JP2000151202A - 高周波切替回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合容量が比較的大きなダイオードによって
も、高周波信号に対して所期の性能を発揮することがで
きる高周波切替回路を提供する。 【解決手段】 高周波切替回路は、一端から他端
へ至る途中で複数に分岐された線路１１を用い、高周波
信号の略４分の１波長の長さＬ２を有するスタブ１２
ａ、１２ｂを、線路１１の分岐点１１ａから他端側へ高
周波信号の略４分の１波長離れた位置Ｌ１にそれぞれ設
け、スタブ１２ａ、１２ｂの先端と接地電位との間にダ
イオードＡ、Ｂをそれぞれ設けて構成され、ダイオード
Ａ、Ｂを選択的にオンさせることにより線路１１の一端
から入力された高周波信号を他端のいずれかから
選択的に出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号の出力
を切替える高周波切替回路に関し、特に、準ミリ波（１
０ＧＨｚ〜）以上の高周波信号の切替に用いて好適なる
高周波切替回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、線路に入力された高周波信号
をオン・オフ切替或いは当該高周波信号の出力端を選択
的に切替える切替回路は、ダイオードを用いて構成され
ている。

【０００３】図５には、従来の切替回路の一例を示して
ある。この切替回路は、誘電率２．０、誘電正接０．０
００１、厚さ０．２５４ｍｍの基板上に、幅０．７９ｍ
ｍ、長さ５ｍｍの電気伝導体部（伝送線路）１、２、３
をマイクロストリップ法で形成し、入力線路となる導体
部１の一端と２本の出力線路となる導体部２、３のそれ
ぞれの一端との間にダイオードＡ、Ｂを設けた構成であ
り、入力線路１の他端から入力された高周波信号をダ
イオードのオン・オフ制御により出力線路２、３の内の
いずれかの他端又はから出力する。すなわち、入力
端から入力された高周波信号は、ダイオードＡがオン
でダイオードＢがオフのときには出力端から出力さ
れ、ダイオードＢがオンでダイオードＡがオフのときに
は出力端から出力される。

【０００４】ここで、上記のようにダイオードを線路中
に直列で配した切替回路では、オン時の挿入損失にダイ
オードの内部抵抗が大きく寄与し、この内部抵抗が小さ
いほど回路の挿入損失は小さくて性能がよいという特性
がある。また、切替回路ではオフ時のアイソレーション
が大きい方が望ましいが、周波数ｆにおけるオフ時のイ
ンピーダンスが１／（２πｆＣｊ）と表されることか
ら、上記のようにダイオードを線路中に直列で配した切
替回路では、ダイオードの接合容量Ｃｊが小さいほど高
インピーダンスとなって大きなアイソレーションが得ら
れ、信号の周波数が高くなるにしたがって切替回路は低
インピーダンス化してしまうという特性がある。

【０００５】したがって、或るアイソレーションを得る
ためには、使用する周波数が高くなるにつれて回路を構
成するダイオードを接合容量Ｃｊの小さなものとしなけ
ればならない。しかしながら、一般に接合容量Ｃｊの小
さなダイオードは順方向バイアス抵抗（内部抵抗）が大
きく、また、価格も高いという問題があり、低コストに
して高性能の切替回路を実現することは困難であった。
さらに、準ミリ波帯以上の高周波数帯で十分な性能を得
られるほど接合容量Ｃｊが小さいダイオードは、現在の
ところ無きに等しく、所期の性能を得られる高周波切替
回路を実現することが非常に困難であった。

【０００６】図６には、上記の事情をより具体的に説明
するために、図５に示した構成の切替回路における接合
容量Ｃｊの相違に基づく特性を示してある。すなわち、
切替対象の信号の周波数を１０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの高
周波信号として、図６（ａ）にはダイオードＡ、Ｂをそ
れぞれ接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦのものとした場合の
特性を示し、図６（ｂ）にはダイオードＡ、Ｂをそれぞ
れ接合容量Ｃｊが０．１ｐＦのものとした場合の特性を
示してある。

【０００７】例えば、使用周波数を２５ＧＨｚとした場
合、ダイオードの接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦであれ
ば、挿入損失は０．９ｄＢと小さく、アイソレーション
は１６ｄＢと高レベルがえられるが、ダイオードの接合
容量Ｃｊが０．１ｐＦと大きくなると、挿入損失は３．
０ｄＢと大きくなり、アイソレーションは６ｄＢに劣化
してしまう。更に言えば、接合容量Ｃｊが０．１ｐＦで
あると、周波数２５ＧＨｚでは、オンとオフとで３ｄＢ
程度しか差がなく、現実の使用を満足させる切替スイッ
チとして機能し得ない。これは周波数が高くなるにした
がって顕著であり、使用周波数が４０ＧＨｚであると、
接合容量Ｃｊが０．１ｐＦのものでは、挿入損失とアイ
ソレーションとがほぼ等しくなって切替回路として全く
機能しない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、回路を
構成するダイオードの接合容量をかなり小さくしない
と、高周波信号に対して所期の性能を実現できる切替回
路を得ることができず、現実的にはこのような高周波切
替回路を実現するのは不可能或いは実現したとしてもか
なり高価なものとなってしまうという問題があった。

【０００９】本発明は、上記従来の事情に鑑みなされた
もので、接合容量が比較的大きなダイオードによって
も、高周波信号に対して所期の性能を発揮することがで
きる高周波切替回路を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波切替
回路は、一端から入力された高周波信号を他端からの出
力する線路の途中に、高周波信号の略４分の１波長の長
さを有するスタブを設け、当該スタブの先端と接地電位
との間にダイオードを設けて構成され、当該ダイオード
をオン・オフさせることにより線路の他端からの出力を
オン・オフする。このように線路に対してスタブを介し
てダイオードを並列に設けた構成としてあり、ダイオー
ドがオンのときにはスタブの先端は短絡されて入力され
た高周波信号は線路の他端から出力され、ダイオードが
オフのときにはスタブの先端は開放されて入力された高
周波信号は線路の他端から出力されない。

【００１１】また、本発明は、上記のようなオンオフス
イッチとしての態様の他に、複数の出力端の内のいずれ
かに選択的に信号を出力する切替スイッチとしても実施
できる。すなわち、本発明に係る高周波切替回路は、一
端から他端へ至る途中で複数に分岐された線路を用い、
高周波信号の略４分の１波長の長さを有するスタブを、
当該線路の分岐点から他端側へ高周波信号の略４分の１
波長離れた位置にそれぞれ設け、当該スタブの先端と接
地電位との間にダイオードをそれぞれ設けて構成され、
当該ダイオードを選択的にオンさせることにより線路の
一端から入力された高周波信号をいずれかの他端から選
択的に出力させる。このように線路に対してスタブを介
してダイオードを並列に設けた構成としてあり、ダイオ
ードがオンとなったスタブの先端は短絡されて入力され
た高周波信号は当該スタブが設けられた線路部分の端か
ら出力され、ダイオードがオフとなっている他のスタブ
の先端は開放されて入力された高周波信号はこれら線路
の端から出力されない。

【００１２】ここで、上記のようにスタブを有した本発
明の高周波切替回路では、スタブの長さは理論的には切
替対象とする高周波信号の４分の１波長とするが、実用
上の切替性能を満たす範囲内で当該スタブの長さは若干
の長短が許容される。そして、所期の切替性能を得るた
めにスラブの長さを設定するための要素として、回路に
使用するダイオードの接合容量があり、本発明では、ダ
イオードの接合容量がもつリアクタンス分だけスタブの
長さは短く設計しなければならないことに着目して、こ
の接合容量が大きくなるに従って、スタブの長さを短く
して当該スタブが実質的に高周波信号の略４分の１波長
の長さとなるようにしている。

【００１３】また、上記のように一端から他端へ至る途
中で複数に分岐された線路にスタブを設けた本発明の高
周波切替回路では、線路の分岐点とスタブの設置位置と
の間隔は理論的には切替対象とする高周波信号の４分の
１波長とするが、実用上の切替性能を満たす範囲内で当
該間隔は若干の長短が許容される。そして、所期の切替
性能を得るために当該間隔を設定するための要素とし
て、回路に使用するダイオードの接合容量と線路の分岐
数とがあり、本発明では、この接合容量が大きくなるに
従って、及び／又は、線路の分岐数が多くなるに従っ
て、線路の分岐点とスタブの位置とを接近させて当該分
岐点と当該スタブとの間隔を実質的に高周波信号の略４
分の１波長となるようにしている。

【００１４】本発明は、広く比較的高い周波数の電気信
号に用いて効果を有するが、特に、準ミリ波以上の高周
波信号の切替に用いて、所期の性能の切替回路を低価格
で実現することができる。本発明は、ダイオードの接合
容量がもつ高いインピーダンスを積極的に利用して高ア
イソレーションや低挿入損失を実現しており、従来の切
替回路とは原理が根本的に異なっているといえる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を、図に示す一実施形態を
用いて具体的に説明する。

【００１６】図１には本発明の第１の実施形態を示して
あり、この切替回路は二股に分岐された線路に対して制
御を行って２つの出力端の内のいずれか一方から高周波
信号を出力させるものである。この切替回路は、誘電率
２．０、誘電正接０．０００１、厚さ０．２５４ｍｍの
基板上に、幅０．７９ｍｍの電気伝導体部（伝送線路）
１１をマイクロストリップ法でＴ字型に形成し、一端か
ら他端へ至る途中で２つに分岐された線路１１を有した
構成となっており、線路１１の一端が高周波信号の入
力端、線路１１の２つの他端がそれぞれ高周波信号
の出力端となっている。更に、線路１１の分岐点１１ａ
から当該高周波信号の略４分の１波長の距離（Ｌ1）離
れた位置に、当該高周波信号の略４分の１波長の長さ
（Ｌ2）のスタブ１２ａ、１２ｂがそれぞれ設けられて
おり、これらスタブ１２ａ、１２ｂの先端と基板に設け
た接地電位との間に順方向にそれぞれダイオードＡ、Ｂ
を設けた構成となっている。

【００１７】ここで、本実施形態では便宜上、線路１１
の分岐点より前の入力線路部分と分岐点より後の出力線
路部分との長さを５ｍｍとしてあるが、本発明ではこの
長さは特に意味を有するものではなく、如何なる長さに
設定しても同様な作用効果を得ることができる。また、
本実施形態は２分岐の切替スイッチ回路としているが、
３分岐以上の回路も同様に構成することができ、同様な
作用効果を得ることができる。

【００１８】また、線幅０．７９ｍｍの５０Ωの線路１
１では、伝送信号周波数２５ＧＨｚにおける電気波長は
約９ｍｍであるので、２５ＧＨｚの高周波信号に対する
切替回路では、理論的には、分岐点ａとスタブとの間隔
Ｌ1と、スタブの長さＬ2は、それぞれ４分の１波長であ
る約２．３ｍｍに設定するべきところであるが、本実施
形態では回路に用いたダイオードの接合容量や分岐数に
応じて、これらを４分の１波長より短く設定してある。

【００１９】例えば、ダイオードＡとＢとの接合容量Ｃ
ｊがそれぞれ０．０２ｐＦの場合にはＬ1＝１．７ｍ
ｍ、Ｌ2＝１．７ｍｍとし、ダイオードＡとＢとの接合
容量Ｃｊがそれぞれ０．１ｐＦの場合にはＬ1＝１．４
ｍｍ、Ｌ2＝１．０ｍｍとして、２５ＧＨｚの高周波信
号に対する切替回路であっても、それぞれ４分の１波長
より短く設定する。すなわち、ダイオードの接合容量が
大きくなるに従ってＬ1やＬ2を４分の１波長より短く設
定するが、線路の分岐数が増えるに従って、オフとなる
線路の数が増えて、その全ての線路を分岐点から見て開
放状態とするためには、分岐点からスタブまでの距離Ｌ
1を短く設定する。

【００２０】図１に示す構成の切替回路では、図外の制
御部からの制御信号でダイオードＡ、Ｂの内のいずれか
一方がオンとされ、他方がオフとされると、オンにされ
たダイオードが設けられている出力線路部分の端から高
周波信号が出力される。すなわち、入力端から高周波
信号が入力された状態で、ダイオードＡがオンとなると
出力端から高周波信号が出力され、ダイオードＢがオ
ンとなると出力端から高周波信号が出力される。これ
は、ダイオードがオンとなる線路は、スタブの先端は短
絡状態となり、１／４波長の先端短絡線路は開放となる
から、入力信号はスタブの影響を受けることなく線路を
通過して出力されるからであり、また、ダイオードがオ
フとなる線路は、スタブの先端は開放状態となり、半波
長の先端開放線路は開放となるから、分岐点からみてス
タブの先端は開放となって、オフの線路はないのと等価
となるからである。

【００２１】図２には、本発明の効果を説明するため
に、図１に示した構成の切替回路における挿入損失とア
イソレーションの特性を示してある。すなわち、切替対
象の信号の周波数を１０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの高周波信
号として、図２（ａ）にはダイオードＡ、Ｂをそれぞれ
接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦのものとした場合の特性を
示し、図２（ｂ）にはダイオードＡ、Ｂをそれぞれ接合
容量Ｃｊが０．１ｐＦのものとした場合の特性を示して
ある。

【００２２】例えば、使用周波数を２５ＧＨｚとした場
合、ダイオードの接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦであれ
ば、挿入損失は０．６ｄＢと小さく、アイソレーション
は４０ｄＢと高レベルがえられた。また、図６に示した
従来例と比較すれば明らかであるが、ダイオードの接合
容量Ｃｊを０．１ｐＦと大きくした場合にあっても、本
発明による回路構成とＬ1及びＬ2を０．０２ｐＦの場合
より短く設定したことにより、挿入損失は１．４ｄＢと
若干劣化するが実用上の要求を満足させ得るものであ
り、アイソレーションも２６ｄＢという実用上の要求を
満足させ得る値であった。なお、線路の分岐数が増える
に従ってＬ1及び／又はＬ２を短く設定すれば、本発明
による回路構成と相俟って、実用上の要求を満たすこと
ができる切替特性を得ることができる。

【００２３】図３には本発明の第２の実施形態を示して
あり、この切替回路は１本の線路２１に対して制御を行
って、当該線路２１の入力端から入力された高周波信
号の出力端からの出力をオン・オフするものである。
この切替回路は、上記の第１実施形態と同様の基板上
に、幅０．７９ｍｍの電気伝導体部（伝送線路）２１を
マイクロストリップ法でＩ字型に形成し、線路２１の入
力端から出力端へ至る途中に入力される高周波信号
の略４分の１波長の長さ（Ｌ）のスタブ２２を設け、こ
のスタブ２２の先端と基板に設けた接地電位との間に順
方向にダイオードＤを設けた構成となっている。

【００２４】ここで、本実施形態では便宜上、線路２１
の端より５ｍｍの位置にスタブ２２を設けているが、本
発明ではこの位置は特に意味を有するものではなく、如
何なる位置に設定しても同様な作用効果を得ることがで
きる。

【００２５】また、上記のように、線幅０．７９ｍｍの
５０Ωの線路２１では、伝送信号周波数２５ＧＨｚにお
ける切替回路では、理論的には、スタブの長さＬは４分
の１波長である約２．３ｍｍに設定するべきところであ
るが、本実施形態では回路に用いたダイオードの接合容
量に応じて４分の１波長より短く設定してある。例え
ば、ダイオードＤの接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦの場合
にはＬ＝１．３ｍｍとし、ダイオードＤの接合容量Ｃｊ
が０．１ｐＦの場合にはＬ＝１．０ｍｍとして、２５Ｇ
Ｈｚの高周波信号に対する切替回路であっても、それぞ
れ４分の１波長より短く設定する。すなわち、ダイオー
ドの接合容量が大きくなるに従ってＬを４分の１波長よ
り短く設定する。

【００２６】上記構成の切替回路では、伝送線路２１上
の任意の位置に、電気長が対象信号波の略４分の１波長
となるスタブ２２を設け、４分の１波長の先端短絡スタ
ブは開放となるから、ダイオードＤがオンのときは、入
力端から入力された高周波信号は出力端から出力さ
れ、反対に、４分の１波長の先端開放スタブは短絡とな
るから、ダイオードＤがオフのときは、入力端から入
力された高周波信号は出力端から出力されない。

【００２７】図４には、本発明の効果を説明するため
に、図３に示した構成の切替回路におけるダイオードＤ
がオンのときとオフのときの挿入損失の特性を示してあ
る。すなわち、切替対象の信号の周波数を１０ＧＨｚ〜
４０ＧＨｚの高周波信号として、図４（ａ）にはダイオ
ードＤを接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦのものとした場合
の実験結果を示し、図４（ｂ）にはダイオードＤを接合
容量Ｃｊが０．１ｐＦのものとした場合の実験結果を示
してある。

【００２８】例えば、使用周波数を２５ＧＨｚとした場
合、ダイオードＤの接合容量Ｃｊが０．０２ｐＦであれ
ば、オンのときの挿入損失は０．５ｄＢ、オフのときの
挿入損失は２９ｄＢとなり、当該切替回路はスイッチと
して良好に動作していることが確認された。また、ダイ
オードＤの接合容量Ｃｊが０．１ｐＦの場合にも、接合
容量が増加した分だけスタブの長さが短くされているた
め、オンのときの挿入損失は１．２ｄＢ、オフのときは
２２ｄＢを確保でき、スイッチとして良好に動作してい
ることが確認された。すなわち、ダイオードの接合容量
Ｃｊを０．１ｐＦと大きくした場合にあっても、本発明
による回路構成とＬを０．０２ｐＦの場合より短く設定
したことにより、実用上の要求を満足させ得る切替特性
が得られた。

【００２９】なお、上記の実施形態では矩形のスタブを
設けた例を示したが、例えば、スタブの形状を扇形にす
る、或いは、スタブの線幅を変更する等して、更に切替
特性を向上させることも可能である。例えば、スタブの
線幅を細くすることにより、ダイオードがオンのときに
スタブの影響を少なくすることができ、挿入損失を改善
することが可能である。具体的には、図１に示した切替
回路でダイオードの接合容量が０．１ｐＦの場合に、ス
タブの線幅を０．７９ｍｍから０．２ｍｍに狭めると、
狭帯域になるものの挿入損失は１．４ｄＢから１．０ｄ
Ｂに改善された。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
線路の途中にダイオードを介して接地されるスタブを設
けたため、スイッチ素子として接合容量が比較的小さな
ダイオードを用いれば切替特性（高アイソレーション、
低挿入損失）が極めて優れた高周波切替回路を実現する
ことができ、スイッチ素子として接合容量が比較的大き
なダイオードを用いても実用上満足し得る切替特性を有
した高周波切替回路を実現することができ、高性能な高
周波切替回路を低価格で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る高周波切替回路
の構成図である。

【図２】 本発明の第１実施形態に係る高周波切替回路
の切替特性を示す図である。

【図３】 本発明の第２実施形態に係る高周波切替回路
の構成図である。

【図４】 本発明の第２実施形態に係る高周波切替回路
の切替特性を示す図である。

【図５】 従来の高周波切替回路の構成図である。

【図６】 従来の高周波切替回路の切替特性を示す図で
ある

【符号の説明】

１１、２１・・・線路、 １１ａ・・・分岐点、１２
ａ、１２ｂ、２２・・・スタブ、 Ａ、Ｂ、Ｄ・・・ダ
イオード、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 金見 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5J012 BA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線路の一端から入力された高周波信号の
   当該線路の他端からの出力をオン・オフ切替する高周波
   切替回路において、 高周波信号の略４分の１波長の長さを有するスタブを前
   記線路の途中に設け、当該スタブの先端と接地電位との
   間にダイオードを設け、当該ダイオードをオン・オフさ
   せることにより前記線路の他端からの出力をオン・オフ
   することを特徴とする高周波切替回路。
2. 【請求項２】 一端から他端へ至る途中で複数に分岐さ
   れた線路を用い、当該線路の一端から入力された高周波
   信号の当該線路の他端からの出力を切替える高周波切替
   回路において、 高周波信号の略４分の１波長の長さを有するスタブを、
   前記線路の分岐点から他端側へ高周波信号の略４分の１
   波長離れた位置にそれぞれ設け、当該スタブの先端と接
   地電位との間にダイオードをそれぞれ設け、当該ダイオ
   ードを選択的にオンさせることにより前記線路の一端か
   ら入力された高周波信号をいずれかの他端から選択的に
   出力させることを特徴とする高周波切替回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の高周波切
   替回路において、 使用するダイオードの接合容量が大きくなるに従って、
   スタブの長さを短くして当該スタブが実質的に高周波信
   号の略４分の１波長の長さとなるようにしたことを特徴
   とする高周波切替回路。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の高周波切替回路におい
   て、 使用するダイオード接合容量が大きくなるに従って或い
   は線路の分岐数が多くなるに従って、線路の分岐点とス
   タブの位置とを接近させて当該分岐点と当該スタブとの
   間隔を実質的に高周波信号の略４分の１波長となるよう
   にしたことを特徴とする高周波切替回路。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の高周波切替回路において、 準ミリ波以上の高周波信号の切替に用いることを特徴と
   する高周波切替回路。