DE60119046T2

DE60119046T2 - Hf-schalter

Info

Publication number: DE60119046T2
Application number: DE60119046T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Soraku-gun NAKAKUBO; Tomoyuki Joyo-shi IWASAKI
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP3405316B2; EP1183751A1; US7123884B2; CN1186847C; EP1183751B1; WO2001073885A1; US20020158705A1; DE60119046D1; JP2001274722A; CN1365525A; KR100719089B1; KR20020071717A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter (HF-Schalter), der in einer HF-Einheit von verschiedenen Kommunikationsvorrichtungen verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmlicher Hochfrequenzschalter (HF-Schalter) zum Schalten einer Antenne über eine Sendeschaltung und eine Empfangsschaltung wird in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 7-312568 beschrieben. 5 stellt eine gleichwertige Schaltung des herkömmlichen HF-Schalters dar. Wie in 5 gezeigt wird, ist die Diode (524) zwischen der Antenne (501) und der Sendeschaltung (502) gekoppelt und die Streifenleitung (540) ist zwischen der Antenne (501) und der Empfangsschaltung (503) gekoppelt. Die Kathode der Diode (546) ist mit der Streifenleitung (540) an der Seite der Empfangsschaltung (503) gekoppelt und die Anode der Diode ist geerdet. Die Steuerspannungsschaltung (530) ist mit der Anode der Diode (524) gekoppelt.
Wenn ein Signal empfangen wird, wenn nämlich die Dioden (524, 546) beide sperren, senkt ein Kondensator zwischen beiden Enden der Diode (546) eine charakteristische Impedanz der Streifenleitung (540) auf der Seite der Empfangsschaltung (503). Zum Kompensieren der Senkung ist der Kompensationskondensator (532) mit der Streifenleitung (540) auf der Seite der Antenne (501) gekoppelt.
Der Kondensator (532) ist für die Empfangsschaltung (503) angeordnet. Wenn ein Signal gesendet wird, wenn nämlich die Dioden (524, 546) beide durchlassen, wird der Kondensator (532) ein zusätzlicher Kondensator, der auf dem Signalweg zwischen der Antenne (501) und der Sendeschaltung (502) hinzugefügt wird. Dies erhöht einen Verlust des gesendeten Signals auf Grund des Einfügens des Hochfrequenzschalters.
Das Dokument JP-A-02 189001 zeigt einen PIN-Diodenschalter, der zwei abgestufte Sendeleitungen umfasst, die in Reihe verbunden sind, so dass die niedrigen Sendeabschnitte einander gegenüberliegen, und eine PIN-Diode, die mit dem Verbindungspunkt parallel verbunden ist. Die charakteristische Impedanz des Niedrigimpedanz-Sendeabschnitts ist niedriger eingestellt als die wesentliche charakteristische Impedanz. Somit wird selbst dann, wenn die charakteristische Impedanz durch die Verbindung der PIN-Diode erhöht wird, der erhöhte Wert unter die wesentliche charakteristische Impedanz unterdrückt oder darunter und der Sendeverlust, der mit der Erhöhung bei der charakteristischen Impedanz einhergeht, wird vermieden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochfrequenzschalter (HF-Schalter) mit geringerem Einfügungsverlust beim Senden bereitzustellen. Dies wird durch die Merkmale nach der Darlegung in Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausführungen der Erfindung werden durch die Merkmale nach der Darlegung in den Unteransprüchen erreicht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Hochfrequenzschalter (HF-Schalter), der einen geringeren Einfügungsverlust beim Senden verursacht, wird bereitgestellt. Eine Streifenleitung, die in dem HF-Schalter angeordnet ist, wird durch eine Kombination von zwei Streifenleitungen mit voneinander unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen ausgebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Ersatzschaltbild eines Hochfrequenzschalters (HF-Schalters) nach einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Ersatzschaltbild eines HF-Schaltmoduls, das den HF-Schalter nach der beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung einsetzt.
3 ist eine Perspektivansicht eines laminiert ausgeführten HF-Schaltmoduls, das durch Laminieren der HF-Schaltmodule nach der beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
4 ist eine freigelegte Perspektivansicht des laminiert ausgeführten HF-Schaltmoduls, das in 3 gezeigt wird.
5 ist ein Ersatzschaltbild eines herkömmlichen HF-Schalters.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird hierin im Folgenden mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Ersatzschaltbild eines Hochfrequenzschalters (HF-Schalters), der in einer HF-Einheit einer Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon, verwendet wird. Der HF-Schalter ist ein HF-Schalter der Ausführung Einkanal-Doppelanschluss (SPDT) zum selektiven Koppeln der Antenne (101) mit einem von der Sendeschaltung (102) und der Empfangsschaltung (103).
Der HF-Schalter umfasst:

(a) Diode (D₁), bei der die Anode mit der Sendeschaltung (102) gekoppelt ist und bei der die Kathode mit der Antenne (101) gekoppelt ist;
(b) Steuerung (104), die mit der Anode der Diode (D₁) gekoppelt ist;
(c) Streifenleitung (L) von im Wesentlichen 1/4-Wellenlänge einer Sendefrequenz in der Sendeschaltung (102), bei der die Streifenleitung von ihrem einen Ende mit der Verbindung der Diode (D₁) und der Antenne (101) gekoppelt ist und bei der das andere Ende mit der Empfangsschaltung (103) gekoppelt ist; und
(d) Diode (D₂), bei der die Anode mit einer Verbindung der Streifenleitung (L) und der Sendeschaltung (103) gekoppelt ist und bei der die Kathode geerdet ist.

Wenn ein Signal gesendet wird, schaltet eine von der Steuerung (104) angelegte positive Spannung beide Dioden (D₁ und D₂) zum Durchlassen. Somit wird die Seite der Empfangsschaltung (103) der Streifenleitung (L) über die durchlassende Diode (D₂) geerdet und die Seite der Empfangsschaltung (103), die von der Antenne (101) beobachtet wird, wird geöffnet. Zusätzlich wird die Sendeschaltung (102) mit der Antenne (101) über die durchlassende Diode (D₁) gekoppelt und das gesendete Signal, das von der Sendeschaltung (102) eingespeist wird, wird somit zu der Antenne (101) zugeführt.
Wenn ein Signal empfangen wird, wird keine positive Spannung von der Steuerung (104) angelegt, um beide Dioden (D₁ und D₂) zum Sperren zu schalten. Da die sperrende Diode (D₁) die Antenne (101) von der Sendeschaltung (102) trennt, wird das empfangene Signal, das von der Antenne (101) eingespeist wird, zu der Empfangsschaltung (103) zugeführt. Wenn ein Signal empfangen wird, d. h., wenn die Diode (D₂) sperrt, senkt ein Kondensator zwischen beiden Enden der Diode (D₂) eine charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L) auf der Seite der Empfangsschaltung (103) unter diejenige auf der Seite der Antenne (101). Der Kondensator (C₁) kompensiert eine Symmetrie charakteristischer Impedanzen an beiden Enden der Streifenleitung (L).
Die Streifenleitung (L) wird durch in Reihe miteinander verbundene zwei Streifenleitungen (L₁ und L₂) mit voneinander unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen gebildet. Die Kombination von charakteristischen Impedanzen der Streifenleitungen (L₁ und L₂) kann eine gewünschte charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L) bestimmen. Daher wird die Symmetrie der charakteristischen Impedanzen an beiden Enden der Streifenleitung (L) willkürlich durch Bestimmen von charakteristischen Impedanzen der Streifenleitungen (L₁ und L₂) angepasst. Als Folge kann die Kapazität des Kompensationskondensators (C₁) auf einen Wert eingestellt werden, der für einen Sendeweg beim Senden geeignet ist. Ein Einfügungsverlust des HF-Schalters beim Senden wird auf diese Weise unterdrückt.
Wenn zum Beispiel die Streifenleitungen (L₁, L₂) kombiniert werden und wenn die Kapazität des Kompensationskondensators (C₁) adäquat ausgewählt wird, kann der Kondensator (C₁) eine Induktivität der Diode (D₁) aufheben, wobei die Induktivität in dem Signalweg beim Senden enthalten ist.
Der Kondensator (C₁) verhindert außerdem, dass die Kapazität zwischen den Enden der Diode (D₁) die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L) auf der Seite der Empfangsschaltung (103) herabsetzt, wenn die Diode (D₂) beim Empfangen sperrt. Wenn die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L₂) auf der Seite der Empfangsschaltung (103) höher eingestellt wird als diejenige der Streifenleitung (L₁) auf der Seite der Antenne (101), kann die Kapazität des Kondensators (C₁) verringert werden. Wenn die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L₁) im Besonderen auf im Wesentlichen 50 Ohm eingestellt wird, kann der Kompensationskondensator (C₁) weggelassen werden.
Wenn die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (L₂) höher als diejenige der Streifenleitung (L₁) eingestellt wird, besitzt die Streifenleitung (L) eine Stufenimpedanzresonator-Struktur (SIR-Struktur), bei der ein Ende beim Senden kurzgeschlossen wird. Daher wird eine Festleitungslänge der Streifenleitung (L) extrem verringert, der Empfangsweg beim Empfangen wird verkürzt und der Einfügungsverlust des HF-Schalters beim Empfangen wird entsprechend unterdrückt.
Die Kondensatoren (C₂) an den jeweiligen Enden der Antenne (101), der Sendeschaltung (102) und der Empfangsschaltung (103) senken eine Gleichstromkomponente der positiven Spannung, die von der Steuerung (104) angelegt wird.
2 ist ein Ersatzschaltbild eines HF-Schaltmoduls, bei dem das Tiefpassfilter (LPF) (201) mit der Sendeschaltungsseite des oben besprochenen HF-Schalters (202) gekoppelt ist. 3 ist eine Perspektivansicht eines laminiert ausgeführten HF-Schaltmoduls, das durch Laminieren der Ersatzschaltung des Bilds ausgebildet wurde.
Wie in 3 gezeigt wird, umfasst das laminiert ausgeführte HF-Schaltmodul die Antennenanschlusselektrode (2), die Sendeanschlusselektrode (3), die Empfangsanschlusselektrode (4), die Steuerspannungsanschlusselektrode (5) und die Erdungsanschlusselektrode (6) in den Außenseitenflächen des geschichteten Körpers (1), der aus Dielektrika hergestellt ist. Die Chipdioden (7, 8) und der Chipinduktor (9) sind auf der Oberfläche des geschichteten Körpers (1) angeordnet.
Der geschichtete Körper (1), wie in 4 gezeigt, umfasst dielektrische Scheiben (10a bis 10k). Die Erdungselektroden (11a, 11b) sind jeweils auf den im Wesentlichen vollständigen Flächen der dielektrischen Scheiben (10a, 10c) angeordnet. Die Erdungselektrode (11c) ist auf dem rechten Teil der dielektrischen Scheibe (10f) angeordnet.
Die Kondensatorelektroden (12, 13, 14, 15a, 15b) zum Erden sind auf der dielektrischen Scheibe (10b) angeordnet. Auf die Erdungselektroden (11a und 11b) zeigend bildet die Elektrode (12) den Kondensator (C₄) in 2, bildet die Elektrode (13) den Kondensator (C₃) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Steuerspannungsanschlusselektrode (5) verbunden ist; bildet die Elektrode (14) den Kondensator (C₁) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Antennenanschlusselektrode (2) verbunden ist, bildet die Elektrode (15a) den Kondensator (C₅) in 2 bzw. bildet die Elektrode (15b) den Kondensator (C₆) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Sendeanschlusselektrode (3) verbunden ist.
Die Streifenleitung (16) als Induktor (L₃) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Sendeanschlusselektrode (3) verbunden ist, und die Streifenleitung (17a) als Induktor (L₂) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Empfangsanschlusselektrode (4) verbunden ist, sind auf der dielektrischen Scheibe (10d) angeordnet.
Die Streifenleitung (17b) als Induktor (L₁) in 2, bei dem eines seiner Enden mit der Streifenleitung (17a) über Kontaktloch (18) verbunden ist, ist auf der dielektrischen Scheibe (10e) angeordnet. Die Kondensatorelektrode (19), die den Kondensator (C₅) in 2 bildet, bei dem eines seiner Enden mit der Sendeanschlusselektrode (3) verbunden ist, ist auf der linken Seite der Streifenleitung (17b) angeordnet.
Die Kondensatorelektroden (20, 21, 22) sind auf den linken Teilen in den dielektrischen Scheiben (10f, 10g, 10h) angeordnet. Auf die Elektroden (20 und 22) zeigend bildet die Elektrode (21) den Kondensator (C₃) in 2. Auf die Elektroden (19) zeigend bildet die Elektrode (20) den Kondensator (C₄) in 2.
Die Streifenleitung (23), die die Streifenleitung (L₄) in 2 bildet, bei der eines ihrer Enden mit der Erdungsanschlusselektrode (6) verbunden ist, ist auf der dielektrischen Scheibe (10i) angeordnet. Die Streifenleitung (24), die die Streifenleitung (L₅) in 2 bildet, bei der eines ihrer Enden mit der Steuerspannungsanschlusselektrode (5) verbunden ist, ist auf der linken Seite der Streifenleitung (23) angeordnet.
Montageelektroden (25a, 25b, 25c, 25d) zum Anbringen von Chipdioden (7, 8) und Montageelektroden (26a, 26b) zum Anbringen des Chipinduktors (9) sind auf der dielektrischen Scheibe (10k) ausgebildet.
Die Seite der Montageelektrode (25a) der Chipdiode (7), Diode (D₂) in 2, ist mit der Verbindungselektrode (28) über das Kontaktloch (27) und mit der Streifenleitung (23) und der Kondensatorelektrode (12) über das Kontaktloch (29) gekoppelt. Die Seite der Montageelektrode (25b) der Chipdiode (7) ist mit der Empfangsanschlusselektrode (4) über das Kontaktloch (30) und der Verbindungselektrode (31) gekoppelt.
Die Seite der Montageelektrode (25c) der Chipdiode (8), Diode (D₁) in 2, ist mit der Verbindungselektrode (33) über das Kontaktloch (32) und mit der Streifenleitung (24), der Kondensatorelektrode (22), der Kondensatorelektrode (20), der Streifenleitung (16) und der Kondensatorelektrode (15b) über das Kontaktloch (34) gekoppelt. Die Seite der Montageelektrode (25d) der Chipdiode (8) ist mit der Antennenanschlusselektrode (2) über das Kontaktloch (35) und der Verbindungselektrode (36) gekoppelt. Die Elektrode (36) ist mit einem Ende der Streifenleitung (17b) über das Kontaktloch (37) gekoppelt.
Die Seite der Montageelektrode (26a) der Chipdiode (9), Induktor (L₆) in 2, ist mit der Verbindungselektrode (39) über das Kontaktloch (38) und mit der Kondensatorelektrode (21) über das Kontaktloch (40) gekoppelt. Die Seite der Montageelektrode (26b) der Chipdiode (9) ist mit der Antennenanschlusselektrode (2) über das Kontaktloch (41) und der Verbindungselektrode (36) gekoppelt.
Eine jeweilige Dicke der in 4 gezeigten dielektrischen Scheiben (10f, 10d) unterscheidet sich voneinander, um zu veranlassen, dass sich eine jeweilige charakteristische Impedanz der Streifenleitungen (L₁ und L₂) voneinander unterscheiden. Die Streifenleitung (17a), Streifenleitung (L₁) in 2, ist auf der unteren Fläche der dielektrischen Scheibe (10f) angeordnet und die Erdungselektrode (11c) ist auf der oberen Fläche angeordnet. Die Streifenleitung (17b), Streifenleitung (L₂) in 2, ist auf der oberen Fläche der dielektrischen Scheibe (10d) angeordnet und die Erdungselektrode (11b) ist auf der unteren Fläche angeordnet. Die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (17a) wird durch einen Abstand zwischen ihr und der Erdungselektrode (11b) bestimmt und die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (17b) wird durch einen Abstand zwischen ihr und der Erdungselektrode (11c) bestimmt. Entsprechend kann eine gewünschte charakteristische Impedanz von jeder der Streifenleitungen (17a und 17b) durch Anpassen der Dicke von jeder der dielektrischen Scheiben (10d und 10f) erreicht werden.
Eigentlich wird die Dicke der dielektrischen Scheibe (10f) dünner als diejenige der dielektrischen Scheibe (10d) gemacht und die charakteristische Impedanz der Streifenleitung (17a) wird entsprechend höher eingestellt als diejenige der Streifenleitung (17b). Wie oben besprochen, kann die Kapazität des Korrekturkondensators (C₁) verringert werden, und ein Einfügungsverlust des HF-Schalters beim Senden wird auf diese Weise unterdrückt.
Die charakteristischen Impedanzen der Streifenleitungen (17a, 17b), die sich voneinander unterscheiden, werden außerdem erreicht, indem die Leitungsbreiten davon voneinander unterschiedlich gemacht werden. Dieselbe Wirkung kann erzielt werden, indem die Streifenleitungen (17a, 17b) auf einer gemeinsamen Schicht, z. B. die dielektrische Scheibe (10d), ausgebildet werden und die Leitungsbreite bei einer einzelnen Streifenleitung, wie Streifenleitung (17a), an dem Zwischenabschnitt der einzelnen Streifenleitung geändert wird. Außerdem kann eine Kombination der Änderung der Leitungsbreite und der Unterschiedlichmachung der Dicke der dielektrischen Scheiben (10d, 10f) die charakteristische Impedanz anpassen.
Die Streifenleitungen (17a, 17b) sind über das Kontaktloch (18) verbunden. Da die elektrische Charakteristik des Kontaktlochs (18), nämlich der Wert Q, höher ist als derjenige von einer Elektrodenstruktur oder Ähnlichem, das auf Seitenflächen des geschichteten Produkts ausgebildet ist, wird der Anstieg des Einfügungsverlusts des HF-Schalters an diesem Teil unterdrückt.
INDUSTRIELLE VERWERTBARKEIT
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter (HF-Schalter), der in einer HF-Einheit von verschiedenen Kommunikationsvorrichtungen verwendet wird, und stellt einen HF-Schalter mit einem geringeren Einfügungsverlust beim Senden bereit. Der HF- Schalter umfasst eine Streifenleitung, die durch Kombinieren von zwei Streifenleitungen mit unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen ausgebildet wird.

101: Antenne
102: Sendeschaltung
103: Empfangsschaltung
104: Steuerung
L: Streifenleitung
L₁: erste Streifenleitung
L₂: zweite Streifenleitung
201: Tiefpassfilter
202: Schalter
D₁: erste Diode
D₂: zweite Diode
1: geschichteter Körper
2: Antennenanschlusselektrode
3: Sendeanschlusselektrode
4: Empfangsanschlusselektrode
5: Steuerspannungsanschlusselektrode
6: Erdungsanschlusselektrode
7: Chipdiode
8: Chipdiode
9: Chipinduktor
10a–10k: dielektrische Scheiben

Claims

Hochfrequenzschalter zum selektiven Koppeln einer Antenne mit einer Sendeschaltung und einer Empfangsschaltung, der umfasst: einen ersten Anschluss (101), der zur Verbindung mit der Antenne eingerichtet ist; einen zweiten Anschluss (102), der zur Verbindung mit der Sendeschaltung eingerichtet ist; einen dritten Anschluss (103), der zur Verbindung mit der Empfangsschaltung eingerichtet ist; eine erste Diode (D1), die zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss gekoppelt ist; eine Streifenleitung (L) von im Wesentlichen 1/4-Wellenlänge einer Sendefrequenz, die zwischen den ersten Anschluss und den dritten Anschluss gekoppelt ist; eine zweite Diode (D2), die zwischen den dritten Anschluss und Erde gekoppelt ist; und eine Steuerung (104), die Durchlass/Sperr-Schalten der ersten und der zweiten Diode steuert, dadurch gekennzeichnet, dass: die Streifenleitung (L) durch eine erste und eine zweite Streifenleitung (L1, L2) gebildet wird, die erste Streifenleitung (L1) mit einer Seite in Richtung des ersten Anschlusses gekoppelt ist, die zweite Streifenleitung (L2) mit einer Seite in Richtung des dritten Anschlusses gekoppelt ist, und eine charakteristische Impedanz der zweiten Streifenleitung (L2) höher ist als eine charakteristische Impedanz der ersten Streifenleitung (L1).
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei die charakteristische Impedanz der ersten Streifenleitung (L1) im Wesentlichen 50 Ohm beträgt.
Hochfrequenzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, der des Weiteren umfasst: einen geschichteten Körper (1), der ausgebildet wird, indem eine Vielzahl dielektrischer Seheiben (10a–10k) geschichtet werden; und eine Erdungselektrode (6), die in dem geschichteten Körper (1) angeordnet ist, wobei die erste Diode (D1) auf dem geschichteten Körper (1) angeordnet ist, wobei die Streifenleitung (L) in dem geschichteten Körper (1) angeordnet ist, wobei die zweite Diode (D2) auf dem geschichteten Körper (1) angeordnet ist.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 3, wobei sich die Leitungsbreiten der ersten und der zweiten Streifenleitung (L1, L2) voneinander unterscheiden.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 3, wobei die erste (L1, 17b) und die zweite Streifenleitung (L2, 17a) jeweils auf verschiedenen dielektrischen Scheiben (10e, 10d) der dielektrischen Scheiben in dem geschichteten Körper (1) angeordnet sind.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 3, wobei sich Leitungsbreiten der ersten und der zweiten Streifenleitung (L1, L2) voneinander unterscheiden, und die erste (L1, 17b) sowie die zweite Streifenleitung (L2, 17a) jeweils auf verschiedenen dielektrischen Scheiben (10e, 10d) der dielektrischen Scheiben in dem geschichteten Körper (1) angeordnet sind.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 3, wobei sich ein Abstand zwischen der ersten Streifenleitung (17b) und der Erdungselektrode (11c) von einem Abstand zwischen der zweiten Streifenleitung (17a) und der Erdungselektrode (11b) unterscheidet.
Hochfrequenzschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die erste (17b) und die zweite Streifenleitung (17a) jeweils auf verschiedenen dielektrischen Scheiben (10e, 10d) der dielektrischen Scheiben in dem geschichteten Körper (1) angeordnet und über ein Kontaktloch (18) miteinander gekoppelt sind.