅传输端子14连接到天线连接端子12。提供到传输端子14的传输信号Sa因而经由天线连接端子12进行发送。换言之，从传输端子14到天线连接端子12的第一信号线34a用作信号传输侧，从接收端子18到天线连接端子12的第二信号线34b用作信号截止侧。
相反，当第一控制电压Vc1的第一反向电压被施加到第一控制端子24a以关断第一PIN二极管D1时，并且当第二控制电压Vc2的第二正向电压被施加到第二控制端子24b以接通第二PIN二极管D2时，第一天线开关10A由图6所示的等效电路表示，其中在高频仅接收端子18连接到天线连接端子12。由天线接收的接收信号Sb因而提供到天线连接端子12并从接收端子18输出。换言之，从传输端子14到天线连接端子12的第一信号线34a用作信号截止侧，从接收端子18到天线连接端子12的第二信号线34b用作信号传输侧。
如果第一并联谐振电路28a被省去并且仅第一PIN二极管D1被连接，则当第一PIN二极管关断时在中心频率fo附近第一开关电路20a不由图3B所示的等效电路表示，但是如图2B所示，保留寄生电容Cf，从而使谐振频率偏移到低频范围中。结果，第一λ/4传输线22a的相位特性经受误差，从而引起损耗。
对于第一天线开关10A，调节第一并联谐振电路28a的第十一电感器L11的常数中的每一个以使在第一PIN二极管D1关断时第一并联谐振电路28a的谐振频率与第一天线开关10A的中心频率fo均衡（equalize）。类似地，调节第二并联谐振电路28b的第二十一电感器L21的常数中的每一个以使在第二PIN二极管D2关断时第二并联谐振电路28b的谐振频率与第一天线开关10A的中心频率fo均衡。
由于PIN二极管的导通电阻Ro被表达为Ro << 2πfoLa，当第一PIN二极管D1接通时，仅导通电阻Ro连接到第一λ/4传输线22a的GND，并且当第一PIN二极管D1关断时，仅并联电阻Rf连接到第一λ/4传输线22a的GND，例如如图3A和3B所示。因而，在第一PIN二极管D1接通和关断时第一λ/4传输线22a的谐振频率彼此不偏离。
因此对于第一天线开关10A，第一λ/4传输线22a和第二λ/4传输线22b的相位特性没有经受误差，并且在开关电路接通时的通带和在开关电路关断时的隔离带保持相互一致。换言之，第一天线开关10A能够在天线开关使用的频带中适当地最小化在开关电路接通时引起的插入损耗并且最大化在开关电路关断时提供的隔离。结果，在开关电路中引起的传输信号的损耗得以降低，并且在开关电路关断时的适当衰减量得以保证。
另外，在第一天线开关10A中，由于所有偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2都被设置为正电压或者负电压，不需要使用正电源和负电源两者。由此，单个电源（正电源或负电源）是足够的。当第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2反向偏置时，结电容可以小。另外，可以避免在第一天线开关10A中使用的部件的数量的增加、以及第一天线开关10A的电路配置的结构复杂度的增加。
另外，在第一天线开关10A中，λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）中的每一个的一端连接到第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2中的每一个的阴极，其另一端是自由端（无穷大的电阻）。因此，可以获得以下的优点。
例如，代替λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线），可以想到电容器Cx可以连接到第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2的每一个的阴极与GND（地）之间，如图示根据相当的示例的天线开关200的图20所示。由于Q因子或者电容器Cx的寄生电容，不能实现足够低的阻抗，以使得难以在高频将第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2的每一个的阴极接地。
在第一天线开关10A中，λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）中的每一个的一端连接到第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2中的每一个的阴极，其另一端是自由端。通过此阻抗改变功能，可以实现足够低的阻抗，以使得可以在高频将第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2的每一个的阴极接地。
在上面的实施例中，在第一开关电路20a中提供第一并联谐振电路28a，在第二开关电路20b中提供第二并联谐振电路28b。可替代地，第一并联谐振电路28a和第二并联谐振电路28b可以省掉。于是，第一PIN二极管D1的阴极可以连接到相应的第一控制端子24a，并且第二PIN二极管D2的阴极可以连接到相应的第二控制端子24b。于是，可以简化电路配置。
接下来，下面将参照图7到16描述根据第一天线开关10A的各个修改的示例的若干个天线开关。
如图7所示，根据第一修改的示例的天线开关10Aa具有基本上类似于上述第一天线开关10A的配置，但是按照如下在配置上不同。在每个第一开关电路20a中，多个并联第一PIN二极管D1被连接，并且在第二开关电路20b的每一个中，多个并联第二PIN二极管D2被连接。
而且，在此情况下，第一并联谐振电路28a的第十一电感器L11的常数的每一个被调节以在第一PIN二极管D1关断时使第一并联谐振电路28a的谐振频率与天线开关10Aa的中心频率均衡。
类似地，第二并联谐振电路28b的第二十一电感器L21的常数中的每一个被调节以在第二PIN二极管D2关断时使第二并联谐振电路28b的谐振频率与天线开关10Aa的中心频率均衡。
当第一开关电路20a接通时，即当所有的第一PIN二极管D1接通时，第一λ/4传输线22a与GND之间的电阻由低于一个导通电阻的电阻表示。如可以从上面的方程（e）理解的，在第一λ/4传输线22a的第一信号线34a侧的一端处的阻抗是高于一个导通电阻的阻抗。开关电路由此接近理想的开路状态。
相反，当第一开关电路20a关断时，即当所有的第一PIN二极管D1关断时，仅并联电阻（其是高的）连接在第一λ/4传输线22a和GND之间。如可以从上面的方程（e）理解的，在第一λ/4传输线22a的第一信号线34a侧的末端处的阻抗是取决于高电阻的低阻抗。换言之，在信号传输时开关电路的插入损耗可以进一步被减少。
接下来，下面将参照图8和9描述根据第二修改的示例的天线开关10Ab。
图8所示的天线开关10Ab具有基本上类似于上述第一天线开关10A的配置，但不同之处在于天线开关10Ab包括定向耦合器36，其具有第一λ/4信号传输线16a作为其部件。定向耦合器36a检测传输信号的反射波。
定向耦合器36包括上述第一λ/4信号传输线16a、被放置成使得面向该第一λ/4信号传输线16a的λ/4线38、连接到λ/4线38的一端的反射波输出端子40、以及连接到λ/4线38的另一端的端接电阻器42。端接电阻器42的另一端接地。
下面将参照图9描述定向耦合器36的操作的原理。首先，按照如下将定义定向耦合器36的第一端φ1到第四端φ4。第一端φ1指传输端子14侧的第一λ/4信号传输线16a的一端，第二端φ2指天线连接端子12侧的第一λ/4信号传输线16a的一端，第三端φ3指传输端子14侧的λ/4线38的一端，第四端φ4指天线连接端子12侧的λ/4线38的一端。
当来自传输端子14的传输信号的行波电功率Pa被施加到定向耦合器36的第一端φ1，在第二端φ2处产生行波，而且在第三端φ3处产生电波（信号），其具有与行波电功率Pa成比例的电功率dPa。所述波在天线处反射，并且反射波电功率Pb被施加到定向耦合器36的第二端φ2。于是，在第一端φ1处产生反射波，而且在第四端φ4处产生电波（信号），其具有与反射波电功率Pb成比例的电功率dPb。换言之，与反射波电功率Pb成比例的信号被从连接到定向耦合器36的第四端φ4的反射波输出端子40输出。因此，可以检测到反射波。
由此，当输出传输信号在天线处被反射时，与反射波成比例的信号可以在定向耦合器36的反射波输出端子40处被读出，以便可以检测反射波。在这种情况下，仅必要的是λ/4线38被设置成面向第一λ/4信号传输线16a。因此，传输信号的反射波可以在不增加所用部件数量的情况下进行检测。
由此，由于根据第二修改的示例的天线开关10Ab可以甚至用单个天线开关来检测传输信号的反射波，所以可以增强用于具有反射波检测功能的传输系统或收发系统的部件数量的减小、以及其大小的减小。此外，还可以增强生产成本和传输损耗的减小。
接下来，如图10所示，根据第三修改的示例的天线开关10Ac具有基本上类似于根据上述第二修改的示例的天线开关10Ab的配置，但是按照如下在定向耦合器36的配置上不同：
定向耦合器36包括第一λ/4信号传输线16a、被放置成使得面向该第一λ/4信号传输线16a的λ/4线38。第三末端φ3（在传输端子14侧的λ/4线38的末端）连接到行波输出端子44，而第四末端φ4（在天线连接端子12侧的λ/4线38的末端）连接到反射波输出端子40。
因而，与行波电功率Pa成比例的信号（参见图9）从连接到定向耦合器36的第三末端φ3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率Pb成比例的信号从连接到定向耦合器36的第四末端φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可以检测传输信号的反射波和行波。
如图11所示，根据第四修改的示例的天线开关10Ad具有基本上类似于根据上述第二修改的示例的天线开关10Ab的配置，但是在以下方面与其不同：
包括第一定向耦合器36a和第二定向耦合器36b。第一定向耦合器36a具有第一λ/4信号传输线16a作为其部件，所述第一λ/4信号传输线16a例如接近天线连接端子12，用于检测传输信号的反射波。第二定向耦合器36b具有第一λ/4信号传输线16a作为其部件，所述第一λ/4信号传输线16a接近传输端子14，用于检测传输信号的行波。
第一定向耦合器36a包括上述第一λ/4信号传输线16a、被放置成使得面向该第一λ/4信号传输线16a的第一λ/4线38a、连接到该第一λ/4线38a的一个末端（第四末端φ4）的反射波输出端子40、以及连接到该第一λ/4线38a的另一个末端（第三末端φ3）的第一端接电阻器42a。
第二定向耦合器36b包括上述的第一λ/4信号传输线16a、被放置成使得面向该第一λ/4信号传输线16a的第二λ/4线38b、连接到该第二λ/4线38b的一个末端（第三末端φ3）的行波输出端子44、以及连接到该第二λ/4线38b的另一个末端（第四末端φ4）的第二端接电阻器42b。第一端接电阻器42a和第二端接电阻器42b的其他末端被接地。
在这种情况下，与行波电功率Pa成比例的信号（参见图9）从连接到第二定向耦合器36b的第三末端φ3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率Pb成比例的信号从连接到第一定向耦合器36a的第四末端φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可以检测传输信号的反射波和行波。
而且，即使连接到反射波输出端子40的监视电路（反射波检测电路）的特性和连接到行波输出端子44的监视电路（行波检测电路）的特性彼此不同，第一定向耦合器36a和第二定向耦合器36b的每个输出特性可以被独立地依据每个监视电路的特性被设定。因此，定向耦合器可以被更自由地设计。
下面将参照图12描述根据第五修改的示例的天线开关10Ae。
如图12所示，天线开关10Ae具有基本上类似于如上所述的第一天线开关10A的配置，但与其不同之处在于：用于形成接收端接电阻的电阻器Rr并联连接到与接收端子18相邻的第二开关电路20b的第二十一电感器L21。
下面将主要描述第二开关电路20b的操作。在第二开关电路20b中，当第一控制电压Vc2的第二正向电压被施加到第二控制端子24b时，第二PIN二极管D2导通。此时，第二开关电路20b由图13A所示的等效电路表示。具体地，包括电感La、第二PIN二极管D2的导通电阻Ro、以及用于形成彼此并联连接的接收端接电阻的电阻器Rr的电路，串联连接在第二λ/4传输线22b与GND之间。
相反，当第二控制电压Vc2的第二反向电压被施加到第二控制端子24b时，第二PIN二极管D2关断。此时，第二开关电路20b由图13B所示的等效电路表示。具体地，包括相互并联连接的电感La、由于第二PIN二极管D2的耗尽层引起的寄生电容Cf、第二PIN二极管D2的并联电阻Rf和用于形成接收端接电阻的电阻器Rr的并联谐振电路串联连接在第二λ/4传输线22b和GND之间。
而且，在此情况下，电感La的值也被建立为使得天线开关10Ae的中心频率fo和由寄生电容Cf、并联电阻Rf和电感La构成的并联谐振电路的谐振频率相互一致。
如上所述，第二开关电路20b具有包括用于形成接收端接电阻的并联连接电阻器Rr的配置。由于导通电阻Ro和电阻器Rr具有Ro << Rr的幅度关系，当第二PIN二极管D2接通时，电阻器Rr不影响第二开关电路20b的操作。由于并联电阻Rf和电阻器Rr具有Rf >> Rr的幅度关系，信号线侧的阻抗由电阻器Rr确定。
具体地，如果第二λ/4传输线22b的特性阻抗具有50欧姆并且用于形成接收端接电阻的电阻器Rr具有50欧姆，则并联电阻Rf（例如10k欧姆）和电阻器Rr的组合电阻（RF//Rr）具有49.751欧姆。在信号线侧的第二λ/4传输线22b的阻抗根据方程（e）用50×50/49.751＝50.250欧姆进行端接（端接电阻具有50.250欧姆）。实际上，例如电阻器Rr的值被确定为使得端接电阻具有50欧姆。
当第二PIN二极管D2接通时，如果导通电阻Ro＝1欧姆，则由于导通电阻Ro和电阻器Rr的组合电阻（Ro//Rr）具有0.9804欧姆，在信号线侧的第二λ/4传输线22b的阻抗根据方程（e）具有50×50/0.9804＝2550欧姆。
因此，当第一控制电压Vc1的第一正向电压被施加到第一控制端子24a以接通第一PIN二极管D1，并且第二控制电压Vc2的第二反向电压被施加到第二控制端子24b以关断第二PIN二极管D2时，天线开关10Ae由图14所示的等效电路表示，其中在高频仅传输端子14连接到天线连接端子12，并且50欧姆的端接电阻器Re例如连接到接收端子18。提供到传输端子14的传输信号Sa因而经由天线连接端子12进行发送。换言之，从传输端子14到天线连接端子12的第一信号线34a用作信号传输侧，并且从接收端子18到天线连接端子12的第二信号线34b用作信号截止侧。
如果不存在用于形成接收端接电阻的电阻器Rr，则在信号线侧的第二λ/4传输线22b的阻抗将具有小值，并且信号线理想上处于短路状态，如上面所描述的。换言之，由于当开关关断时接收器侧的阻抗具有0欧姆，导致全反射，所以连接到接收端子18的接收放大器可能在操作中变得不稳定。
因为如上所述，包括用于形成接收端接电阻的电阻器Rr的根据第五修改的示例的天线开关10Ae并联连接到与接收端子18相邻的第二开关电路20b的第二十一电感器L21，如上所述，当开关关断时接收器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值（例如50欧姆），从而允许天线开关10Ae实现与其它电路的阻抗匹配。因此，连接到接收端子18的接收放大器在操作中呈现稳定。
相反，当第一控制电压Vc1的第一反向电压被施加到第一控制端子24a以关断第一PIN二极管D1，并且第二控制电压Vc2的第二正向电压被施加到第二控制端子24b以导通第二PIN二极管D2时，天线开关10Ae由图6所示的等效电路表示，其中在高频仅接收端子18连接到天线连接端子12，并且由天线接收的接收信号Sb因而提供到天线连接端子12并从接收端子18输出。换言之，从传输端子14到天线连接端子12的第一信号线34a用作信号截止侧，并且从接收端子18到天线连接端子12的第二信号线34b用作信号传输侧。因此，电阻器Rr不影响信号的接收。
接下来，如图15所示，根据第六修改的示例的天线开关10Af具有基本上类似于如上所述的根据第五修改的示例的天线开关10Ae的配置，但与其不同之处在于：用于形成传输端接电阻的电阻器Rt并联连接到与传输端子14相邻的第一开关电路20a的第十一电感器L11。
因此，当第一控制电压Vc1的第一正向电压被施加到第一控制端子24a以接通第一PIN二极管D1，并且第二控制电压Vc2的第二反向电压被施加到第二控制端子24b以关断第二PIN二极管D2时，天线开关10Af由图14所示的等效电路表示，其中在高频仅传输端子14连接到天线连接端子12，并且50欧姆的端接电阻器Re例如连接到接收端子18。在此情况下，当开关关断时接收器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值（例如50欧姆），从而允许天线开关10Af实现与其它电路的阻抗匹配。因此，连接到接收端子18的接收放大器在操作中呈现稳定。
相反，当第一控制电压Vc1的第一反向电压被施加到第一控制端子24a以关断第一PIN二极管D1，并且第二控制电压Vc2的第二正向电压被施加到第二控制端子24b以导通第二PIN二极管D2时，天线开关10Af由图16所示的等效电路表示，其中在高频仅接收端子18连接到天线连接端子12，以及（例如50欧姆）的端接电阻器Re连接到传输端子14。在此情况下，当开关关断时发送器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值（例如50欧姆），从而允许天线开关10Af实现与其它电路的阻抗匹配。
下面将参照图17描述根据第二实施例的天线开关（在下文中称作第二天线开关10B）
如图17所示，第二天线开关10B具有基本上类似于上述第一天线开关10A的配置，但不同之处在于偏置电压Vcc被施加到第一PIN二极管D1的阴极以及第二PIN二极管D2的阴极。
第二天线开关10B包括电容器Ca到Cd，它们分别连接在传输端子14和与传输端子14相邻的第一λ/4信号传输线16a之间、在天线连接端子12和与天线连接端子12相邻的第一λ/4信号传输线16a之间、在天线连接端子12和与天线连接端子12相邻的第二λ/4信号传输线16b之间、以及在接收端子18和与接收端子18相邻的第二λ/4信号传输线16b之间。电容器Ca到Cd是用于阻断下面要描述的用于接通以及关断PIN二极管的电流、或者阻断经由偏置端子32提供的直流的电容器，并且在高频操作为短路。
在两个第一开关电路20a中，接近天线连接端子12的第一开关电路20a连接到第一控制电路46a。在两个第二开关电路20b中，接近天线连接端子12的第二开关电路20b连接到第二控制电路46b。
第一控制电路46a是用于将第一控制电压Vc1施加到第一开关电路20a 的第一PIN二极管D1的相应的阳极的电路。在此实施例中，第一控制电路46a包括连接在第一开关电路20a的第十一电感器L11和第十一电容器C11之间的接点与GND（地）之间的第四十一电容器C41和第四十一电感器L41的串联连接的电路、以及连接到第四十一电感器L41与第四十一电容器C41之间的接点的第一控制端子24a。第四十一电容器C41操作为用于阻断经由第一控制端子24a提供的直流的电容器。第四十一电感器L41操作为用于将提供给第一控制端子24a的直流提供给第一PIN二极管D1的相应的阳极的扼流线圈。因此，通过将第一控制电压Vc1施加到第一控制端子24a，第一控制电压Vc1被施加到第一PIN二极管D1的相应的阳极。
λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）的一端连接到第一PIN二极管D1的阴极，其另一端是自由端（无穷大的电阻）。通过此阻抗改变功能，第一PIN二极管D1的每一个的阴极侧在高频接地。由此，由第一PIN二极管D1以及第十一电感器L11和第十一电容器C11的串联连接的电路组成的组合电路配置第一并联谐振电路28a。
类似地，第二控制电路46b是用于将第二控制电压Vc2施加到第二开关电路20b 的第二PIN二极管D2的相应的阳极的电路。在此实施例中，第二控制电路46b包括连接在第二开关电路20b的第二十一电感器L21和第二十一电容器C21之间的接点与GND（地）之间的第四十二电容器C42和第四十二电感器L42的串联连接的电路、以及连接到第四十二电感器L42与第四十二电容器C42之间的接点的第二控制端子24b。第四十二电容器C42操作为用于阻断经由第二控制端子24b提供的直流的电容器。第四十二电感器L42操作为用于将提供给第二控制端子24b的直流提供给第二PIN二极管D2的相应的阳极的扼流线圈。因此，通过将第二控制电压Vc2施加到第二控制端子24b，第二控制电压Vc2被施加到第二PIN二极管D2的相应的阳极。
λ/4谐振元件26（或者λ/4谐振线）的一端连接到第二PIN二极管D2的阴极，其另一端是自由端（无穷大的电阻）。由此，第二PIN二极管D2的每一个的阴极侧在高频接地。由此，由第二PIN二极管D2以及第二十一电感器L21和第二十一电容器C21的串联连接的电路组成的组合电路配置第二并联谐振电路28b。
连接到第一开关电路20a中每个的第十二电感器L12和第十二电容器C12之间的接点的端子是偏置端子32，而且连接到第二开关电路20b中每个的第二十二电感器L22和第二十二电容器C22之间的接点的端子也是偏置端子32。当偏置电压Vcc被施加到偏置端子32的每一个时，偏置电压Vcc被施加到第一PIN二极管D1和第二PIN二极管D2的相应的阴极。
在第二天线开关10B中，偏置电压Vcc被施加到第一PIN二极管和第二PIN二极管D2的相应的阴极，第一控制电压Vc1被施加到第一PIN二极管D1的相应的阳极，并且第二控制电压Vc2被施加到第二PIN二极管D2的相应的阳极。因此，当偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1以及第二控制电压Vc2具有0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2的幅度关系时，第一开关电路20a接通，并且第二开关电路20b关断。
相反，当偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1以及第二控制电压Vc2具有0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1的幅度关系时，第一开关电路20a关断，并且第二开关电路20b接通。
换言之，当对于第一控制电压Vc1，0 V < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc的关系成立时，第一控制电压Vc1被称作第一正向电压。而且，当对于第二控制电压Vc2，0 V < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc的关系成立时，第二控制电压Vc2被称作第二正向电压。类似地，当对于第一控制电压Vc1，0 V < Vc1 < Vcc或者0 V > Vcc > Vc1的关系成立时，第一控制电压Vc1被称作第一反向电压。而且，当对于第二控制电压Vc2，0 V < Vc2 < Vcc或者0 V > Vcc > Vc2的关系成立时，第二控制电压Vc2被称作第二反向电压。
如同第一天线开关10A，第二天线开关10B也能够在天线开关使用的频带中适当地最小化在开关电路接通时引起的插入损耗并且最大化在开关电路关断时提供的隔离。结果是，在开关电路中引起的传输信号的损耗得以降低，并且在开关电路关断时的适当衰减量得以保证。
另外，在第二天线开关10B中，由于偏置电压Vcc、第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2都被设置为正电压或者负电压，不需要使用正电源和负电源两者。由此，单个电源（正电源或负电源）是足够的。当所述PIN二极管反向偏置时，结电容可以小。另外，可以避免在第二天线开关10B中使用的部件的数量的增加、以及其电路配置的结构复杂度的增加。而且切换速度未被减小。
另外，对于第二天线开关10B来说还可以采用根据第一到第六修改的示例的天线开关10Aa到10Af的类似的配置。
在上述实施例中，尽管使用了对于减小各个信号传输线的大小尤其有利的第一和第二λ/4信号传输线16a和16b，但是作为替代可以使用3λ/4信号传输线等。而且，尽管上述实施例使用对于减小各个传输线的大小尤其有利的第一和第二λ/4传输线22a、22b，但是作为替代可以使用3λ/4信号线等。另外，尽管使用了对于减小各个谐振元件或者谐振线的大小尤其有利的λ/4谐振元件26（或λ/4谐振线），但是作为替代可以使用3λ/4谐振元件（或3λ/4谐振线）等。
根据本发明的高频开关不限于上面的实施例，而是可以在不偏离本发明的范围的情况下采用各种配置。

Claims (9)

1.一种高频开关，包括连接在地与用于从传输端子（14）发送传输信号（Sa）的至少一个第一信号传输线（16a）之间的至少一个第一开关电路（20a）和连接在地与用于将接收信号（Sb）发送到接收端子（18）的至少一个第二信号传输线（16b）之间的至少一个第二开关电路（20b），其中
在所述第一开关电路（20a）中，第一传输线（22a）串联连接到包括至少一个第一PIN二极管（D1）的电路（28a），同时所述第一PIN二极管（D1）的阳极连接到所述第一传输线（22a），
在所述第二开关电路（20b）中，第二传输线（22b）串联连接到包括至少一个第二PIN二极管（D2）的电路（28b），同时所述第二PIN二极管（D2）的阳极连接到所述第二传输线（22b），
第一PIN二极管（D1）和第二PIN二极管（D2）的阴极在高频接地，
谐振元件或谐振线（26）的一端连接到第一PIN二极管（D1）和第二PIN二极管（D2）的阴极，并且谐振元件或谐振线（26）的其它端是自由端，
第一控制端子（24a）电连接到所述第一PIN二极管（D1）的阴极，第一控制电压（Vc1）提供给所述第一控制端子（24a），
第二控制端子（24b）电连接到所述第二PIN二极管（D2）的阴极，第二控制电压（Vc2）提供给所述第二控制端子（24b），以及
偏置施加电路（30）被提供用于将恒定偏置电压（Vcc）施加到第一PIN二极管（D1）和第二PIN二极管（D2）的阴极。
2.根据权利要求1所述的高频开关，其中当0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1时所述第一开关电路（20a）接通并且所述第二开关电路（20b）关断，以及当0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2时所述第一开关电路（20a）关断并且所述第二开关电路（20b）接通，
其中Vc1表示所述第一控制电压，Vc2表示所述第二控制电压，并且Vcc表示所述偏置电压。
3.根据权利要求1所述的高频开关，其中当0 V < Vc2 < Vcc < Vc1或者0 V > Vc1 > Vcc > Vc2时所述第一开关电路（20a）接通并且所述第二开关电路（20b）关断，并且当0 V < Vc1 < Vcc < Vc2或者0 V > Vc2 > Vcc > Vc1时所述第一开关电路（20a）关断并且所述第二开关电路（20b）接通，
其中Vc1表示所述第一控制电压，Vc2表示所述第二控制电压，Vcc表示所述偏置电压。
4.根据权利要求1所述的高频开关，其中fo表示操作频带的中心频率，并且λ表示对应于所述中心频率fo的波长，
在所述第一开关电路（20a）中，所述第一传输线（22a）以及包括至少一个第一PIN二极管（D1）的并联谐振电路（28a）串联连接到所述第一信号传输线（16a），
在所述第二开关电路（20b）中，所述第二传输线（22b）以及包括至少一个第二PIN二极管（D2）的并联谐振电路（28b）串联连接到所述第二信号传输线（16b），
并联谐振电路（28a，28b）的常数被设置为在所述PIN二极管（D1，D2）关断时使谐振频率与所述中心频率fo均衡。
5.根据权利要求1所述的高频开关，还包括定向耦合器（36），其将所述第一信号传输线（16a）作为其部件，用于至少检测所述传输信号（Sa）的反射波。
6.根据权利要求1所述的高频开关，其中用于形成端接电阻的电阻器（Rr）并联连接到所述第二开关电路（20b）的电感器，所述第二开关电路（20b）连接在地与所述第二信号传输线（16b）之间，所述第二信号传输线（16b）至少连接到所述接收端子（18）。
7.根据权利要求1所述的高频开关，其中所述第一信号传输线（16a）和所述第二信号传输线（16b）每个包括λ/4信号传输线。
8.根据权利要求1所述的高频开关，其中所述第一传输线（22a）和所述第二传输线（22b）每个包括λ/4传输线。
9.根据权利要求1所述的高频开关，其中所述谐振元件或者所述谐振线（26）包括λ/4谐振元件或者λ/4谐振线。
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