JP2005080109A - 高周波スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノッチフィルタの機能を有する小型の高周波スイッチ回路を提供する。
【解決手段】 送信信号入力端子１とアンテナ端子３との間にダイオードＤ１を接続し、アンテナ端子３と受信信号出力端子２との間には、送信信号の波長の１／４（λ_T ／４）の長さのストリップ線路からなる伝送線路５を接続する。この伝送線路５の途中点Ａには、インダクタＬ１０とキャパシタＣ１０との直列回路からなるリアクタンス回路１０を接続し、このリアクタンス回路１０の途中点Ａ接続側に対向する端部を接地する。このような構成とすることで、伝送線路のアンテナ端子側端部（Ｂ点）と中間点Ａとの間の伝送線路５１がインダクタＬ２１として機能し、このインダクタＬ２１とリアクタンス回路１０とで送信信号の所定高調波の周波数帯域を阻止域とするノッチフィルタを構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、高周波スイッチ回路、特にアンテナへの送信信号の伝送と、アンテナからの受信信号の伝送とを切り替える高周波スイッチ回路に関するものである。

一般に、高周波スイッチ回路は図６に示す構造のものが用いられている。
図６は、従来の高周波スイッチ回路の等価回路図であり、１は送信信号入力端子、２は受信信号出力端子、３はアンテナ端子、４は制御電圧入力端子、５，６は伝送線路である。
図６に示すように、送信信号入力端子１とアンテナ端子３との間には、送信信号入力端子１側をアノードとしてダイオードＤ１が接続されており、アンテナ端子３と受信信号出力端子２との間には、送信信号の波長の１／４（以下、「λ_T ／４」と称す）の長さの伝送線路５が接続されている。また、ダイオードＤ１と伝送線路５との接続点とアンテナ端子３との間にはキャパシタＣ０が挿入されている。また、送信信号入力端子１とダイオードＤ１との接続点には、λ_T ／４の長さの伝送線路６を介して制御電圧入力端子４が接続されており、この制御電圧入力端子４がキャパシタＣ１を介して接地されている。さらに、受信信号出力端子２と伝送線路５との接続点にはダイオードＤ２のアノードが接続されており、ダイオードＤ２のカソードがキャパシタＣ２と抵抗器Ｒ１との並列回路を介して接地されている。

このような高周波スイッチ回路では、送信信号伝送時は制御電圧入力端子４に正電圧の制御電圧を入力する。正電圧の制御電圧を入力することで、ダイオードＤ１，Ｄ２が導通状態となり、送信信号がアンテナ端子３に伝送される。ここで、伝送線路５はλ_T ／４の長さであり、且つ受信信号出力端子２側の端部がダイオードＤ２の導通によって接地状態であるので、ダイオードＤ１側の端部が等価的に開放状態となる。そのため、送信信号は伝送線路５から受信信号出力端子２側に伝送されない。これにより、送信信号はアンテナ端子３にのみ伝送される。

一方、受信信号伝送時は制御電圧を入力しないか、負電圧の制御電圧を入力する。このような状態とすることで、ダイオードＤ１，Ｄ２が開放状態となり、アンテナ端子３で受信された受信信号は伝送線路５を通じて受信信号出力端子２に伝送される。

ところで、このような高周波スイッチ回路は、多くは携帯通信装置に搭載されるが、この携帯通信装置の小型化にともない、単に高周波スイッチ回路としての機能ではなく、他の回路の機能をも含むような構成のものが要求されている。

スイッチ機能以外の機能を備える高周波スイッチ回路として、アンテナ端子と受信信号出力端子との間の伝送線路の中間点の少なくとも一個所をキャパシタを介して接地するものがある。これにより、伝送線路のインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスとにより、受信信号用の低域通過フィルタを形成している。すなわち、受信信号用低域通過フィルタ付きの高周波スイッチ回路を構成している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１１５０１８公報

ところで、このような高周波スイッチ回路は、図７（ａ）や図７（ｂ）に示すような通信用高周波モジュールに用いられている。
図７（ａ）、（ｂ）は２系統の通信システムに対応する高周波モジュールの主要構成を表すブロック図であり、図７（ｃ）はこれに用いるノッチフィルタの等価回路図である。なお、２系統の通信システムとして、ＧＳＭとＤＣＳ（ＰＣＳ）とを適用した例を示す。

図７（ａ）に示すように、アンテナ端子１０１にはダイプレクサ１１が接続されており、このダイプレクサ１１にはＤＣＳ（ＰＣＳ）用ノッチフィルタ２１と、ＧＳＭ用ノッチフィルタ３１がそれぞれ接続されている。また、ＤＣＳ用ノッチフィルタ２１にはスイッチ回路２２が接続されており、このスイッチ回路２２にＤＣＳ送信信号入力端子２０１とＤＣＳ受信信号出力端子２０２が接続されている。また、ＧＳＭ用ノッチフィルタ３１にはスイッチ回路３２が接続されており、このスイッチ回路３２にＧＳＭ送信信号入力端子３０１とＧＳＭ受信信号出力端子３０２が接続されている。

一方、図７（ｂ）に示す高周波モジュールは、ダイプレクサ１１にスイッチ回路２２とスイッチ回路３２が接続されている。そして、スイッチ回路２２とＤＣＳ送信信号入力端子２０１との間にＤＣＳ用ノッチフィルタ２１が挿入され、スイッチ回路３２とＧＳＭ送信信号入力端子３０１との間にＧＳＭ用ノッチフィルタ３１が挿入されている。

このような高周波モジュールでは、送信信号の２倍高調波や３倍高調波を減衰させるため、前述のように送信信号の伝送経路に少なくとも一つノッチフィルタを挿入しなければならなかった。しかしながら、ノッチフィルタは、図７（ｃ）に示すように、通常、インダクタンス素子として機能するストリップ線路Ｌ１１とキャパシタＣ１１との並列回路と、これらの接続点と接地との間に接続されたキャパシタＣ１２とで構成される。このため、高周波モジュールの部品点数が多くなるとともに、ノッチフィルタ設置分のスペースが必要となる。これにより、高周波モジュールが小型化しにくくなるとともに、ノッチフィルタを挿入することにより、その分挿入損失が増加する。

この発明の目的は、高周波モジュールを小型化することができる、ノッチフィルタの機能を有する高周波スイッチ回路を提供することにある。

この発明は、送信信号入力端子とアンテナ端子との間に接続された第１のスイッチと、アンテナ端子と受信信号出力端子との間に接続された送信信号の波長の略１／４の長さを有するλ／４線路と、該λ／４線路と前記受信信号出力端子との接続点と接地との間に接続された第２のスイッチとを含む高周波スイッチ回路において、λ／４線路の所定位置と接地との間にインダクタとキャパシタとの直列回路を接続したことを特徴としている。

すなわち、この発明は、送信信号入力端子とアンテナ端子との間で送信信号を伝送する送信信号伝送回路と、アンテナ端子と受信信号出力端子との間で受信信号を伝送する受信信号伝送回路とを備え、且つ、該受信信号伝送回路に送信信号の波長の略１／４の長さを有するλ／４線路を備え、スイッチ手段で送信信号と受信信号とを選択して伝送する高周波スイッチ回路において、λ／４線路の所定位置をリアクタンス回路を介して接地することで、送信信号の特定高調波成分を減衰させることを特徴としている。

この構成では、送信信号伝送時には、λ／４線路のアンテナ端子側の端部が送信信号に対して開放となることにより、送信信号が送信信号入力端子からアンテナ端子にのみ伝送される。また、λ／４線路のアンテナ端子側端部からリアクタンス回路接続点間がインダクタとして機能するので、このインダクタとリアクタンス回路とでノッチフィルタが構成される。このノッチフィルタの阻止域が送信信号の所定高調波の周波数となるように、リアクタンス回路の接続点およびリアクタンス回路を構成する素子の値を設定しておくことで、送信信号の所定高調波（例えば、２倍高調波や３倍高調波）が減衰する。これにより、アンテナ端子や受信信号出力端子側には上記高調波が伝送されない。

また、この発明は、前記高周波スイッチ回路のλ／４線路の中間位置と接地との間に接続するインダクタおよびキャパシタの少なくともいずれか一方をディスクリート部品としたことを特徴としている。

すなわち、前記高周波スイッチ回路のリアクタンス回路を構成するリアクタンス素子の少なくとも一つをディスクリート部品としたことを特徴としている。

この構成では、ノッチフィルタを構成する素子がディスクリート部品であるので、減衰させたい周波数に応じて、使用する部品を容易に変更することができる。

この発明によれば、ノッチフィルタの機能を有する高周波スイッチ回路を構成することができ、それぞれを個別に形成するよりも部品点数が少なく小型化することができる。これにより、これらを搭載する高周波モジュールの部品点数を少なくするとともに、小型化することができる。

また、この発明によれば、ノッチフィルタ構成部にディスクリート部品を使用することにより、減衰させたい周波数の調整を容易に行うことができる。これにより、高調波の周波数に応じて、容易に減衰極を調整できるノッチフィルタ機能付き高周波スイッチ回路を構成することができる。

本発明の実施形態に係る高周波スイッチ回路について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態の高周波スイッチ回路の等価回路図であり、１は送信信号入力端子、２は受信信号出力端子、３はアンテナ端子、４は制御電圧入力端子、５，６は伝送線路、１０はリアクタンス回路である。
図１に示すように、送信信号入力端子１とアンテナ端子３との間には、送信信号入力端子側をアノードとして、本発明の第１のスイッチに対応するダイオードＤ１が接続されており、アンテナ端子３と受信信号出力端子２との間には、λ_T ／４の長さで所定インピーダンスのストリップ線路からなる伝送線路５が接続されている。また、ダイオードＤ１と伝送線路５との接続点とアンテナ端子３との間にはキャパシタＣ０が接続されている。

また、送信信号入力端子１とダイオードＤ１との接続点には、λ_T ／４の長さで送信信号伝送系のインピーダンスよりも高いインピーダンスのストリップ線路からなる伝送線路６を介して制御電圧入力端子４が接続されており、この制御電圧入力端子４がキャパシタＣ１を介して接地されている。さらに、受信信号出力端子２と伝送線路５との接続点には、本発明の第２のスイッチに対応するダイオードＤ２のアノードが接続されており、ダイオードＤ２のカソードがキャパシタＣ２と抵抗器Ｒ１との並列回路を介して接地されている。

伝送線路５の途中点Ａには、この高周波スイッチ回路を形成する基板に所定形状で形成された電極によるインダクタＬ１０とキャパシタＣ１０との直列回路からなるリアクタンス回路１０が接続されており、このリアクタンス回路１０の途中点Ａ接続側に対向する端部は接地されている。

次に、送信信号伝送時と受信信号伝送時の高周波スイッチ回路の動作について説明する。
図２（ａ），（ｂ）は送信信号伝送時の送信信号に対する高周波スイッチ回路の等価回路である。図３（ａ），（ｂ）は送信信号伝送時の送信信号の高調波に対する高周波スイッチ回路の等価回路図である。図４は受信信号伝送時の受信信号に対する高周波スイッチ回路の等価回路図である。
（１）送信信号伝送時
制御電圧入力端子４に制御電圧として所定の正電圧が入力されると、ダイオードＤ１，Ｄ２が導通し、送信信号入力端子１から入力された送信信号がダイオードＤ１を介してアンテナ端子３側に伝送される。ここで、伝送線路６が送信信号の波長λ_T の１／４の長さに形成されており、伝送線路６の制御電圧入力端子４側がキャパシタＣ１で接地されていることで、送信信号に対して、伝送線路６のダイオードＤ１接続側端部は開放となる。この結果、送信信号入力端子１から入力された送信信号は、制御電圧入力端子４側に伝送されず、ダイオードＤ１にのみ伝送される。

また、伝送線路５は送信信号の波長λ_T の１／４の長さで形成されているので、図２（ａ）に示すように、伝送線路５の受信信号出力端子２側の端部（図１，２におけるＣ点）は送信信号に対して等価的に短絡となる。このため、伝送線路５のアンテナ端子３側の端部（図１，２におけるＢ点）は送信信号に対して開放となり、送信信号に対して等価的に図２（ｂ）に示す回路となる。この結果、送信信号入力端子１から入力された送信信号は伝送線路５から受信信号出力端子２側へは伝送されず、アンテナ端子３にのみ伝送される。

ここで、伝送線路５の途中点（図１におけるＡ点）がリアクタンス回路１０を介して接地されることで、伝送線路５のアンテナ端子３側の端部（Ｂ点）からリアクタンス回路１０の接続点（Ａ点）迄の部分５１がインダクタＬ２１として機能し、リアクタンス回路１０とともにＬＣ直列共振回路を構成する。ここで、伝送線路５１のインダクタＬ２１とリアクタンス回路１０のインダクタＬ１０とキャパシタＣ１０とからなる共振周波数を送信信号の所定高調波（例えば、２倍高調波）の周波数に設定することで、伝送線路５１とリアクタンス回路１０とが、送信信号の伝送経路と接地との間に設けられた、高調波を減衰させるノッチフィルタとして機能する。

この結果、送信信号の高調波成分はダイオードＤ１が導通することにより、アンテナ端子３側に伝送されるが、図３に示すような、伝送線路５１とリアクタンス回路１０とからなるノッチフィルタで減衰されて、アンテナ端子３には伝送されない。すなわち、送信信号が高調波成分を含んでいても、アンテナ端子３には高調波成分が伝送されない。

（２）受信信号伝送時
一方、制御電圧入力端子１に制御電圧として０電圧、または、所定の負電圧が入力されると、ダイオードＤ１，Ｄ２が遮断される。ダイオードＤ１が遮断されると、アンテナ端子３から入力された受信信号は送信信号入力端子１側には伝送されない。ここで、伝送線路５は、送信信号の波長の１／４の長さ（λ_T ／４）で形成されているので、受信信号に対して、図４に示すように通常の伝送線路として機能し、受信信号が受信信号出力端子２側に伝送される。また、ダイオードＤ２も遮断されているので、受信信号は、ダイオードＤ２側には伝送されず受信信号出力端子２に伝送される。なお、リアクタンス回路１０は、送信信号の周波数に近い受信信号の周波数に対しては悪影響を与えることはない。

このようなスイッチ回路を用いた高周波モジュールのＤＣＳ／ＰＣＳ送信特性をシミュレーションした結果および実測した結果を図５に示す。なお、この実験に用いた高周波モジュールでは、前記高周波スイッチ回路の構成を備えるとともに、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信系にさらにノッチフィルタを挿入している。また、高周波スイッチ回路に備えられたノッチフィルタの阻止域はＤＣＳ／ＰＣＳ送信信号の２倍高調波の周波数帯域に設定した。

図５に示すように、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信信号周波数帯域の高域側に、ノッチフィルタによる減衰極とは別の、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信信号周波数帯域の約２倍の周波数帯域（２倍高調波周波数帯域）に高周波スイッチ回路による減衰極が形成される。これにより、ノッチフィルタを新たに追加して設けることなく、ＤＣＳ／ＰＣＳ送信信号の２倍高調波成分を減衰させることができる。

このような構成とすることで、送信時には送信信号のみを伝送して送信信号の高調波成分を抑制し、受信時には受信信号を伝送するノッチフィルタ機能付きの高周波スイッチ回路を簡素な構造で形成することができる。これにより、このような高周波スイッチを用いた高周波モジュールにおいては、ノッチフィルタの形成数を少なくしたり省略したりすることが可能となり、高周波モジュールを簡素な構造で小型に構成することができる。

また、ノッチフィルタが省略されることにより、このノッチフィルタで高周波信号が減衰されることがなくなり、低損失の高周波モジュールを構成することができる。

なお、前述の実施形態では、リアクタンス回路を構成するインダクタとキャパシタとを高周波スイッチ回路を形成する基板上に所定形状に形成した電極により構成したが、これらインダクタおよびキャパシタをディスクリート部品で構成してもよい。

このように、ディスクリート部品を用いることで、インダクタおよびキャパシタの素子値を回路形成後に容易に変更することができるので、減衰極周波数を容易に調整し得る高周波スイッチ回路を構成することができる。

本実施形態の高周波スイッチ回路の等価回路図 送信信号伝送時の送信信号に対する高周波スイッチ回路の等価回路 送信信号伝送時の送信信号の高調波に対する高周波スイッチ回路の等価回路図 受信信号伝送時の受信信号に対する高周波スイッチ回路の等価回路図 本発明の高周波スイッチ回路を用いた高周波モジュールのＤＣＳ／ＰＣＳ送信特性をシミュレートした結果および実測した結果を表したグラフ 従来の高周波スイッチ回路の等価回路図 ２系統の通信システムに対応する高周波モジュールの主要構成を表すブロック図、およびこれに用いるノッチフィルタの等価回路図

符号の説明

１，２０１，３０１−送信信号入力端子
２，２０２，３０２−受信信号出力端子
３，１０１−アンテナ端子
４−制御電圧入力端子
５，５１，５２，６−伝送線路
１０−リアクタンス回路
１１−ダイプレクサ
２１，３１−ノッチフィルタ
２２，３２−スイッチ回路

Claims (4)

1. 送信信号入力端子とアンテナ端子との間に接続された第１のスイッチと、前記アンテナ端子と受信信号出力端子との間に接続された送信信号の波長の略１／４の長さを有するλ／４線路と、該λ／４線路と前記受信信号出力端子との接続点と接地との間に接続された第２のスイッチとを含む高周波スイッチ回路において、
   前記λ／４線路の所定位置と接地との間にインダクタとキャパシタとの直列回路を接続したことを特徴とする高周波スイッチ回路。
2. 送信信号入力端子とアンテナ端子との間で送信信号を伝送する送信信号伝送回路と、前記アンテナ端子と受信信号出力端子との間で受信信号を伝送する受信信号伝送回路とを備え、且つ、該受信信号伝送回路に送信信号の波長の略１／４の長さを有するλ／４線路を備え、
   スイッチ手段で送信信号と受信信号とを選択して伝送する高周波スイッチ回路において、
   前記λ／４線路の所定位置をリアクタンス回路を介して接地することで、前記送信信号の特定高調波成分を減衰させることを特徴とする高周波スイッチ回路。
3. 前記インダクタおよびキャパシタの少なくともいずれか一方がディスクリート部品である請求項１に記載の高周波スイッチ回路。
4. 前記リアクタンス回路を構成するリアクタンス素子の少なくとも一つがディスクリート部品である請求項２に記載の高周波スイッチ回路。

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