JP2012249090A - 高周波スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの制御信号を必要としない小型な高周波スイッチを得る。
【解決手段】 一方が第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第２の高周波信号入出力端子に接続された第１のアンチパラレルダイオードと、一方が前記第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第３の高周波信号入出力端子に接続された使用周波数において１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路と、一方が前記第３の高周波信号入出力端子に接続され他方が接地された第２のアンチパラレルダイオードとを備え、前記第１及び前記第２のアンチパラレルダイオードは、所定の高周波電力以上の電力において導通状態となる高周波スイッチ。
【選択図】 図１

Description

この発明は、送受信モジュール等の高周波回路に用いられ、高周波信号の経路を切り換える高周波スイッチに関するものである。

送受信モジュールは、共通のアンテナで、送信信号を送信すると共に受信信号を受信するため、アンテナに接続された高周波スイッチにて、送信時には送信部を受信時には受信部をアンテナに接続するように切り換えている。

特開２００８−１０９５３５号公報 特許第４３６７４２３号公報

従来の高周波スイッチは、特開２００８−１０９５３５号公報（特許文献１参照）及び特許第４３６７４２３号公報（特許文献２参照）に記載のように、外部からの制御信号を必要とし、この外部制御信号を生成するための制御回路を必要とした。特に、高周波スイッチを高速に切り換える場合や高電圧で駆動させる場合は複雑な制御回路を必要とした。このため、従来の高周波スイッチは周辺回路である制御回路のため回路規模が大きくなる課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、外部からの制御信号を必要としない小型な高周波スイッチを得ることを目的とする。

この発明における高周波スイッチは、一方が第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第２の高周波信号入出力端子に接続された第１のアンチパラレルダイオードと、
一方が前記第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第３の高周波信号入出力端子に接続された使用周波数において１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路と、
一方が前記第３の高周波信号入出力端子に接続され他方が接地された第２のアンチパラレルダイオードとを備え、前記第１及び前記第２のアンチパラレルダイオードは、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となるものである。

この発明によれば、高周波スイッチの切り換え動作は、入力される高周波電力によるアンチパラレルダイオードのＯＮ／ＯＦＦ動作で実施されるため、切り換え信号を生成する制御回路が不要で、小型な高周波スイッチが得られる。

この発明の実施の形態１に係るＳＰＤＴ方式の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態１に係る高周波スイッチの等価回路図である。 この発明の実施の形態２に係る高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態３に係る高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態４に係るＳＰＳＴ方式の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態５に係る高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態５に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態５に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態５に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態６に係る高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態６に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態６に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態６に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態６に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態７に係る高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態７に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態７に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態７に係る他の高周波スイッチの回路図である。 この発明の実施の形態７に係る他の高周波スイッチの回路図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、アンテナに接続される送信回路と受信回路を切り換えるこの発明の実施の形態１に係るＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｌｅ，ｄｕａｌ ｔｈｒｏｗ）方式の高周波スイッチの回路図である。１はアンテナ端子、２は送信端子、３は受信端子、４はＰＩＮダイオードで構成され、アノードとカソードが互いに反対となるように並列接続されたアンチパラレルダイオード（第１のアンチパラレルダイオード）であり、アンチパラレルダイオード４の一方の端子が送信端子２に接続され、他方の端子がアンテナ端子１に接続されている。

５は高周波スイッチを通過する高周波信号の周波数の波長における１／４波長線路であり、１／４波長線路の一方の端子はアンテナ端子１に接続され、他方の端子は受信端子３に接続されている。６はグランド、７はＰＩＮダイオードで構成され、アノードとカソードが互いに反対となるように並列接続されたアンチパラレルダイオード（第２のアンチパラレルダイオード）であり、アンチパラレルダイオード７の一方の端子が受信端子３に接続され、他方の端子がグランド６に接続されている。８は送信端子２に接続されている送信回路、９は受信端子３に接続されている受信回路、１０はアンテナ端子１に接続されているアンテナである。

送信回路８から出力された高周波信号は、送信端子２を経由してアンチパラレルダイオード４を通過し、アンテナ端子１に接続されたアンテナ１０へ出力される。また、アンテナ１０で受信した高周波信号は送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１から１／４波長線路５を通過し、受信端子３に接続された受信回路９に入力される。

図１の高周波スイッチの動作を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、大信号電力の高周波信号の通過時における高周波スイッチの等価回路図である。４ａ、７ａはそれぞれ大信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオード４、７の等価回路である。１３は送信回路８から出力された大信号電力の高周波信号である送信信号の流れを示している。

アンチパラレルダイオード４ａ、７ａは、ＰＩＮダイオードの順電圧以上の例えば１００ｍＷの大信号電力の高周波信号が入力するとＯＮ状態となり、高周波的には微小抵抗に見える。アンチパラレルダイオード７ａが高周波的に微小抵抗に見えるので、接続点１２はショート点になる。送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１は、ショート点となっている接続点１２から高周波信号の周波数の波長の１／４波長離れているため、高周波的にはオープンとなり、送信信号１３は、受信回路９側の経路へは向かわず、アンテナ１０へ出力される。

図２（ｂ）は、小信号電力の通過時における高周波スイッチの等価回路である。４ｂ、７ｂはそれぞれ小信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオード４、７の等価回路である。１４はアンテナ１０から入力された小信号電力の高周波信号である受信信号の流れを示している。

アンチパラレルダイオード４ｂ、７ｂは、ＰＩＮダイオードの順電圧未満の例えば数ｍＷの小信号電力の高周波信号が入力されるときはＯＦＦ状態であり、高周波的にはコンデンサに見え、オープン状態となる。アンチパラレルダイオード４ｂ、７ｂが高周波的にオープン状態に見えるのでアンチパラレルダイオード４ｂ、７ｂを受信信号１４は通過することなく、受信信号１４は受信回路９へ入力される。

このように、この発明の実施の形態１の高周波スイッチは、通過する高周波信号の電力大きさにより自動的に信号経路を切り換え、外部からの制御信号を必要としないため、高周波スイッチを高速に切り換える制御回路や高電圧で駆動させる制御回路などの複雑な制御回路が不要であり、小型に構成される特徴を持つ。また、アンチパラレルダイオードの構成を用いており、ＰＩＮダイオードに高電圧がかからないため、例えば数百ワットの大電力の送信信号を低損失で通過させることができる。

さらに、この発明の実施の形態１の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード４で大信号電力の高周波信号を通過させると共に、小信号電力の高周波信号を遮断させているので、送信回路８で発生した送信信号以外の小信号電力のノイズが発生したとき、小信号電力のノイズが受信回路９側への漏れ込むことが抑制される。

この発明の実施の形態１では、送信端子２からアンテナ端子１へ大信号電力の高周波信号が通過し、アンテナ端子１から受信端子３へ小信号電力の高周波信号が通過する場合について説明したが、アンテナ端子１に大信号電力の高周波信号が入力したときはアンチパラレルダイオード４、７がＯＮ状態となるので、大信号電力の高周波信号は送信端子２へ通過し、受信端子３に小信号電力の高周波信号が入力したときはアンチパラレルダイオード４、７がＯＦＦ状態となるので、小信号電力の高周波信号はアンテナ端子１へ通過する可逆特性を有している。

実施の形態２．
この発明の実施の形態１は、送信回路８とアンテナ１０との間のアンチパラレルダイオードが１段構成であったが、このアンチパラレルダイオードを２段構成としたこの発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。

図３は、この発明の実施の形態１のアンチパラレルダイオード４にアンチパラレルダイオード４を追加して直列接続したこの発明の実施の形態２に係る高周波スイッチの回路図である。アンチパラレルダイオード４を直列接続し２段構成とすることで、小信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオードのオープン状態が２段となるため、送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１から送信回路８側を見たアイソレーション量が大きくなる効果がある。

この発明の実施の形態２では、送信回路８側のアンチパラレルダイオードを２段構成としているが、２段以上の複数段で構成しても良く、小信号電力の高周波信号の通過時における送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１から送信回路８側を見たアイソレーション量を可変することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態２は、２段のアンチパラレルダイオード４を直接に直列接続した構成であったが、２段のアンチパラレルダイオード４を高周波スイッチを通過する高周波信号の周波数の波長における１／４波長線路を介して接続した構成としたこの発明の実施の形態３について、図４を用いて説明する。

図４は、この発明の実施の形態３における高周波スイッチの回路図である。図４において、２段のアンチパラレルダイオード４は、高周波スイッチを通過する高周波信号の周波数の波長における１／４波長線路１６を介して接続されている。図４において、図３と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

アンチパラレルダイオード４を直列接続し２段構成とすることで、小信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオードのオープン状態が２段となるため、送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１から送信回路８側を見たアイソレーション量が大きくなる効果がある。さらに、１／４波長線路１６を設けることでアンチパラレルダイオード４と１／４波長線路１６の接続点がオープンに見えるため、小信号電力はさらに抑制され、小信号電力のアイソレーション量をこの発明の実施の形態２よりもさらに大きくすることができる。

この発明の実施の形態３では、送信回路８側のアンチパラレルダイオードを２段構成としているが、１／４波長線路１６を介在させながら２段以上の複数段で構成しても良く、小信号電力の高周波信号の通過時における送信回路８側と受信回路９側の分岐点１１から送信回路８側を見たアイソレーション量を可変することができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態１は、ＳＰＤＴ方式の高周波スイッチであったが、この発明の実施の形態４においては、ＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｌｅ，ｓｉｎｇｌｅ ｔｈｒｏｗ）方式の高周波スイッチについて、図５を用いて説明する。

図５において、送信回路８とアンテナ１０との間に直列接続されたアンチパラレルダイオード４を備えており、図１の送信回路８側の回路に相当する。

アンチパラレルダイオード４は、この発明の実施の形態１と同様に、送信回路８から出力された大信号電力の高周波信号が入力し、ＰＩＮダイオードの順電圧を超える例えば１００ｍＷの大信号電力の高周波信号が入力するとＯＮ状態となり、高周波的には微小抵抗に見える。したがって、アンテナ端子１と送信端子２が導通状態となり、送信回路８からの高周波信号がアンテナ１０に伝送される。

このように、この発明の実施の形態４における高周波スイッチは、通過する高周波信号の電力の大きさにより自動的にＯＮ／ＯＦＦし、外部からの制御信号を必要としない小型なＳＰＳＴスイッチとして動作する。

さらに、この発明の実施の形態４の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード４で大信号電力の高周波信号を通過させると共に、小信号電力の高周波信号を遮断させているので、送信回路８で発生した送信信号以外の小信号電力のノイズが発生したとき、小信号電力のノイズがアンテナ１０から放射されることを防止する効果がある。また、この発明の実施の形態２及びこの発明の実施の形態３と同様にアンチパラレルダイオード４を複数段の構成とし、小信号電力のアイソレーション量を可変できる。

この発明の実施の形態４では、送信端子２からアンテナ端子１へ通過する高周波信号のＯＮ／ＯＦＦ動作について説明したが、アンテナ端子１から送信端子２へ高周波信号が通過する場合も同様の作用により高周波信号がＯＮ／ＯＦＦされる可逆特性を有している。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５における高周波スイッチについて、図６を用いて説明する。図６において、アンチパラレルダイオード４に並列にインダクタンス２０が接続されている。図６において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

送信回路８からの大信号電力の高周波信号の電力が低下し、ＰＩＮダイオードの順電圧未満、例えば１００ｍＷ未満となると、アンチパラレルダイオード４はＯＦＦ状態となり、アンテナ端子１と送信端子２が遮断状態となる。この、遮断状態への変移時間である立下り時間が、インダクタンス２０を設けることにより短縮される効果がある。このように、インダクタンス２０をアンチパラレルダイオード４に並列に接続することにより、特別な制御信号を必要とせず、立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。

なお、インダクタンス２０のインピーダンスは高周波信号の周波数においては、高抵抗となるので、インダクタンス２０を通過する高周波信号は無視できる。

この発明の実施の形態５におけるインダクタンス２０は、この発明の実施の形態２〜４の高周波スイッチに適用しても同様の効果が得られ、この発明の実施の形態２の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図７に示し、この発明の実施の形態３の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図８に示し、この発明の実施の形態４の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図９に示す。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６における高周波スイッチについて、図１０を用いて説明する。図１０において、アンチパラレルダイオード４の一方の端子と接地２２との間にインダクタンス２１が接続されている。図１０において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

送信回路８からの大信号電力の高周波信号の電力が低下し、ＰＩＮダイオードの順電圧以下、例えば１００ｍＷ以下となると、アンチパラレルダイオード４はＯＦＦ状態となり、アンテナ端子１と送信端子２が遮断状態となる。この、遮断状態への変移時間である立下り時間が、インダクタンス２１を設けることにより短縮される効果がある。このように、インダクタンス２１をアンチパラレルダイオード４の一方の端子と接地２２との間に接続することにより、特別の制御信号を必要とせず、立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。

なお、インダクタンス２１のインピーダンスは高周波信号の周波数においては、高抵抗となるので、インダクタンス２１を通過する高周波信号は無視できる。

この発明の実施の形態６におけるインダクタンス２１は、この発明の実施の形態２〜４の高周波スイッチに適用しても同様の効果が得られ、この発明の実施の形態２の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１１に示し、この発明の実施の形態３の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１２に示し、この発明の実施の形態４の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１３に示す。また、この発明の実施の形態４の高周波スイッチにおいて、アンチパラレルダイオード４を２段の直列接続としたときの高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１４に示す。

図１１、図１２及び図１４に示すように、アンチパラレルダイオード４を直列接続したときは、直列接続の共通接続点側にインダクタンス２１を設ける。

実施の形態７．
この発明の実施の形態７における高周波スイッチについて、図１５を用いて説明する。図１５において、アンチパラレルダイオード４に並列にインダクタンス２０が接続され、アンチパラレルダイオード４の一方の端子と接地２２との間にインダクタンス２１が接続されている。図１０において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図１５において、図１、図６及び図１０と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

この発明の実施の形態７における高周波スイッチは、インダクタンス２０とインダクタンス２１を用い、この発明の実施の形態５及び６の高周波スイッチを併用しているため、この発明の実施の形態５及び６の高周波スイッチより立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。

この発明の実施の形態７におけるインダクタンス２０とインダクタンス２１は、この発明の実施の形態２〜４の高周波スイッチに適用しても同様の効果が得られ、この発明の実施の形態２の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１６に示し、この発明の実施の形態３の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１７に示し、この発明の実施の形態４の高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１８に示す。また、この発明の実施の形態４の高周波スイッチにおいて、アンチパラレルダイオード４を２段の直列接続としたときの高周波スイッチに適用した高周波スイッチを図１９に示す。

なお、この発明の実施の形態７においては、アンチパラレルダイオード４を直列接続したときは、インダクタンス２１は、直列接続されたアンチパラレルダイオード４の共通接続点、アンテナ端子１側、送信端子２側のいずれに設けても良い。

１・・アンテナ端子（第１の高周波信号入出力端子）
２・・送信端子（第２の高周波信号入出力端子）
３・・受信端子（第３の高周波信号入出力端子）
４、４ａ、４ｂ・・アンチパラレルダイオード（第１のアンチパラレルダイオード）
５・・１／４波長線路（第１の１／４波長線路）
６・・接地
７、７ａ、７ｂ・・アンチパラレルダイオード（第２のアンチパラレルダイオード）
８・・送信回路
９・・受信回路
１０・・アンテナ
１１・・分岐点
１２・・接続点
１３・・送信信号
１４・・受信信号
１６・・１／４波長線路（第２の１／４波長線路）
２０・・インダクタンス（第１のインダクタンス）
２１・・インダクタンス（第２のインダクタンス）
２２・・接地

Claims (9)

1. 一方が第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第２の高周波信号入出力端子に接続された第１のアンチパラレルダイオードを備え、前記第１のアンチパラレルダイオードが所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となることにより、前記高周波電力を通過させる高周波スイッチ。
2. 一方が第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第２の高周波信号入出力端子に接続された第１のアンチパラレルダイオードと、
   一方が前記第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第３の高周波信号入出力端子に接続された使用周波数において１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路と、
   一方が前記第３の高周波信号入出力端子に接続され他方が接地された第２のアンチパラレルダイオードとを備え、
   前記第１及び前記第２のアンチパラレルダイオードは、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる高周波スイッチ。
3. 第１の高周波信号入出力端子と第２の高周波信号入出力端子との間に直列接続された複数の第１のアンチパラレルダイオードを備え、前記第１のアンチパラレルダイオードが所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となることにより、前記高周波電力を通過させる高周波スイッチ。
4. 第１の高周波信号入出力端子と第２の高周波信号入出力端子との間に直列接続された複数の第１のアンチパラレルダイオードと、
   一方が前記第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第３の高周波信号入出力端子に接続された使用周波数において１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路と、
   一方が前記第３の高周波信号入出力端子に接続され他方が接地された第２のアンチパラレルダイオードとを備え、
   前記第１及び前記第２のアンチパラレルダイオードは、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる高周波スイッチ。
5. 第１の高周波信号入出力端子と第２の高周波信号入出力端子との間に使用周波数において１／４波長の電気長を有する第２の伝送線路を介してそれぞれ直列接続された複数の第１のアンチパラレルダイオードを備え、前記第１のアンチパラレルダイオードが所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となることにより、前記高周波電力を通過させる高周波スイッチ。
6. 第１の高周波信号入出力端子と第２の高周波信号入出力端子との間に使用周波数において１／４波長の電気長を有する第２の伝送線路を介してそれぞれ直列接続された複数の第１のアンチパラレルダイオードと、
   一方が前記第１の高周波信号入出力端子に接続され他方が第３の高周波信号入出力端子に接続された使用周波数において１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路と、
   一方が前記第３の高周波信号入出力端子に接続され他方が接地された第２のアンチパラレルダイオードとを備え、
   前記第１及び前記第２のアンチパラレルダイオードは、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる高周波スイッチ。
7. 前記第１のアンチパラレルダイオードに、第１のインダクタンスが並列に接続された請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高周波スイッチ。
8. 前記第１のアンチパラレルダイオードの一方に第２のインダクタンスの一方が接続され、前記第２のインダクタンスの他方が接地された請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高周波スイッチ。
9. 前記第１のアンチパラレルダイオードに、第１のインダクタンスが並列に接続され、前記第１のアンチパラレルダイオードの一方に、第２のインダクタンスの一方が接続され、前記第２のインダクタンスの他方が接地された請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高周波スイッチ。

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