JP2004328136A - ローパスフィルタ及びそれを用いた高周波スイッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、小型で性能の優れたローパスフィルタ、およびそれを用いた高周波スイッチを提供する。
【解決手段】本発明は、直列共振回路（Ｌ３とＣ４でなる）と並列共振回路（Ｌ１とＣ１でなる）が縦続されたローパスフィルタ１であって、前記並列共振回路の両端に接地容量Ｃ２、Ｃ３が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路Ｌ２が介挿されたローパスフィルタ１およびそれを用いた高周波スイッチ２０である。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、直列共振回路（Ｌ３とＣ４でなる）と並列共振回路（Ｌ１とＣ１でなる）が縦続されたローパスフィルタ１であって、前記並列共振回路の両端に接地容量Ｃ２、Ｃ３が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路Ｌ２が介挿されたローパスフィルタ１およびそれを用いた高周波スイッチ２０である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等に組み込まれて用いられるローパスフィルタおよびそれを用いた高周波スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波スイッチは、一般にデジタル携帯電話等において送信回路と受信回路とを切り換えるために用いられる。図１４に、特許文献１に開示された従来の高周波スイッチを示す。
この高周波スイッチ２０は、送受信用スイッチ回路２と、この送受信スイッチ回路２の送信側に接続された３次ローパスフィルタ５とを備えている。送受信スイッチ回路２の送信用端子Ｔｘ側には、ダイオードＤ１のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードはローパスフィルタ５を構成する伝送線路Ｌ１に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続されている。
【０００３】
アンテナ用端子ＡＮＴには、伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘが接続されている。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ２のアノードは容量Ｃ５を介してグランドに接地されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ５の接続点には抵抗Ｒｃを介して電圧制御用端子Ｖｃが接続されている。
【０００４】
一方、３次ローパスフィルタ５は、伝送線路Ｌ１と、伝送線路Ｌ１の両端とグランドとの間にそれぞれ接続された容量Ｃ２、Ｃ３及び伝送線路Ｌ１に対して並列に接続された容量Ｃ１により構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２６１３９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波スイッチの送信用端子Ｔｘ側にはパワーアンプが接続される。そして、このパワーアンプからは、送信周波数の信号波（基本波）だけでなく、その２倍波、３倍波なども漏れてくる。この２倍波や３倍波を減衰させるためにローパスフィルタが用いられる。
図３（ｂ）に、従来の３次ローパスフィルタ５を用いた場合の減衰量特性を示す。基本波の周波数として１．８ＧＨｚを想定した場合、２倍波（３．６ＧＨｚ）、３倍波（５．４ＧＨｚ）は２０〜２５ｄＢ程度の減衰量しか得られないため、パワーアンプからの２倍波、３倍波を十分に低減することが出来なかった。
【０００７】
ローパスフィルタの減衰量は、図１５に示した５次のローパスフィルタ６などを用いることで改善できなくはない。しかし、５次のローパスフィルタは構成素子数が多く、更に高周波スイッチの挿入損失が大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、小型化の要求されるデジタル携帯電話等においては、その内部で使用される部品においての小型化が要求されている。このため、ローパスフィルタおよびそれを用いた高周波スイッチの小型化が要求されている。かかる要求に対して、構成素子数の多い５次のローパスフィルタを用いることには問題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、小型で性能の優れたローパスフィルタ、およびそれを用いた高周波スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明は、下記の構成を主旨とする。
（第１手段）
本発明は、直列共振回路（Ｌ３＋Ｃ４）と並列共振回路（Ｌ１＋Ｃ１）が縦続されたローパスフィルタ（１）であって、前記並列共振回路の両端に接地容量（Ｃ２、Ｃ３）が接続され、前記直列共振回路（Ｌ３＋Ｃ４）と前記並列共振回路（Ｌ１＋Ｃ１）との間に位相調整用の伝送線路（Ｌ２）が介挿されたことを特徴とするローパスフィルタ（１）である。
【００１１】
第１手段によると、小型で減衰特性の優れたローパスフィルタが得られる効果がある。位相調整用の伝送線路の電気長により、直列共振回路と並列共振回路との間のインピーダンスの位相が最適化され、両方の共振回路による周波数選択性が相乗的に作用して、２倍波、３倍波のみならず、４倍波以上の高調波が除去できる。
【００１２】
（第２手段）
また本発明は、少なくとも２つのスイッチング素子を有する送受信用スイッチ回路と、この送受信用スイッチ回路の送信側経路に接続されたローパスフィルタを備え、このローパスフィルタは、直列共振回路と並列共振回路が縦続され、前記並列共振回路の両端に接地容量が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路が介挿されたものであることを特徴とする高周波スイッチである。
すなわち、（第１手段）記載のローパスフィルタと、少なくとも２つのスイッチング素子を有する送受信用スイッチ回路との組合せである。
【００１３】
第２手段によると、小型で高性能の高周波スイッチが得られる効果がある。（第１手段）記載のローパスフィルタとの相乗効果が期待できるからである。
【００１４】
（第３手段）
第２手段記載の高周波スイッチにおいて、前記送受信用スイッチ回路が、送信側に第１のダイオードと第１の伝送線路を有するとともに、受信側に第２のダイオードと第２の伝送線路を有することが好ましい。
【００１５】
第３手段によると、低コストで前記（第２手段）記載の作用効果が得られる。
【００１６】
（第４手段）
第２手段または第３手段記載の高周波スイッチにおいて、前記第１の伝送線路は、前記並列共振回路と前記位相調整用の伝送線路の接続点と接地導体との間に接続されることが好ましい。
【００１７】
第４手段によると、前記第１の伝送線路の長さが短縮できるため、高周波スイッチの更なる小型化でき、前記（第２手段）または（第３手段）記載の作用効果が得られる。
【００１８】
本発明における位相調整用の伝送線路は、伝送線路の電気長を調整して位相を回転（スミスチャート上で右回転）することにより、前記並列共振回路（Ｌ１、Ｃ１）と前記調整用の伝送線路の接続点からみた前記直列共振回路（Ｌ３、Ｃ４）側のインピーダンスを調整し、所望の周波数において減衰量を改善するために用いられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチの実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明にかかるローパスフィルタ１の一実施例を示す。図１（ａ）において、伝送線路Ｌ１と容量Ｃ１は並列共振回路を形成し、基本波の周波数の略２倍波で減衰極を持つように、伝送線路Ｌ１の長さやインピーダンスおよび容量Ｃ１の大きさが調整されている。
伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４は、直列共振回路を形成し、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で減衰極を持つように伝送線路Ｌ３の長さやインピーダンスおよび容量Ｃ４の大きさが調整されている。接地容量Ｃ２、Ｃ３は伝送線路Ｌ１の両端に接続されている。また、直列共振回路と並列共振回路との間に位相調整用伝送線路（Ｌ２）が介挿されている。
【００２１】
図１（ａ）において、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極を、基本波の周波数の略３倍波で減衰極を持つように設定した。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４との直列共振回路が共振すると、伝送線路Ｌ２と伝送線路Ｌ３との接続点は短絡（ショート）状態となる。伝送線路Ｌ２は位相調整手段として機能するものであって、伝送線路Ｌ２の線路長、線路幅などを調整することにより前記の短絡位置が調整でき、その結果、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で十分な減衰極を形成できる。
【００２２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）と鏡像関係にあり、ローパスフィルタ１を接続する相手側回路の入力インピーダンス、出力インピーダンスとの整合を取るために、図１（ａ）と場合に応じて選択、使い分けできる。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）に示すローパスフィルタ１において伝送線路Ｌ２の線路長を０〜λ／２まで変化させたときの減衰量特性を示す。ここで、λは伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極の周波数に対応する波長である。
【００２４】
本実施例では、基本波の周波数はＤＣＳ帯（Ｄｉｇｉｔａｌ ＣｅｌｌｕｌａｒＳｙｓｔｅｍ）およびＰＣＳ帯（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚとしたため、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極を基本波の３倍の周波数である約５．４ＧＨｚに設定した。
【００２５】
減衰量は３０ｄＢ以上が望ましいので、本発明の目的である、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で十分な減衰量を得るためには、伝送線路Ｌ２の線路長はλ／８〜３／８λが好ましいことが分かる。
【００２６】
図３（ａ）は本発明に係るローパスフィルタの減衰量特性を示した図、図３（ｂ）は従来の３次ローパスフィルタ５の減衰量特性を比較例として示した図である。なお、図３（ａ）は２倍波、３倍波減衰量が最適になるように伝送線路Ｌ２の電気長を調整したときの特性である。
図３（ａ）より、本発明に係るローパスフィルタにおいては、２倍波、３倍波減衰量ともに３０ｄＢ以上を達成している。これは、図３（ｂ）で示した従来の３次ローパスフィルタ５の減衰量特性と比較すると、２倍波において１０ｄＢ、３倍波減衰量において２０ｄＢの改善である。また、基本周波数における挿入損失も、従来の３次ローパスフィルタと比較して同等の特性が得られている。
【００２７】
本実施例では、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を基本波の周波数の略３倍波に設定したが、実際の携帯電話端末に組み込んだ場合には、２倍波、３倍波、…等々、どの周波数が一番問題となるかは、パワーアンプの設計、周辺回路により状況が異なる。
従って、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、状況に応じて変更することにより、携帯端末から発生する高調波発生量を効率良く抑制することが可能である。さらに、伝送線路Ｌ２の電気長を調整することにより、更なる減衰量の改善が可能になる。
【００２８】
次に、図１（ａ）に示したローパスフィルタ１の電気回路を具現化した積層型ローパスフィルタについて、図４、図５を参照して説明する。
図４は、図１（ａ）に示した電気回路を有する積層型ローパスフィルタの積層図である。誘電体シート７ｉが最下層のシートであり、順に誘電体シート７ｈ、誘電体シート７ｇ、誘電体シート７ｆ、誘電体シート７ｅ、誘電体シート７ｄ、誘電体シート７ｃ、誘電体シート７ｂと、誘電体シート７ａまで積層したものである。符号７ｊは、誘電体シート７ｉの裏面を示し、ローパスフィルタ１を裏面から見た電極配置を示す。
図４に示すローパスフィルタは、伝送線路Ｌ１の電極パターンを設けた誘電体シート７ｃ〜７ｅ、伝送線路Ｌ２の電極パターンを設けた誘電体シート７ｃ、伝送線路Ｌ３の電極パターンを設けた誘電体シート７ｄ，７ｅと、広い面積のグランド電極を設けた誘電体シート７ｂ、７ｆ、７ｉと、容量Ｃ１〜Ｃ４の電極パターンを設けた誘電体シート７ｇ、７ｈと、上面電極を設けた誘電体シート７ａなどで構成されている。
図４において各誘電体シート上に示す電極パターンＬ１〜Ｌ３は、それぞれビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）にて電気的に接続され、ローパスフィルタ１の電気回路を構成する。
【００２９】
以上の構成からなる各誘電体シート７ａ〜７ｉは積み重ねられ、一体的に焼成される。その後、積層体側面に側面電極１０を印刷し、更に電極焼成を行えば、図５に示すような積層体１１となる。図５において、長手中央の端子がローバスフィルタの入出力端子であり、残りの端子はグランド端子に相当する。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明にかかる高周波スイッチ２０の一実施例である。この高周波スイッチ２０は、送受信用スイッチ２と、この送受信スイッチ２の送信側に接続されたローパスフィルタ１を備えている。送受信スイッチ回路２の送信用端子Ｔｘ側には、ダイオードＤ１のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードはローパスフィルタ１を構成する伝送線路Ｌ１に接続され、伝送線路Ｌ５を介して接地している。ダイオードＤ１のアノードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続されている。
【００３１】
アンテナ用端子ＡＮＴには伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘが接続されている。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ２のアノードは容量Ｃ５を介してグランドに接地されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ５の接続点には抵抗Ｒｃを介して電圧制御用端子Ｖｃが接続されている。
【００３２】
ここに、伝送線路Ｌ４、Ｌ５として特性インピーダンス２５Ω以上の分布定数線路、あるいは高周波インダクタが使用される。分布定数線路の場合、伝送線路Ｌ４、Ｌ５の線路長は、λ／１０以上λ／３以下（ここで、λ：所望周波数の波長）の範囲に設定される。
【００３３】
次に、この高周波スイッチ２０を用いての送受信について説明する。
【００３４】
電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ１、Ｌ５によりバイアス電流が流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。この結果、送信用端子Ｔｘに入った送信信号は、ローパスフィルタ１、ダイオードＤ１を経由してアンテナ用端子ＡＮＴに伝送される。この時、送信信号は受信端子Ｒｘに殆ど伝送されない。なぜならば、ダイオードＤ２がＯＮ状態の時のダイオードＤ２自身が有するインダクタンス成分と容量Ｃ５が送信信号の周波数で直列共振するように設定されており、インピーダンスがショートになるからである。つまり、伝送線路Ｌ４、Ｌ５はλ／４ショートスタブとして動作するため、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴが接続され、受信用端子Ｒｘはグランドへ接地される。
【００３５】
電圧制御端子Ｖｃを接地（グランド）電位にした場合、ダイオードＤ１、Ｄ２はＯＦＦ状態になる。したがって、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴとの間が遮断されるとともに、受信用端子Ｒｘとの間も遮断される。この結果、アンテナ用端子ＡＮＴに入力された受信信号は、伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘに伝送され、送信用端子Ｔｘにはほとんど伝送されない。
このように、図６に示す高周波スイッチは、電圧制御用端子Ｖｃに印加するバイアス電圧をコントロールすることにより、送受信の信号の伝送経路を切り換えることが可能である。
【００３６】
図７（ａ）は、本発明に係る高周波スイッチ２０の減衰量特性を示した図、図７（ｂ）は比較例として従来例の高周波スイッチの減衰量特性を示した図である。
この場合、基本波の周波数はＤＣＳ帯およびＰＣＳ帯の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚを前提とした。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の減衰極を、基本波の周波数の略３倍波で減衰極を持つように設定した。
図７（ａ）から、本発明に係る高周波スイッチ２０においては、２倍波、３倍波減衰量ともに４０ｄＢ以上を実現できることが分かる。一方、従来の高周波スイッチの減衰量特性を図７（ｂ）に示した。従来の高周波スイッチと比較すると、本発明の高周波スイッチ２０における２倍波、３倍波減衰量は、それぞれ、１０ｄＢ、２０ｄＢ改善していることが分かる。また、基本波の周波数における挿入損失も従来の３次ローパスフィルタを用いた場合と比較して同等の特性が得られる。
【００３７】
図６の実施例では、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、基本波の周波数の略３倍波に設定したが、実際の携帯電話端末に組み込んだ場合には、２倍波、３倍波、…等々、どの周波数が一番問題となるかは、パワーアンプの設計、周辺回路により状況が異なる。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、状況に応じて変更することにより、携帯端末から発生する高調波発生量を効率良く抑制することが可能である。
【００３８】
次に、図６に示した高周波スイッチの電気回路を具現化した、積層型高周波スイッチについて、図８、図９を参照して説明する。図８は図１に示した電気回路を有する積層型高周波スイッチの積層図である。８ｈが最下層のシートであり順に８ａまで積層したものである。
図８の高周波スイッチは、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の電極パターンを設けた誘電体シート８ｃ〜８ｅと、広い面積のグランド電極を設けた誘電体シート８ｆ、８ｈと、容量Ｃ１〜Ｃ５の電極パターンを設けた誘電体シート８ｆ、８ｇと、上面電極を設けた誘電体シート８ａなどにて構成されている。図において各誘電体シート上に示す電極パターンＬ１〜Ｌ４は、それぞれビアホールにて電気的に接続され、図６の高周波スイッチの電気回路を構成する。
【００３９】
以上の構成からなる各シート８ａ〜８ｈは積み重ねられ、一体的に焼成される。その後、図９に示すよう積層体側面に側面電極１０を印刷し、更に電極焼成を行えば積層部品となる。図において、長手奥の中央の端子がアンテナ用端子ＡＮＴ、長手奥の左側の端子が電圧制御用端子Ｖｃ、長手手前の左側の端子が送信用端子Ｔｘ、長手手前の右側が受信用端子Ｒｘであり、残りの端子はグランド端子に相当する。さらに積層体１１の上面の電極には、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒｃが半田付けされる。
【００４０】
このようにして、図６に示した電気回路を具現化した表面実装タイプの積層型高周波スイッチが得られる。この積層型高周波スイッチは、一つの部品内に必要な回路が内蔵されており、小型化を図ることができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図１０（ｂ）と図１０（ｃ）は、本実施例にかかる高周波スイッチの別実施例である。
図１０（ａ）は、第２の実施形態で説明した回路である。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、伝送線路Ｌ５の接続位置を変えて最適位置を見出したものである。
これらの高周波スイッチは、送受信回路２の回路構成が、第２の実施形態で示した高周波スイッチと異なる。
図１０（ｂ）の送受信用スイッチ２ｂは、伝送線路Ｌ５が送信用端子Ｔｘとローパスフィルタ１の接続点に接続され、グランドに接地されている。また図１０（ｃ）の送受信用スイッチ２ｃは、伝送線路Ｌ４がダイオードＤ１のカソードとローパスフィルタ１の接続点に接続され、グランドに接地されている。
【００４２】
図１０（ｂ）において、電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５を経由してバイアス電流が流れ、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。図１０（ｃ）においても同様に、電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ５を経由してバイアス電流が流れ、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。したがって、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）ともに、図１０（ａ）と同様に問題なく送受信の切り換え動作が可能である。
【００４３】
しかしながら、伝送線路Ｌ５の接続位置を変更すると、通過帯域の反射ズレが起きるため、伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３の大きさなどを変更することにより、通過帯域におけるインピーダンスを５０Ωへ整合させる必要がある。
例えば、基本波の周波数をＤＣＳ帯およびＰＣＳ帯の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚを前提とした場合、第２の実施形態で示した回路における伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３は図１０（ａ）に示す様に、それぞれ、８ｍｍ、２ｐＦ、３ｐＦであった。
これに対して図１０（ｂ）の回路に関しては、伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、２０ｍｍ、１．５ｐＦ、１．８ｐＦであった。また図１０（ｃ）の回路に関しては、伝送線路Ｌ４の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、１５ｍｍ、２．０ｐＦ、１．２ｐＦであった。
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）において、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および容量Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５は変更していない。
【００４４】
図１０（ａ）〜（ｃ）のいずれの回路においても、挿入損失特性、減衰量特性はほぼ同等であり実使用上問題ないレベルである。しかしながら、伝送線路Ｌ５の長さに関しては、図１０（ａ）が８ｍｍと一番短くでき、他の図１０（ｂ）、図１０（ｃ）と比較して４０％〜５３％も小型化が可能であることがわかる。
【００４５】
図１０（ｂ）、図１０（ｃ）では入出力端子を５０Ωに整合させる必要があるため、伝送線路Ｌ５の電気長を通過帯域の信号のλ／４に設定し、接続点からみたグランドのインピーダンスを開放状態に設定する必要がある。
これに対し、図１０（ａ）では必ずしもλ／４の電気長である必要はなく、伝送線路Ｌ５がλ／４以下の長さでグランドに対するインピーダンスが有限の値になった（開放状態ではない）場合でも、容量Ｃ３の値を調整することにより、ローパスフィルタ１の入出力インピーダンスを５０Ωに調整可能である。
以上の理由により、伝送線路Ｌ５が最も小型化可能であることがわかる。
【００４６】
以上、スイッチ回路を構成する伝送線路Ｌ５を、ローパスフィルタ１を構成する伝送線路Ｌ１と位相調整用伝送線路Ｌ２の接続点との間に接続することにより、伝送線路Ｌ５の長さが短縮可能となり、高周波スイッチの更なる小型化を図ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
本発明にかかるローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチは、以上の実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、以下の様な実施形態が挙げられる。
【００４８】
図１１に示すように、送信側のダイオードＤ１に並列に伝送線路Ｌ６、容量Ｃ６を接続した回路を採用することにより、ダイオードＤ１のＯＦＦ時のアイソレーションを向上できる。この回路によれば、受信モード時の送信用端子Ｔｘからアンテナ用端子ＡＮＴのアイソレーションを向上できる。
【００４９】
（第５の実施形態）
図１２に示すように、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードとアノードを逆にするとともに、電圧制御用端子Ｖｃ１、Ｖｃ２に印加する電位を変更する。送信モードの時にはＶｃ１を正電圧、Ｖｃ２を接地電位に設定し、受信モードの時にはＶｃ１を接地電位、Ｖｃ２を正電圧に設定することにより、送受信切り換えを行う。
【００５０】
（第６の実施形態）
図１３（ａ）に示すように、高周波スイッチ２０に関して、アンテナ用端子ＡＮＴ、ローパスフィルタ１が接続される送信用端子Ｔｘのほかに、複数の信号入出力用端子Ｐ１、Ｐ２、…を有する高周波スイッチも考えられる。
この場合スイッチング素子として、ＰＩＮダイオードスイッチを用いることも可能であるが、ＧａＡｓ電界効果トランジスタＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｗ）、ＳＰ４Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ４ Ｔｈｒｏｗ）などを利用することにより、更なる小型化が可能である。
【００５１】
高周波スイッチ前後の整合条件によっては、図１３（ｂ）に示すようにローパスフィルタ１の接続方向が逆である高周波スイッチも有効である。
ローパスフィルタ１の伝送線路Ｌ１および容量Ｃ１からなる第１の並列共振回路は、接地容量Ｃ２、Ｃ３が接続されるため、低インピーダンス側への調整が可能である。
一方、伝送線路Ｌ２および容量Ｃ４からなる第２の並列共振回路は、接地容量が接続されていないため、高インピーダンス側への調整が可能である。
これにより、アンテナ用端子ＡＮＴ側が高インピーダンス、送信用端子Ｔｘが低インピーダンスの場合は、ローパスフィルタ１の図１３（ｂ）の回路が望ましく、逆にアンテナ用端子ＡＮＴ側が低インピーダンス、送信用端子Ｔｘが高インピーダンスの場合は、ローパスフィルタ１の図１３（ａ）の回路が望ましい。
【００５２】
以上、具体的な実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明は、それに限定されるものではない。
例えば、送受信用スイッチ回路の送信側経路に接続するローパスフィルタについては、通常は第１のダイオードと送信端子との間の経路に設けるが、アンテナ端子と第１のダイオードとの間に設けることを排除するものではない。また、本発明のローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチを構成する伝送線路および容量の一部を高周波チップインダクタ、高周波チップコンデンサなどを使用してもよいことは言うまでもない。
更に、高周波スイッチを構成する送受信用切り換え回路のスイッチング素子としてダイオード以外にも、可変容量ダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどを用いてもよい。
【００５３】
また、本発明の高周波スイッチをパワーアンプと一体化して積層複合部品にすれば、位相調整やインピーダンス整合が別体のときよりも遥かに容易、効果的となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の第１手段によると、小型で性能の優れたローパスフィルタが得られる効果がある。第１の共振回路と第２の共振回路との間のインピーダンスの位相が最適化され、両方の共振回路による周波数選択性が相乗的に作用して、２倍波、３倍波のみならず、４倍波以上の高調波が除去できる。
【００５５】
本発明の第２手段によると、小型で高性能の高周波スイッチが得られる効果がある。
【００５６】
本発明の第３手段によると、低コストで前記第２手段記載の作用効果が得られる。
【００５７】
本発明の第４手段によると、高周波スイッチの更なる小型化ができ、前記第２手段または第３手段記載の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係るローパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）に示すローパスフィルタにおいて伝送線路Ｌ２の線路長を変化させたときの減衰量特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）は本発明に係るローパスフィルタの減衰量特性の一例を示す図、図３（ｂ）は従来のローパスフィルタの減衰量特性の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るローパスフィルタの積層図である。
【図５】本発明に係るローパスフィルタの積層体の斜視図である。
【図６】本発明に係る高周波スイッチの一例を示す回路図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明に係る高周波スイッチの減衰量特性の一例を示す図、７（ｂ）は従来の高周波スイッチの減衰量特性の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る高周波スイッチの積層図である。
【図９】本発明に係る高周波スイッチの積層体の斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係る高周波スイッチにおいて、伝送線路Ｌ５の接続位置を変えた変形例を示す図である。
【図１１】本発明に係る高周波スイッチにおいて、伝送線路Ｌ５を好適な接続位置に配置した回路図である。
【図１２】本発明に係る高周波スイッチの別例を示す回路図である。
【図１３】本発明に係る高周波スイッチの更に別例を示す回路図である。
【図１４】従来の高周波スイッチを示す図である。
【図１５】従来の５次ローパスフィルタを示す図である。
【符号の説明】
ＡＮＴ：アンテナ用端子
Ｔｘ：送信用端子
Ｒｘ：受信用端子
Ｐ１、Ｐ２：信号入出力端子
Ｖｃ、Ｖｃ１、Ｖｃ２：電圧制御用端子
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード
Ｒｃ：抵抗
Ｌ１〜Ｌ５：伝送線路、インダクタまたはチョークコイル
Ｃ１〜Ｃ６：容量
１、５、６：ローパスフィルタ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、３、４、９：送受信スイッチ回路
７ａ〜７ｊ、８ａ〜８ｈ：誘電体シート
１０：側面端子
１１：積層体
２０：高周波スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等に組み込まれて用いられるローパスフィルタおよびそれを用いた高周波スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波スイッチは、一般にデジタル携帯電話等において送信回路と受信回路とを切り換えるために用いられる。図１４に、特許文献１に開示された従来の高周波スイッチを示す。
この高周波スイッチ２０は、送受信用スイッチ回路２と、この送受信スイッチ回路２の送信側に接続された３次ローパスフィルタ５とを備えている。送受信スイッチ回路２の送信用端子Ｔｘ側には、ダイオードＤ１のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードはローパスフィルタ５を構成する伝送線路Ｌ１に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続されている。
【０００３】
アンテナ用端子ＡＮＴには、伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘが接続されている。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ２のアノードは容量Ｃ５を介してグランドに接地されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ５の接続点には抵抗Ｒｃを介して電圧制御用端子Ｖｃが接続されている。
【０００４】
一方、３次ローパスフィルタ５は、伝送線路Ｌ１と、伝送線路Ｌ１の両端とグランドとの間にそれぞれ接続された容量Ｃ２、Ｃ３及び伝送線路Ｌ１に対して並列に接続された容量Ｃ１により構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２６１３９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波スイッチの送信用端子Ｔｘ側にはパワーアンプが接続される。そして、このパワーアンプからは、送信周波数の信号波（基本波）だけでなく、その２倍波、３倍波なども漏れてくる。この２倍波や３倍波を減衰させるためにローパスフィルタが用いられる。
図３（ｂ）に、従来の３次ローパスフィルタ５を用いた場合の減衰量特性を示す。基本波の周波数として１．８ＧＨｚを想定した場合、２倍波（３．６ＧＨｚ）、３倍波（５．４ＧＨｚ）は２０〜２５ｄＢ程度の減衰量しか得られないため、パワーアンプからの２倍波、３倍波を十分に低減することが出来なかった。
【０００７】
ローパスフィルタの減衰量は、図１５に示した５次のローパスフィルタ６などを用いることで改善できなくはない。しかし、５次のローパスフィルタは構成素子数が多く、更に高周波スイッチの挿入損失が大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、小型化の要求されるデジタル携帯電話等においては、その内部で使用される部品においての小型化が要求されている。このため、ローパスフィルタおよびそれを用いた高周波スイッチの小型化が要求されている。かかる要求に対して、構成素子数の多い５次のローパスフィルタを用いることには問題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、小型で性能の優れたローパスフィルタ、およびそれを用いた高周波スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明は、下記の構成を主旨とする。
（第１手段）
本発明は、直列共振回路（Ｌ３＋Ｃ４）と並列共振回路（Ｌ１＋Ｃ１）が縦続されたローパスフィルタ（１）であって、前記並列共振回路の両端に接地容量（Ｃ２、Ｃ３）が接続され、前記直列共振回路（Ｌ３＋Ｃ４）と前記並列共振回路（Ｌ１＋Ｃ１）との間に位相調整用の伝送線路（Ｌ２）が介挿されたことを特徴とするローパスフィルタ（１）である。
【００１１】
第１手段によると、小型で減衰特性の優れたローパスフィルタが得られる効果がある。位相調整用の伝送線路の電気長により、直列共振回路と並列共振回路との間のインピーダンスの位相が最適化され、両方の共振回路による周波数選択性が相乗的に作用して、２倍波、３倍波のみならず、４倍波以上の高調波が除去できる。
【００１２】
（第２手段）
また本発明は、少なくとも２つのスイッチング素子を有する送受信用スイッチ回路と、この送受信用スイッチ回路の送信側経路に接続されたローパスフィルタを備え、このローパスフィルタは、直列共振回路と並列共振回路が縦続され、前記並列共振回路の両端に接地容量が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路が介挿されたものであることを特徴とする高周波スイッチである。
すなわち、（第１手段）記載のローパスフィルタと、少なくとも２つのスイッチング素子を有する送受信用スイッチ回路との組合せである。
【００１３】
第２手段によると、小型で高性能の高周波スイッチが得られる効果がある。（第１手段）記載のローパスフィルタとの相乗効果が期待できるからである。
【００１４】
（第３手段）
第２手段記載の高周波スイッチにおいて、前記送受信用スイッチ回路が、送信側に第１のダイオードと第１の伝送線路を有するとともに、受信側に第２のダイオードと第２の伝送線路を有することが好ましい。
【００１５】
第３手段によると、低コストで前記（第２手段）記載の作用効果が得られる。
【００１６】
（第４手段）
第２手段または第３手段記載の高周波スイッチにおいて、前記第１の伝送線路は、前記並列共振回路と前記位相調整用の伝送線路の接続点と接地導体との間に接続されることが好ましい。
【００１７】
第４手段によると、前記第１の伝送線路の長さが短縮できるため、高周波スイッチの更なる小型化でき、前記（第２手段）または（第３手段）記載の作用効果が得られる。
【００１８】
本発明における位相調整用の伝送線路は、伝送線路の電気長を調整して位相を回転（スミスチャート上で右回転）することにより、前記並列共振回路（Ｌ１、Ｃ１）と前記調整用の伝送線路の接続点からみた前記直列共振回路（Ｌ３、Ｃ４）側のインピーダンスを調整し、所望の周波数において減衰量を改善するために用いられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチの実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明にかかるローパスフィルタ１の一実施例を示す。図１（ａ）において、伝送線路Ｌ１と容量Ｃ１は並列共振回路を形成し、基本波の周波数の略２倍波で減衰極を持つように、伝送線路Ｌ１の長さやインピーダンスおよび容量Ｃ１の大きさが調整されている。
伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４は、直列共振回路を形成し、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で減衰極を持つように伝送線路Ｌ３の長さやインピーダンスおよび容量Ｃ４の大きさが調整されている。接地容量Ｃ２、Ｃ３は伝送線路Ｌ１の両端に接続されている。また、直列共振回路と並列共振回路との間に位相調整用伝送線路（Ｌ２）が介挿されている。
【００２１】
図１（ａ）において、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極を、基本波の周波数の略３倍波で減衰極を持つように設定した。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４との直列共振回路が共振すると、伝送線路Ｌ２と伝送線路Ｌ３との接続点は短絡（ショート）状態となる。伝送線路Ｌ２は位相調整手段として機能するものであって、伝送線路Ｌ２の線路長、線路幅などを調整することにより前記の短絡位置が調整でき、その結果、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で十分な減衰極を形成できる。
【００２２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）と鏡像関係にあり、ローパスフィルタ１を接続する相手側回路の入力インピーダンス、出力インピーダンスとの整合を取るために、図１（ａ）と場合に応じて選択、使い分けできる。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）に示すローパスフィルタ１において伝送線路Ｌ２の線路長を０〜λ／２まで変化させたときの減衰量特性を示す。ここで、λは伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極の周波数に対応する波長である。
【００２４】
本実施例では、基本波の周波数はＤＣＳ帯（Ｄｉｇｉｔａｌ ＣｅｌｌｕｌａｒＳｙｓｔｅｍ）およびＰＣＳ帯（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚとしたため、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる並列共振回路の減衰極を基本波の３倍の周波数である約５．４ＧＨｚに設定した。
【００２５】
減衰量は３０ｄＢ以上が望ましいので、本発明の目的である、基本波の周波数の略ｎ倍波（ｎ＝２，３，４、…）で十分な減衰量を得るためには、伝送線路Ｌ２の線路長はλ／８〜３／８λが好ましいことが分かる。
【００２６】
図３（ａ）は本発明に係るローパスフィルタの減衰量特性を示した図、図３（ｂ）は従来の３次ローパスフィルタ５の減衰量特性を比較例として示した図である。なお、図３（ａ）は２倍波、３倍波減衰量が最適になるように伝送線路Ｌ２の電気長を調整したときの特性である。
図３（ａ）より、本発明に係るローパスフィルタにおいては、２倍波、３倍波減衰量ともに３０ｄＢ以上を達成している。これは、図３（ｂ）で示した従来の３次ローパスフィルタ５の減衰量特性と比較すると、２倍波において１０ｄＢ、３倍波減衰量において２０ｄＢの改善である。また、基本周波数における挿入損失も、従来の３次ローパスフィルタと比較して同等の特性が得られている。
【００２７】
本実施例では、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を基本波の周波数の略３倍波に設定したが、実際の携帯電話端末に組み込んだ場合には、２倍波、３倍波、…等々、どの周波数が一番問題となるかは、パワーアンプの設計、周辺回路により状況が異なる。
従って、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、状況に応じて変更することにより、携帯端末から発生する高調波発生量を効率良く抑制することが可能である。さらに、伝送線路Ｌ２の電気長を調整することにより、更なる減衰量の改善が可能になる。
【００２８】
次に、図１（ａ）に示したローパスフィルタ１の電気回路を具現化した積層型ローパスフィルタについて、図４、図５を参照して説明する。
図４は、図１（ａ）に示した電気回路を有する積層型ローパスフィルタの積層図である。誘電体シート７ｉが最下層のシートであり、順に誘電体シート７ｈ、誘電体シート７ｇ、誘電体シート７ｆ、誘電体シート７ｅ、誘電体シート７ｄ、誘電体シート７ｃ、誘電体シート７ｂと、誘電体シート７ａまで積層したものである。符号７ｊは、誘電体シート７ｉの裏面を示し、ローパスフィルタ１を裏面から見た電極配置を示す。
図４に示すローパスフィルタは、伝送線路Ｌ１の電極パターンを設けた誘電体シート７ｃ〜７ｅ、伝送線路Ｌ２の電極パターンを設けた誘電体シート７ｃ、伝送線路Ｌ３の電極パターンを設けた誘電体シート７ｄ，７ｅと、広い面積のグランド電極を設けた誘電体シート７ｂ、７ｆ、７ｉと、容量Ｃ１〜Ｃ４の電極パターンを設けた誘電体シート７ｇ、７ｈと、上面電極を設けた誘電体シート７ａなどで構成されている。
図４において各誘電体シート上に示す電極パターンＬ１〜Ｌ３は、それぞれビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）にて電気的に接続され、ローパスフィルタ１の電気回路を構成する。
【００２９】
以上の構成からなる各誘電体シート７ａ〜７ｉは積み重ねられ、一体的に焼成される。その後、積層体側面に側面電極１０を印刷し、更に電極焼成を行えば、図５に示すような積層体１１となる。図５において、長手中央の端子がローバスフィルタの入出力端子であり、残りの端子はグランド端子に相当する。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明にかかる高周波スイッチ２０の一実施例である。この高周波スイッチ２０は、送受信用スイッチ２と、この送受信スイッチ２の送信側に接続されたローパスフィルタ１を備えている。送受信スイッチ回路２の送信用端子Ｔｘ側には、ダイオードＤ１のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードはローパスフィルタ１を構成する伝送線路Ｌ１に接続され、伝送線路Ｌ５を介して接地している。ダイオードＤ１のアノードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続されている。
【００３１】
アンテナ用端子ＡＮＴには伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘが接続されている。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ２のアノードは容量Ｃ５を介してグランドに接地されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ５の接続点には抵抗Ｒｃを介して電圧制御用端子Ｖｃが接続されている。
【００３２】
ここに、伝送線路Ｌ４、Ｌ５として特性インピーダンス２５Ω以上の分布定数線路、あるいは高周波インダクタが使用される。分布定数線路の場合、伝送線路Ｌ４、Ｌ５の線路長は、λ／１０以上λ／３以下（ここで、λ：所望周波数の波長）の範囲に設定される。
【００３３】
次に、この高周波スイッチ２０を用いての送受信について説明する。
【００３４】
電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ１、Ｌ５によりバイアス電流が流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。この結果、送信用端子Ｔｘに入った送信信号は、ローパスフィルタ１、ダイオードＤ１を経由してアンテナ用端子ＡＮＴに伝送される。この時、送信信号は受信端子Ｒｘに殆ど伝送されない。なぜならば、ダイオードＤ２がＯＮ状態の時のダイオードＤ２自身が有するインダクタンス成分と容量Ｃ５が送信信号の周波数で直列共振するように設定されており、インピーダンスがショートになるからである。つまり、伝送線路Ｌ４、Ｌ５はλ／４ショートスタブとして動作するため、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴが接続され、受信用端子Ｒｘはグランドへ接地される。
【００３５】
電圧制御端子Ｖｃを接地（グランド）電位にした場合、ダイオードＤ１、Ｄ２はＯＦＦ状態になる。したがって、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴとの間が遮断されるとともに、受信用端子Ｒｘとの間も遮断される。この結果、アンテナ用端子ＡＮＴに入力された受信信号は、伝送線路Ｌ４を介して受信用端子Ｒｘに伝送され、送信用端子Ｔｘにはほとんど伝送されない。
このように、図６に示す高周波スイッチは、電圧制御用端子Ｖｃに印加するバイアス電圧をコントロールすることにより、送受信の信号の伝送経路を切り換えることが可能である。
【００３６】
図７（ａ）は、本発明に係る高周波スイッチ２０の減衰量特性を示した図、図７（ｂ）は比較例として従来例の高周波スイッチの減衰量特性を示した図である。
この場合、基本波の周波数はＤＣＳ帯およびＰＣＳ帯の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚを前提とした。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の減衰極を、基本波の周波数の略３倍波で減衰極を持つように設定した。
図７（ａ）から、本発明に係る高周波スイッチ２０においては、２倍波、３倍波減衰量ともに４０ｄＢ以上を実現できることが分かる。一方、従来の高周波スイッチの減衰量特性を図７（ｂ）に示した。従来の高周波スイッチと比較すると、本発明の高周波スイッチ２０における２倍波、３倍波減衰量は、それぞれ、１０ｄＢ、２０ｄＢ改善していることが分かる。また、基本波の周波数における挿入損失も従来の３次ローパスフィルタを用いた場合と比較して同等の特性が得られる。
【００３７】
図６の実施例では、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、基本波の周波数の略３倍波に設定したが、実際の携帯電話端末に組み込んだ場合には、２倍波、３倍波、…等々、どの周波数が一番問題となるかは、パワーアンプの設計、周辺回路により状況が異なる。伝送線路Ｌ３と容量Ｃ４からなる直列共振回路の共振周波数を、状況に応じて変更することにより、携帯端末から発生する高調波発生量を効率良く抑制することが可能である。
【００３８】
次に、図６に示した高周波スイッチの電気回路を具現化した、積層型高周波スイッチについて、図８、図９を参照して説明する。図８は図１に示した電気回路を有する積層型高周波スイッチの積層図である。８ｈが最下層のシートであり順に８ａまで積層したものである。
図８の高周波スイッチは、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の電極パターンを設けた誘電体シート８ｃ〜８ｅと、広い面積のグランド電極を設けた誘電体シート８ｆ、８ｈと、容量Ｃ１〜Ｃ５の電極パターンを設けた誘電体シート８ｆ、８ｇと、上面電極を設けた誘電体シート８ａなどにて構成されている。図において各誘電体シート上に示す電極パターンＬ１〜Ｌ４は、それぞれビアホールにて電気的に接続され、図６の高周波スイッチの電気回路を構成する。
【００３９】
以上の構成からなる各シート８ａ〜８ｈは積み重ねられ、一体的に焼成される。その後、図９に示すよう積層体側面に側面電極１０を印刷し、更に電極焼成を行えば積層部品となる。図において、長手奥の中央の端子がアンテナ用端子ＡＮＴ、長手奥の左側の端子が電圧制御用端子Ｖｃ、長手手前の左側の端子が送信用端子Ｔｘ、長手手前の右側が受信用端子Ｒｘであり、残りの端子はグランド端子に相当する。さらに積層体１１の上面の電極には、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒｃが半田付けされる。
【００４０】
このようにして、図６に示した電気回路を具現化した表面実装タイプの積層型高周波スイッチが得られる。この積層型高周波スイッチは、一つの部品内に必要な回路が内蔵されており、小型化を図ることができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図１０（ｂ）と図１０（ｃ）は、本実施例にかかる高周波スイッチの別実施例である。
図１０（ａ）は、第２の実施形態で説明した回路である。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、伝送線路Ｌ５の接続位置を変えて最適位置を見出したものである。
これらの高周波スイッチは、送受信回路２の回路構成が、第２の実施形態で示した高周波スイッチと異なる。
図１０（ｂ）の送受信用スイッチ２ｂは、伝送線路Ｌ５が送信用端子Ｔｘとローパスフィルタ１の接続点に接続され、グランドに接地されている。また図１０（ｃ）の送受信用スイッチ２ｃは、伝送線路Ｌ４がダイオードＤ１のカソードとローパスフィルタ１の接続点に接続され、グランドに接地されている。
【００４２】
図１０（ｂ）において、電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５を経由してバイアス電流が流れ、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。図１０（ｃ）においても同様に、電圧制御用端子Ｖｃに正電圧を印加した場合、伝送線路Ｌ５を経由してバイアス電流が流れ、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮ状態となる。したがって、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）ともに、図１０（ａ）と同様に問題なく送受信の切り換え動作が可能である。
【００４３】
しかしながら、伝送線路Ｌ５の接続位置を変更すると、通過帯域の反射ズレが起きるため、伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３の大きさなどを変更することにより、通過帯域におけるインピーダンスを５０Ωへ整合させる必要がある。
例えば、基本波の周波数をＤＣＳ帯およびＰＣＳ帯の送信帯域である１．７１０〜１．９１０ＧＨｚを前提とした場合、第２の実施形態で示した回路における伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３は図１０（ａ）に示す様に、それぞれ、８ｍｍ、２ｐＦ、３ｐＦであった。
これに対して図１０（ｂ）の回路に関しては、伝送線路Ｌ５の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、２０ｍｍ、１．５ｐＦ、１．８ｐＦであった。また図１０（ｃ）の回路に関しては、伝送線路Ｌ４の長さ、接地容量Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、１５ｍｍ、２．０ｐＦ、１．２ｐＦであった。
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）において、伝送線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および容量Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５は変更していない。
【００４４】
図１０（ａ）〜（ｃ）のいずれの回路においても、挿入損失特性、減衰量特性はほぼ同等であり実使用上問題ないレベルである。しかしながら、伝送線路Ｌ５の長さに関しては、図１０（ａ）が８ｍｍと一番短くでき、他の図１０（ｂ）、図１０（ｃ）と比較して４０％〜５３％も小型化が可能であることがわかる。
【００４５】
図１０（ｂ）、図１０（ｃ）では入出力端子を５０Ωに整合させる必要があるため、伝送線路Ｌ５の電気長を通過帯域の信号のλ／４に設定し、接続点からみたグランドのインピーダンスを開放状態に設定する必要がある。
これに対し、図１０（ａ）では必ずしもλ／４の電気長である必要はなく、伝送線路Ｌ５がλ／４以下の長さでグランドに対するインピーダンスが有限の値になった（開放状態ではない）場合でも、容量Ｃ３の値を調整することにより、ローパスフィルタ１の入出力インピーダンスを５０Ωに調整可能である。
以上の理由により、伝送線路Ｌ５が最も小型化可能であることがわかる。
【００４６】
以上、スイッチ回路を構成する伝送線路Ｌ５を、ローパスフィルタ１を構成する伝送線路Ｌ１と位相調整用伝送線路Ｌ２の接続点との間に接続することにより、伝送線路Ｌ５の長さが短縮可能となり、高周波スイッチの更なる小型化を図ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
本発明にかかるローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチは、以上の実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、以下の様な実施形態が挙げられる。
【００４８】
図１１に示すように、送信側のダイオードＤ１に並列に伝送線路Ｌ６、容量Ｃ６を接続した回路を採用することにより、ダイオードＤ１のＯＦＦ時のアイソレーションを向上できる。この回路によれば、受信モード時の送信用端子Ｔｘからアンテナ用端子ＡＮＴのアイソレーションを向上できる。
【００４９】
（第５の実施形態）
図１２に示すように、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードとアノードを逆にするとともに、電圧制御用端子Ｖｃ１、Ｖｃ２に印加する電位を変更する。送信モードの時にはＶｃ１を正電圧、Ｖｃ２を接地電位に設定し、受信モードの時にはＶｃ１を接地電位、Ｖｃ２を正電圧に設定することにより、送受信切り換えを行う。
【００５０】
（第６の実施形態）
図１３（ａ）に示すように、高周波スイッチ２０に関して、アンテナ用端子ＡＮＴ、ローパスフィルタ１が接続される送信用端子Ｔｘのほかに、複数の信号入出力用端子Ｐ１、Ｐ２、…を有する高周波スイッチも考えられる。
この場合スイッチング素子として、ＰＩＮダイオードスイッチを用いることも可能であるが、ＧａＡｓ電界効果トランジスタＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｗ）、ＳＰ４Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ４ Ｔｈｒｏｗ）などを利用することにより、更なる小型化が可能である。
【００５１】
高周波スイッチ前後の整合条件によっては、図１３（ｂ）に示すようにローパスフィルタ１の接続方向が逆である高周波スイッチも有効である。
ローパスフィルタ１の伝送線路Ｌ１および容量Ｃ１からなる第１の並列共振回路は、接地容量Ｃ２、Ｃ３が接続されるため、低インピーダンス側への調整が可能である。
一方、伝送線路Ｌ２および容量Ｃ４からなる第２の並列共振回路は、接地容量が接続されていないため、高インピーダンス側への調整が可能である。
これにより、アンテナ用端子ＡＮＴ側が高インピーダンス、送信用端子Ｔｘが低インピーダンスの場合は、ローパスフィルタ１の図１３（ｂ）の回路が望ましく、逆にアンテナ用端子ＡＮＴ側が低インピーダンス、送信用端子Ｔｘが高インピーダンスの場合は、ローパスフィルタ１の図１３（ａ）の回路が望ましい。
【００５２】
以上、具体的な実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明は、それに限定されるものではない。
例えば、送受信用スイッチ回路の送信側経路に接続するローパスフィルタについては、通常は第１のダイオードと送信端子との間の経路に設けるが、アンテナ端子と第１のダイオードとの間に設けることを排除するものではない。また、本発明のローパスフィルタおよびこれを用いた高周波スイッチを構成する伝送線路および容量の一部を高周波チップインダクタ、高周波チップコンデンサなどを使用してもよいことは言うまでもない。
更に、高周波スイッチを構成する送受信用切り換え回路のスイッチング素子としてダイオード以外にも、可変容量ダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどを用いてもよい。
【００５３】
また、本発明の高周波スイッチをパワーアンプと一体化して積層複合部品にすれば、位相調整やインピーダンス整合が別体のときよりも遥かに容易、効果的となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の第１手段によると、小型で性能の優れたローパスフィルタが得られる効果がある。第１の共振回路と第２の共振回路との間のインピーダンスの位相が最適化され、両方の共振回路による周波数選択性が相乗的に作用して、２倍波、３倍波のみならず、４倍波以上の高調波が除去できる。
【００５５】
本発明の第２手段によると、小型で高性能の高周波スイッチが得られる効果がある。
【００５６】
本発明の第３手段によると、低コストで前記第２手段記載の作用効果が得られる。
【００５７】
本発明の第４手段によると、高周波スイッチの更なる小型化ができ、前記第２手段または第３手段記載の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係るローパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）に示すローパスフィルタにおいて伝送線路Ｌ２の線路長を変化させたときの減衰量特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）は本発明に係るローパスフィルタの減衰量特性の一例を示す図、図３（ｂ）は従来のローパスフィルタの減衰量特性の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るローパスフィルタの積層図である。
【図５】本発明に係るローパスフィルタの積層体の斜視図である。
【図６】本発明に係る高周波スイッチの一例を示す回路図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明に係る高周波スイッチの減衰量特性の一例を示す図、７（ｂ）は従来の高周波スイッチの減衰量特性の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る高周波スイッチの積層図である。
【図９】本発明に係る高周波スイッチの積層体の斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係る高周波スイッチにおいて、伝送線路Ｌ５の接続位置を変えた変形例を示す図である。
【図１１】本発明に係る高周波スイッチにおいて、伝送線路Ｌ５を好適な接続位置に配置した回路図である。
【図１２】本発明に係る高周波スイッチの別例を示す回路図である。
【図１３】本発明に係る高周波スイッチの更に別例を示す回路図である。
【図１４】従来の高周波スイッチを示す図である。
【図１５】従来の５次ローパスフィルタを示す図である。
【符号の説明】
ＡＮＴ：アンテナ用端子
Ｔｘ：送信用端子
Ｒｘ：受信用端子
Ｐ１、Ｐ２：信号入出力端子
Ｖｃ、Ｖｃ１、Ｖｃ２：電圧制御用端子
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード
Ｒｃ：抵抗
Ｌ１〜Ｌ５：伝送線路、インダクタまたはチョークコイル
Ｃ１〜Ｃ６：容量
１、５、６：ローパスフィルタ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、３、４、９：送受信スイッチ回路
７ａ〜７ｊ、８ａ〜８ｈ：誘電体シート
１０：側面端子
１１：積層体
２０：高周波スイッチ
Claims (4)
- 直列共振回路と並列共振回路を縦続したローパスフィルタであって、
前記並列共振回路の両端に接地容量が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路が介挿されたことを特徴とするローパスフィルタ。 - 少なくとも２つのスイッチング素子を有する送受信用スイッチ回路と、
該送受信用スイッチ回路の送信側経路に接続されたローパスフィルタを備え、該ローパスフィルタは、直列共振回路と並列共振回路が縦続され、前記並列共振回路の両端に接地容量が接続され、前記直列共振回路と前記並列共振回路との間に位相調整用の伝送線路が介挿されたことを特徴とする高周波スイッチ。 - 前記送受信用スイッチ回路が、送信側に第１のダイオードと第１の伝送線路を有するとともに、受信側に第２のダイオードと第２の伝送線路を有することを特徴とする請求項２記載の高周波スイッチ。
- 前記第１の伝送線路は、前記並列共振回路と前記位相調整用の伝送線路の接続点と接地導体との間に接続されたことを特徴とする請求項２または３記載の高周波スイッチ。
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| JP2003117110A JP2004328136A (ja) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | ローパスフィルタ及びそれを用いた高周波スイッチ |
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2003
- 2003-04-22 JP JP2003117110A patent/JP2004328136A/ja active Pending
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