JP2007142743A

JP2007142743A - 高周波スイッチ回路

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Publication number: JP2007142743A
Application number: JP2005332927A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nishihara; 淳西原; Eiji Takeda; 英次竹田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-17
Also published as: JP4213706B2

Abstract

【課題】ピンダイオードを用いた高周波スイッチ回路において、部品点数の削減及び製造工程でのコスト削減、電気性能のバラツキを軽減することができる高周波スイッチ回路を提供する。
【解決手段】入力端子３と複数の出力端子８、９との間にスイッチ回路２を接続し、前記入力端子と所定の出力端子とを選択的に接続して高周波信号経路を形成するようにした高周波スイッチ回路において、前記スイッチ回路２は、前記入力端子３と各出力端子への分岐部２３との間に配設された伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路２００と、前記分岐部と各出力端子との間で前記分岐部から伝達信号の１／４波長離れた位置における前記高周波信号経路に一端が接続され、他端が接地されたピンダイオード１７ａ、１７ｂとを備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、高周波スイッチ回路、特に通信機器及びレーダ装置に使用する高周波スイッチ回路に関するものである。

従来の通信機器やレーダ装置においては、例えば送受信の切換や複数のアンテナへの給電切換に高周波スイッチ回路が用いられている。一例として、図９に高周波二分岐スイッチ回路（ＳＰＤＴ；Single Pole Double Throw）を用いたレーダ装置のブロック図を示す。また、図１０に二分岐スイッチ回路の構成の一例を示す。（例えば特許文献１参照）。

図９において、電力増幅器１からの出力信号は帯域通過フィルタ１２により、伝達信号波以外の高調波等の不要信号が排除され、二分岐スイッチ回路（ＳＰＤＴ）２の入力端子３に与えられる。また、電源から供給される正電位（＋）４または負電位（−）５が外部制御信号６によって電圧ドライバ回路７で制御され、前記二分岐スイッチ回路（ＳＰＤＴ）２にスイッチ切換え制御信号として与えられている。

この信号によって前記入力端子３と出力端子８又は９のいずれか一方が選択されてスルー接続される。その結果、前記出力信号はその選択された側のアンテナ１０又は１１から出力される。

図１０は、前記二分岐スイッチ回路（ＳＰＤＴ）２の具体的構成の一例を示している。この例では、入力端子３と出力端子（１）８との間を選択して接続する場合について説明する。この場合、制御端子（Ａ）１４に負電位（−）を、制御端子（Ｂ）１５に正電位（＋）を与える。

これにより、ピン（ＰＩＮ）ダイオード１７ａは逆方向にバイアスされ、アノード-カソード間は高インピーダンス状態となってオープンとなる。その結果、入力端子３と出力端子（１）８との間は導通状態になり、入力端子３から入力された高周波信号はＤＣカットコンデンサ２１ａ、伝達信号の波長に対し、１／４波長となっている線路１６ａ、ＤＣカットコンデンサ２２ａを経て出力端子（１）８から出力される。

また、ピンダイオード１７ｂは前記制御端子（Ｂ）１５の正電位（＋）によって順バイアスされてオンし、ショートの状態になる。このとき分岐部２３とピンダイオード１７ｂ間に１／４波長線路１６ｂが存在するため、分岐部２３から出力端子（２）９側を見た場合、伝達信号波ではオープンの状態となり出力端子（２）９には信号波は伝送されない。

また、前記正電位によって直流電流が抵抗２０ｂ、インダクタ１８ｂ、ピンダイオード１７ｂの順に流れる。ここで抵抗２０ａ、２０ｂは前記直流電流値を与え、インダクタ１８ａ、１８ｂは高周波信号ラインから直流ラインを分離するためのチョークコイルである。

なお、入力端子３と出力端子（２）９との間を選択して接続する場合には、制御端子１５に負電位を与え、制御端子１４に正電位を与える。このスイッチ回路は左右対称構造となっているために、抵抗、インダクタ、及び容量等の各個別部品によるバイアス、バイパス等の回路機能も左右で対称の働きをするため、前述の場合と同様に作用し、入力端子３と出力端子（２）９とが接続される。

特開平１０−２８４９０１号公報

図１０に示す従来の高周波スイッチ回路の実装例を図１１に示す。前述のように、ピンダイオード１７ａ、１７ｂを制御するには直流バイアスを印加する必要があり、ピンダイオード１７ａ、１７ｂに逆方向の直流バイアスを印加する場合には、その直流バイアスの漏れ出しを阻止するために４個のＤＣカット用コンデンサ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを実装する必要がある。

このＤＣカット用コンデンサ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの実装により、コンデンサそのもののコストおよび、誘電体基板２３への接着、並びに金ワイヤ２４ｂによる接続工数分のコストが発生するという問題点がある。また、誘電体基板２３への接着位置のバラツキや金ワイヤ２４ｂの長さのバラツキによる電気特性の変動も問題点となっていた。

この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ＤＣカット用コンデンサを回路からなくすことにより、製造コストの削減及び電気性能のバラツキの低減を図ると共に、伝達する信号波以外の高調波等の不要信号を除去する帯域通過フィルタ機能を備えた高周波スイッチ回路を提供することを目的とする。

この発明に係る高周波スイッチ回路は、入力端子と複数の出力端子との間にスイッチ回路を接続し、前記入力端子と所定の出力端子とを選択的に接続して高周波信号経路を形成するようにした高周波スイッチ回路において、前記スイッチ回路は、前記入力端子と各出力端子への分岐部との間に配設された伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路と、前記分岐部と各出力端子との間で前記分岐部から伝達信号の１／４波長離れた位置における前記高周波信号経路に一端が接続され、他端が接地されたピンダイオードとを備えたものである。

この発明に係る高周波スイッチ回路は前記のように構成されているため、直流阻止機能と帯域通過フィルタ機能の両方の機能を持ち合わせると共に、部品点数の削減及び製造工程でのコスト削減、電気性能のバラツキを軽減することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による高周波スイッチ回路の構成を示す図、図２は、その実装例を示す図である。これらの図において、図１０、図１１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１０、図１１と異なる点は、入力端子３と分岐部２３との間に、伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路（以下、３本構成λ/４カップラという）２００を接続してピンダイオード１７ａ、１７ｂ駆動用の直流電流が入力端子３側へ漏れ込むのを阻止する役割と帯域通過フィルタの両方の役割を持たせると共に、分岐部２３と出力端子（１）８、出力端子（２）９との間に、伝達信号の１/４波長で結合する２本の並列マイクロストリップ線路（以下、λ/４カップラという）２０１、２０２を接続し、出力端子（１）８、出力端子（２）９側への直流電流の漏れ込みを阻止するようにした点である。λ/４カップラ２０１、２０２の先端にはピンダイオード１７ａ、１７ｂが並列接続されている。

図１の高周波スイッチ回路の動作の概要を図３の説明図にもとづいて説明する。図１におけるバイアス回路１００ａ、１００ｂは高周波的に分離されているため図３では省略している。

図３は図１において、制御端子（Ａ）１４に負電位（−）を、制御端子（Ｂ）１５に正電位（＋）を与えた状態であり、図１のピンダイオード１７ａは等価的にコンデンサ３００と見ることができ、λ/４カップラ２０１のピンダイオード１７ａの接続部は高周波的にオープンとなる。逆にピンダイオード１７ｂは等価的に抵抗３０１と見ることができ、λ/４カップラ２０２のピンダイオード１７ｂの接続部は高周波的にショートとなる。

このとき、λ/４カップラ２０１と３本構成λ/４カップラ２００との接続部３０２は伝達信号周波数でショートとなり、λ/４カップラ２０１の２本のマイクロストリップ線路２０１ａ、２０１ｂと３本構成λ/４カップラ２００の出力端子（１）８側の２本のλ/４マイクロストリップ線路２００ａ、２００ｂはそれぞれ伝達信号周波数にて電磁的に結合しているため、伝達信号は入力端子３からマイクロストリップ線路２００ｂ、２００ａ及び２０１ａ、２０１ｂを経由して出力端子（１）８に伝送される。

逆に、λ/４カップラ２０２と３本構成λ/４カップラ２００との接続部３０３は伝達信号周波数でオープンとなり、λ/４カップラ２０２の２本のマイクロストリップ線路２０２ａ、２０２ｂと３本構成λ/４カップラ２００の出力端子（２）９側の２本のλ/４マイクロストリップ線路２００ｂ、２００ｃはそれぞれ伝達信号周波数にて電磁的に結合せず、信号は伝送されない。

図４はAgilentTechnologies社のシミュレーションソフト「ＡＤＳ」を用いて、伝達信号周波数が９〜１０GHzとなるように図３の回路を構成したときのブロック図である。
この図において、４０１〜４０３は回路の反射特性を良くするための整合回路であり、誘電体基板等の条件は適宜の値に設定されている。

図４の回路における計算結果を図５に示している。図５（ａ）は入力端子３から出力端子（１）８への伝達信号の通過損失であり、ｍ１部の所望の伝達信号周波数では小さな損失で伝送されており、かつ、ｍ3部の所望の伝達信号周波数、即ちｍ１部の所望の伝達信号周波数の２倍の周波数では通過損失が大きくなっていることがわかる。

また、図５（ｂ）は入力端子３から出力端子（２）９への伝達信号の通過損失であり、出力端子（２）９へはｍ２部の伝達信号周波数がほとんど伝送されていないことが分かる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態２による高周波スイッチ回路の構成を示す図、図７は、その実装例を示す図である。これらの図において、図１、図２と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１、図２と異なる点は、３本構成λ/４カップラ２００の先端にピンダイオード１７ａ、１７ｂを並列接続した点である。

図６の高周波スイッチ回路の動作の概要を図８の説明図にもとづいて説明する。図６のバイアス回路１００ａ、１００ｂは高周波的に分離されているため図８では省略している。

図８は図６において、制御端子（Ａ）１４に負電位（−）を、制御端子（Ｂ）１５に正電位（＋）を与えた状態であり、図６のピンダイオード１７ａは等価的にコンデンサ３００と見ることができ、３本構成λ/４カップラ２００のピンダイオード１７ａの接続部は高周波的にオープンとなる。

逆にピンダイオード１７ｂは等価的に抵抗３０１と見ることができ、３本構成λ/４カップラ２００のピンダイオード１７ｂの接続部は高周波的にショートとなる。

この発明の実施の形態１による高周波スイッチ回路の構成を示す図である。図１に示す高周波スイッチ回路の実装例を示す図である。実施の形態１の動作概要を示す説明図である。図３に示す回路のシミュレーションブロック図である。図４におけるシミュレーション結果を示す図である。この発明の実施の形態２による高周波スイッチ回路の構成を示す図である。図６に示す高周波スイッチ回路の実装例を示す図である。実施の形態２の動作概要を示す説明図である。従来のレーダ装置において二分岐スイッチ回路を用いた高周波スイッチ回路の一例を示すブロック図である。従来の二分岐（ＳＰＤＴ）スイッチ回路の具体的構成の一例を示す図である。図１０に示す従来の二分岐（ＳＰＤＴ）スイッチ回路の実装例を示す図である。

符号の説明

１電力増幅器、２二分岐スイッチ回路、３入力端子、４正電位（＋）、
５負電位（−）、６外部制御信号、７電圧ドライバ回路、
８、９出力端子、１０、１１アンテナ、１２帯域通過フィルタ、
１４、１５制御端子、１６ａ、１６ｂ伝達信号波長の１/４波長線路、
１７ａ、１７ｂピンダイオード、
１８ａ、１８ｂインダクタ、１９ａ、１９ｂコンデンサ、
２０ａ、２０ｂ抵抗、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂコンデンサ、
２３分岐部、２４ａ、２４ｂ金ワイヤ、２５スルーホール、
１００ａ、１００ｂバイアス回路、
２００伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路、
２０１、２０２伝達信号の１/４波長で結合する２本の並列マイクロストリップ線路、３００コンデンサ、３０１抵抗、
４０１、４０２、４０３整合回路。

Claims

入力端子と複数の出力端子との間にスイッチ回路を接続し、前記入力端子と所定の出力端子とを選択的に接続して高周波信号経路を形成するようにした高周波スイッチ回路において、前記スイッチ回路は、前記入力端子と各出力端子への分岐部との間に配設された伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路と、前記分岐部と各出力端子との間で前記分岐部から伝達信号の１／４波長離れた位置における前記高周波信号経路に一端が接続され、他端が接地されたピンダイオードとを備えたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
前記分岐部からピンダイオードまでの高周波信号経路をそれぞれ伝達信号の１/４波長で結合する２本の並列マイクロストリップ線路で構成することを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ回路。
入力端子と複数の出力端子との間にスイッチ回路を接続し、前記入力端子と所定の出力端子とを選択的に接続して高周波信号経路を形成するようにした高周波スイッチ回路において、前記スイッチ回路は、前記入力端子と各出力端子への分岐部との間に配設された伝達信号の１/４波長で結合する３本の並列マイクロストリップ線路と、前記３本の並列マイクロストリップ線路のうち外側の２本のマイクロストリップ線路の開放端にそれぞれ一端が接続され他端が接地されたピンダイオードとを備えたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
前記分岐部からピンダイオードまでの高周波信号経路をそれぞれ伝達信号の１/４波長で結合する２本の並列マイクロストリップ線路で構成することを特徴とする請求項３記載の高周波スイッチ回路。