CN103563165A - 高频开关 - Google Patents

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Abstract

本发明得到不需要来自外部的控制信号的小型的高频开关。高频开关具备一端与天线端子（1）（第一高频信号输入输出端子）连接且另一端与发送端子（2）（第二高频信号输入输出端子）连接、并且在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态的反平行二极管（4）（第一反平行二极管）。在高频开关为SPDT方式的情况下，也可以具备一端与天线端子(1)连接且另一端与接收端子（3）（第三高频信号输入输出端子）连接的高频开关的使用频率的1/4波长线路（5）和与接收端子（3）和接地（6）连接且在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态的反平行二极管（7）（第二反平行二极管）。

Description

高频开关
技术领域
本发明涉及在发送接收模块等高频电路中使用的切换高频信号的路径的高频开关。
背景技术
因为发送接收模块用共同的天线对发送信号进行发送并且对接收信号进行接收，所以，在与天线连接的高频开关中以如下方式进行切换：在发送时将发送部与天线连接，在接收时将接收部与天线连接。
例如，在专利文献1中记载了与开关电路内的传送线路以并联方式连接电容器的高频开关电路。根据专利文献1的高频开关电路，说明了即使在发送频带与接收频带的一部分重叠的频带中也能确保35dB以上的隔离度。
在专利文献2中记载了使用SPST（Single Pole、Single Throw：单刀单掷）开关的高频开关。专利文献2的高频开关以如下方式构成：将SPST开关和能设定0°或±90°的相位差的可变移相器级联连接于90°混合耦合器（hybrid coupler），在可变移相器的输出端连接90°混合耦合器。而且，通过将SPST开关的接通（ON）关断（OFF）状态与可变移相器中的移相量联动地进行控制，从而将从输入端子1输入的高频信号输出到输出端子2以及输出端子3的任意一方。
作为一般的电路，已知将反平行二极管（antiparellel diode）作为限幅电路来使用（例如，参照专利文献3或4）。此外，在专利文献5中记载了将限幅二极管（limiter diode）作为开关元件来使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－109535号公报；
专利文献2：日本特开2007－221314号公报；
专利文献3：日本实开昭58－88423号公报；
专利文献4：日本特开2007－150935号公报；
专利文献5：日本实开平2－90554号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1或专利文献2中记载的高频开关需要来自外部的控制信号，需要用于生成该外部控制信号的控制电路。特别是，在高速地切换高频开关的情况或用高电压进行驱动的情况下，需要复杂的控制电路。因此，在以往的高频开关中，存在作为周边电路的控制电路的电路规模变大这样的课题。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种不需要来自外部的控制信号的小型的高频开关。
用于解决课题的方案
本发明的高频开关具备一端与第一高频信号输入输出端子连接且另一端与第二高频信号输入输出端子连接、并且在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态的第一反平行二极管。
发明效果
根据本发明，利用所输入的高频功率造成的反平行二极管的导通/截止动作来实施高频开关的切换动作，所以，不需要生成切换信号的控制电路，可得到小型的高频开关。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的SPDT方式的高频开关的电路图。
图2A是大信号功率的高频信号通过时的高频开关的等价电路图。
图2B是小信号功率的高频信号通过时的高频开关的等价电路图。
图3是本发明的实施方式2的高频开关的电路图。
图4是本发明的实施方式3的高频开关的电路图。
图5是本发明的实施方式4的SPST方式的高频开关的电路图。
图6是本发明的实施方式5的高频开关的电路图。
图7是在实施方式2中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。
图8是在实施方式3中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。
图9是在实施方式4中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。
图10是本发明的实施方式6的高频开关的电路图。
图11是在实施方式2中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。
图12是在实施方式3中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。
图13是在实施方式4中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。
图14是在实施方式4中应用了实施方式6的结构的其它的高频开关的电路图。
图15是本发明的实施方式7的高频开关的电路图。
图16是在实施方式2中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。
图17是在实施方式3中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。
图18是在实施方式4中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。
图19是在实施方式2中应用了实施方式7的结构的其它的高频开关的电路图。
具体实施方式
实施方式1
使用图1对本发明的实施方式1进行说明。图1是对与天线连接的发送电路和接收电路进行切换的SPDT（Single Pole、Dual Trow：单刀双掷）方式的高频开关的电路图。高频开关具备反平行二极管4（第一反平行二极管）、1/4波长线路5（第一1/4波长线路）以及反平行二极管7（第二反平行二极管）。高频开关利用天线端子1（第一高频输入输出端子）与天线10连接，利用发送端子2（第二高频输入输出端子）与发送电路8连接，利用接收端子3（第三高频输入输出端子）与接收电路9连接。
反平行二极管4由以阳极与阴极彼此相反的方式进行并联连接的两个PIN二极管（P-Intrinsic-N diode）构成。反平行二极管4与天线端子1和发送端子2连接。1/4波长线路5与反平行二极管4的天线端子1侧的分支点11和接收端子3连接。1/4波长线路5具有高频开关的使用频率即通过高频开关的高频信号的1/4波长的传送长度。因此，在1/4波长线路5的两端产生使用频率的π/2的相位差。
反平行二极管7由以阳极与阴极彼此相反的方式进行并联连接的两个PIN二极管（p-intrinsic-n Diode）构成。反平行二极管7与1/4波长线路5的接收端子3侧的连接点12连接。此外，反平行二极管7的一端与电路的接地6连接。接地6是提供成为电路的基准的电位的等电位点。
从发送电路8输出的高频信号经由发送端子2通过反平行二极管4，向与天线端子1连接的天线10输出。此外，用天线10接收的高频信号从发送电路8侧与接收电路9侧的分支点11通过1/4波长线路5，输入到与接收端子3连接的接收电路9。以下，对图1的高频开关的动作进行说明。
图2Ａ是大信号功率的高频信号通过时的高频开关的等价电路图。在大信号功率的高频信号通过时，反平行二极管4、7能够分别看作是并联电阻4a、7a。所谓大信号功率，是在二极管的正向偏置下电流急剧变大的电压（正向电压）以上的功率。因为并联电阻4a、7a这两个电阻实际上是二极管，所以，分别只在一个方向流过电流，但是，由于两个二极管在彼此相反方向进行并联连接，所以，在双方向上流过电流。其结果是，在用发送信号13的箭头示出的方向上流过发送信号。
当输入PIN二极管的正向电压以上的例如100mW的大信号功率的高频信号时，反平行二极管4、7变为导通状态（ON状态），在高频下能看作微小电阻。由于反平行二极管7在高频下能看作微小电阻，所以，连接点12变成接地6的短路点。发送电路8侧与接收电路9侧的分支点11从成为短路点的连接点12离开高频信号的频率的波长的1/4波长，所以在高频下是开放点。其结果是，发送信号13不朝向接收电路9侧的路径而是向天线10输出。
图2B是小信号功率的高频信号通过时的高频开关的等价电路。在小信号功率的高频信号通过时，反平行二极管4、7能分别看作是并联电容器4b、7b。所谓小信号功率，是比在二极管的正向偏置下电流急剧变大的电压（正向电压）小的功率。此外，是二极管的击穿电压（的绝对值）以下的功率。在该区域，二极管在双方向上几乎不流过电流。其结果是，在用接收信号14的箭头示出的路径中流过接收信号。
在输入小于PIN二极管的正向电压的例如几mW的小信号功率的高频信号时，反平行二极管4、7是截止状态（切断状态），在高频下能看作并联电容器4b、7b，变成开放状态。由于反平行二极管4、7在高频下能看作开放（Open）状态，所以，接收信号14不通过反平行二极管4、7而输入到接收电路9。
像这样，实施方式1的高频开关根据所通过的高频信号的功率大小自动地切换信号路径。选择正向电压具有在所希望的功率切换导通/截止状态的正向电压的二极管来构成反平行二极管4、7，由此，能构成在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态的开关。
由于反平行二极管4、7不需要来自外部的控制信号，所以，不需要高速地切换高频开关的控制电路或用高电压进行驱动的控制电路等的复杂的控制电路，能以小型方式构成。此外，由于在反平行二极管4、7的结构中不对PIN二极管施加高电压，所以，能使例如几百瓦的大功率的发送信号以低损失通过。
进而，实施方式1的高频开关利用反平行二极管4使大信号功率的高频信号通过，并且，切断小信号功率的高频信号，所以，在产生了由发送电路8产生的发送信号以外的小信号功率的噪声时，小信号功率的噪声向接收电路9侧泄露被抑制。
在实施方式1中，对从发送端子2向天线端子1通过大信号功率的高频信号，从天线端子1向接收端子3通过小信号功率的高频信号的情况进行了说明。在对天线端子1输入了大信号功率的高频信号时，反平行二极管4、7变成导通状态，所以，大信号功率的高频信号向发送端子2通过。在对接收端子3输入了小信号功率的高频信号时，反平行二极管4、7变成截止状态，所以，具有小信号功率的高频信号向天线端子1通过的可逆特性。
实施方式2
在实施方式2中，使高频开关的发送电路8与天线10之间的反平行二极管4为两级结构。图3是本发明的实施方式2的高频开关的电路图。
实施方式2的高频开关是将实施方式1的反平行二极管4置换为串联连接的两个反平行二极管41、42的结构。将反平行二极管41、42串联连接而作成两级结构，由此，在小信号功率的高频信号通过时的反平行二极管的开放状态变成两级。其结果是，具有从分支点11观察发送电路8侧的隔离量变大的效果。
在实施方式2中，说明了使发送电路8侧的反平行二极管4为两级结构的例子。在实施方式2的高频开关中，也可以由三级以上的多个级构成反平行二极管4。通过改变反平行二极管4的级数，能调整小信号功率的高频信号通过时的从发送电路8侧与接收电路9侧的分支点11观察发送电路8侧的隔离量。
实施方式3
在实施方式3中，根据实施方式2的结构，进而做成为如下结构：具备串联连接在两级反平行二极管41、42之间的高频开关的使用频率的波长的1/4波长线路。
图4是本发明的实施方式3的高频开关的电路图。在图4中，两级反平行二极管41、42经由高频开关的使用频率的波长的1/4波长线路16（第二1/4波长线路）进行连接。在图4中，对与图3相同的构成要素标注相同的附图标记。1/4波长线路5、反平行二极管7、接收端子3以及接地6的结构与实施方式1以及2相同。
串联连接反平行二极管4而成为两级结构，由此，在小信号功率的高频信号通过时的反平行二极管的开放状态成为两级。因此，具有从发送电路8侧与接收电路9侧的分支点11观察发送电路8侧的隔离量变大的效果。进而，通过设置1/4波长线路16，从而反平行二极管41与1/4波长线路16的连接点能看作开放点，所以，小信号功率进一步被抑制，能使小信号功率的隔离量比本发明的实施方式2更大。
在实施方式3中，对发送电路8侧的反平行二极管41、42为两级结构的情况进行了说明。在实施方式3中，插入1/4波长线路16并且以三级以上的多个级构成反平行二极管4也可以。通过改变反平行二极管4的级数，从而能调整小信号功率的高频信号通过时的从发送电路8侧与接收电路9侧的分支点11观察发送电路8侧的隔离量。
实施方式4
实施方式1至3是SPDT方式的高频开关，相对于此，在实施方式4中，提出在SPST（Single Pole、Single Throw）方式的高频开关中应用的情况。图5是本发明的实施方式4的高频开关的电路图。
如图5所示，高频开关具备串联连接在发送电路8与天线10之间的反平行二极管4。图5的高频开关相当于图1的发送电路8侧的电路。
反平行二极管4与实施方式1同样地，在输入从发送电路8输出的大信号功率的高频信号的情况下，能看作是并联电阻4a。当输入超过PIN二极管的正向电压的例如100mW的大信号功率的高频信号时，变成导通状态，在高频下能看作微小电阻。因此，在从发送端子2输入了大信号功率的高频信号的情况下，天线端子1与发送端子2变成导通状态，来自发送电路8的高频信号传送到天线10。
相反，在输入小信号功率的高频信号的情况下，反平行二极管4能看作是并联电容器4b。当输入小于PIN二极管的正向电压的例如几mW的小信号功率的高频信号时，反平行二极管4变成截止状态，在高频下能看作并联电容器4b，变成开放状态。其结果是，可抑制从天线10输入的小信号功率的高频信号传送到发送端子2。
像这样，本发明的实施方式4中的高频开关根据所通过的高频信号的功率的大小自动地进行导通/截止，作为不需要来自外部的控制信号的小型的SPST开关进行动作。
进而，实施方式4的高频开关不仅用反平行二极管4使大信号功率的高频信号通过，而且切断小信号功率的高频信号，所以，具有如下效果：在产生了由发送电路8产生的发送信号以外的小信号功率的噪声时，防止小信号功率的噪声从天线10辐射。此外，与实施方式2以及实施方式3同样地，能够使反平行二极管4为多个级的结构而调整小信号功率的隔离量。
在实施方式4中，具有不仅是对从发送端子2向天线端子1通过的高频信号进行导通/截止的动作，而且在从天线端子1向发送端子2通过高频信号的情况下，也根据同样的作用对高频信号进行导通/截止的可逆特性。
实施方式5
实施方式5的高频开关是如下结构：具备与反平行二极管4并联连接的电感。图6是本发明的实施方式5的高频开关的电路图。在图6中，对与图1相同的构成要素标注相同的附图标记。
在实施方式5的高频开关中，如图6所示，电感20（第一电感）与反平行二极管4并联连接。当来自发送电路8的大信号功率的高频信号的功率降低，变成小于PIN二极管的正向电压，例如变成小于100mW时，反平行二极管4变成截止状态，天线端子1与发送端子2变成切断状态。通过设置电感20，从而具有作为向该切断状态的转移时间的下降时间缩短的效果。像这样，通过将电感20以并联方式与反平行二极管4连接，从而得到不需要特别的控制信号并且下降时间短的高频开关。
另外，由于在高频信号的频率下电感20的阻抗成为高电阻，所以，能忽略通过电感20的高频信号。
关于实施方式5中的电感20，即使追加到本发明的实施方式2～4的高频开关中也能得到同样的效果。图7是在实施方式2中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。在图7的高频开关中，电感（第一电感）201、202分别与图3的高频开关的反平行二极管41、42并联连接。
图8是在实施方式3中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。在图8的高频开关中，电感201、202分别与图4的高频开关的反平行二极管41、42并联连接。图9是在实施方式4中应用了实施方式5的结构的高频开关的电路图。在图9的高频开关中，电感20与图5的高频开关的反平行二极管4并联连接。
实施方式6
实施方式6的高频开关具备与和发送端子2连接的第一反平行二极管的天线端子1侧和接地连接的电感。图10是本发明的实施方式6的高频开关的电路图。在图10中，对与图1相同的构成要素标注相同的附图标记。
如图10所示，在实施方式6的高频开关中，在反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21（第二电感）。接地22与接地6相同地是提供作为电路的基准的电位的等电位点。当来自发送电路8的大信号功率的高频信号的功率降低，变成PIN二极管的正向电压以下，例如变成100mW以下时，反平行二极管4变成截止状态，天线端子1与发送端子2成为切断状态。通过设置电感21，从而具有作为向该切断状态的转移时间的下降时间缩短的效果。像这样，通过将电感21连接在反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间，从而得到不需要特别的控制信号并且下降时间短的高频开关。
另外，由于在高频信号的频率下电感21的阻抗变成高电阻，所以，能忽略通过电感21的高频信号。
关于本发明的实施方式6中的电感21，即使应用于本发明的实施方式2～4的高频开关中也能得到同样的效果。图11是在实施方式2中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。在图11的高频开关中，在图3的高频开关的反平行二极管41的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
图12是在实施方式3中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。在图12的高频开关中，在图4的高频开关的反平行二极管41的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
图13是在在实施方式4中应用了实施方式6的结构的高频开关的电路图。在图13的高频开关中，在图5的高频开关的反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
图14是在实施方式4中应用了实施方式6的结构的其它的高频开关的电路图。在图14的高频开关中，使实施方式4的反平行二极管4为两级结构，在与发送端子2连接的反平行二极管41的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
如图11、图12以及图14所示，在将反平行二极管4串联连接时，在串联连接的共同连接点侧设置电感21。
实施方式7
实施方式7的高频开关在实施方式5的高频开关的结构中还具备连接在反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间的电感。图15是本发明的实施方式7的高频开关的电路图。在图15中，对与图1、图6以及图10相同的构成要素标注相同的附图标记。
如图15所示，在实施方式7的高频开关中，电感20与反平行二极管4并联连接，进而，在反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。实施方式7中的高频开关使用电感20和电感21，并用本发明的实施方式5以及6的高频开关。因此，可得到下降时间比实施方式5以及6的高频开关短的高频开关。
关于本发明的实施方式7中的电感20和电感21，即使应用于本发明的实施方式2～4的高频开关也能得到同样的效果。图16是在实施方式2中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。在图16的高频开关中，在图7的高频开关中在反平行二极管42的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
图17是在实施方式3中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。在图17的高频开关中，在图8的高频开关中在反平行二极管42的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
图18是在实施方式4中应用了实施方式7的结构的高频开关的电路图。在图18的高频开关中，在图9的高频开关中在反平行二极管4的天线端子1侧与接地22之间连接于电感21。
图19是在实施方式4中应用了实施方式7的结构的其它的高频开关的电路图。在图19的高频开关中，在图14的高频开关中在反平行二极管41的天线端子1侧与接地22之间连接有电感21。
另外，在本发明的实施方式7中，在串联连接两级以上反平行二极管4时，电感21也可以设置在串联连接的反平行二极管4的共同连接点、天线端子1侧、发送端子2侧的任意一处。
上述实施方式的任意一个都能在本发明的宗旨的范围内进行各种变形。上述实施方式是用于说明本发明的，并不意味着限定本发明的范围。与实施方式相比，本发明的范围由所附的技术方案示出。在技术方案的范围内以及与本发明的技术方案均等的范围内完成的各种变形都包括于本发明的范围。
本申请基于包含2011年5月27日申请的说明书、权利要求书、附图以及摘要的日本国专利申请2011－119379号要求优先权。通过参照，成为其基础的专利申请的公开内容作为整体包含在本申请中。
附图标记说明：
1：天线端子（第一高频信号输入输出端子）；
2：发送端子（第二高频信号输入输出端子）；
3：接收端子（第三高频信号输入输出端子）；
4、41、42：反平行二极管（第一反平行二极管）；
5：1/4波长线路（第一1/4波长线路）；
6：接地；
7、71、72：反平行二极管（第二反平行二极管）；
8：发送电路；
9：接收电路；
10：天线；
11：分支点；
12：连接点；
13：发送信号；
14：接收信号；
16：1/4波长线路（第二1/4波长线路）；
20：电感（第一电感）；
21：电感（第二电感）；
22：接地；
201、202：电感（第一电感）。

Claims (7)

1.一种高频开关，其特征在于，
具备：第一反平行二极管，一端与第一高频信号输入输出端子连接且另一端与第二高频信号输入输出端子连接，并且，在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态。
2.根据权利要求1所述的高频开关，其特征在于，具备：
所述高频开关的使用频率的第一1/4波长线路，一端与所述第一高频信号输入输出端子连接，另一端与第三高频信号输入输出端子连接；以及
第二反平行二极管，与所述第三高频信号输入输出端子和接地连接，在规定的高频功率以上的输入功率成为导通状态。
3.根据权利要求1或2所述的高频开关，其特征在于，
所述第一反平行二极管由串联连接的两个以上反平行二极管构成。
4.根据权利要求3所述的高频开关，其特征在于，
具备：所述高频开关的使用频率的第二1/4波长线路，串联连接在所述第一反平行二极管的串联连接的两个以上反平行二极管之间。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的高频开关，其特征在于，
具备：第一电感，与所述第一反平行二极管并联连接。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的高频开关，其特征在于，
具备：第二电感，与和所述第二高频信号输入输出端子连接的所述第一反平行二极管的所述第一高频输入输出端子侧以及接地连接。
7.根据权利要求3或4所述的高频开关，其特征在于，具备：
第一电感，与所述第一反平行二极管并联连接；以及
第二电感，与所述第一反平行二极管的串联连接的两个以上反平行二极管的任意一个端子和接地连接。
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