JP3198808B2 - 高周波スイッチ - Google Patents

高周波スイッチ

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JP3198808B2
JP3198808B2 JP14937894A JP14937894A JP3198808B2 JP 3198808 B2 JP3198808 B2 JP 3198808B2 JP 14937894 A JP14937894 A JP 14937894A JP 14937894 A JP14937894 A JP 14937894A JP 3198808 B2 JP3198808 B2 JP 3198808B2
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充英 加藤
孝治 降谷
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
    • H03K17/76Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話機等の高周波
回路において、信号の経路の切り換えを行うための高周
波スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波スイッチを図7に示す。図
7において、ポートP1は、コンデンサ31aとストリ
ップライン32aとコンデンサ31bとの直列回路を介
してポートP2に接続される。コンデンサ31aとスト
リップライン32aとの接続点は、ダイオード33aの
アノードに接続され、ダイオード33aのカソードは、
コンデンサ31cを介してアースに接続されるととも
に、抵抗34aを介してコントロール端子Vc1 に接続
される。
【0003】また、コンデンサ31bとストリップライ
ン32aとの接続点は、ストリップライン32bを介し
てアースに接続されるとともに、ストリップライン32
cとコンデンサ31dとの直列回路を介してポートP3
に接続される。コンデンサ31dとストリップライン3
2cとの接続点は、ダイオード33bのアノードに接続
され、ダイオード33bのカソードは、コンデンサ31
eを介してアースに接続されるとともに、抵抗34bを
介してコントロール端子Vc2 に接続され、高周波スイ
ッチ35が構成されている。
【0004】なお、ストリップライン32a,32c
は、目的の周波数における信号の波長の1/4 以下の長さ
を有する90°位相シフタであり、ストリップライン3
2bは、ハイインピーダンス線路又は90°位相シフタ
である。
【0005】このように構成された高周波スイッチ35
は、コントロール端子Vc1 に正の制御電圧が印加さ
れ、コントロール端子Vc2 に負の制御電圧が印加され
た場合、この制御電圧は、ダイオード33aに対しては
逆方向のバイアス電圧となり、ダイオード33bに対し
ては順方向のバイアス電圧となるため、ダイオード33
aはOFFになり、ダイオード33bはONになる。し
たがって、ストリップライン32cは、ダイオード33
bにより接地されポートP2から見たそのインピーダン
スがほぼ無限大となるため、ポートP1とポートP2間
に信号が流れ、ポートP2とポートP3間には信号が流
れない。
【0006】一方、コントロール端子Vc1 に負の制御
電圧が印加され、コントロール端子Vc2 に正の制御電
圧が印加された場合、この制御電圧は、ダイオード33
aに対しては順方向のバイアス電圧となり、ダイオード
33bに対しては逆方向のバイアス電圧となるため、ダ
イオード33aはONになり、ダイオード33bはOF
Fになる。したがって、ストリップライン32aは、ダ
イオード33aにより接地されポートP2から見たその
インピーダンスがほぼ無限大となるため、ポートP2と
ポートP3間に信号が流れ、ポートP1とポートP2間
には信号が流れない。
【0007】なお、ストリップライン32bは、直流的
には、コントロール端子Vc1 ,Vc2 に印加された制
御電圧により、ダイオード33a,33bに電流を流す
ための経路になるとともに、高周波では、ストリップラ
イン32aとストリップライン32cの接続点から見た
ストリップライン32bのインピーダンスを高め、挿入
損失及び反射損失を少なくする働きを有する。
【0008】このように構成された高周波スイッチ35
は、コントロール端子Vc1 ,Vc2 に印加される制御
電圧により、ポートP2をポートP1又はポートP3に
接続切り換えすることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
の高周波スイッチ35においては、ポートP1とポート
P2とのアイソレーションが35dB程度と低いため、携
帯電話機等のシンセサイザの切り換えに用いた場合、十
分な通信性能を得ることができなかった。そのため、ア
イソレーションを確保するための別回路の設置や、高周
波スイッチ回路の多段化等を行っていたが、回路が複雑
で形状が大きくなりコストが高くなっていた。さらに、
コントロール端子Vc1 ,Vc2 に印加される制御電圧
の電源に正負の2電源が必要となるため、電源回路の設
計に制約が生じ携帯電話機等のコストが高くなってい
た。
【0010】本発明は、このような問題を解消するため
になされたものであり、アイソレーションが高く、単一
電源で駆動可能な高周波スイッチを提供することを目的
とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、3つのポートを有し、該3つ
のポートのうち第一のポートと第二のポートとの接続及
び第二のポートと第三のポートとの接続を切り換えるた
めの高周波スイッチにおいて、前記第一のポートと第二
のポートとの間に、第一のストリップラインと第二のス
トリップラインとの直列回路を接続し、前記第二のポー
トと第三のポートとの間に、第三のストリップラインと
第四のストリップラインとの直列回路を接続し、前記第
一のポートとアースとの間に第一のダイオードを接続
し、前記第一のストリップラインと第二のストリップラ
インとの接続点とアースとの間に第二のダイオードを接
続し、前記第三のストリップラインと第四のストリップ
ラインとの接続点とアースとの間に第三のダイオードを
接続し、前記第三のポートとアースとの間に第四のダイ
オードを接続し、前記第一のダイオードと第四のダイオ
ードとのアース側間に、第一の抵抗と第二の抵抗との直
列回路を接続し、前記第二のダイオードと第三のダイオ
ードとのアース側間に、第三の抵抗と第四の抵抗との直
列回路を接続し、前記第一の抵抗と第二の抵抗との間に
第一のコントロール端子を有し、前記第三の抵抗と第四
の抵抗との間に第二のコントロール端子を有し、前記第
一のポートと第三のポートとの間の伝送ラインに対し
て、前記第一のダイオードと第二のダイオードとの極性
が異なるとともに、前記第三のダイオードと第四のダイ
オードとの極性が異なり、かつ前記第一のダイオードと
第四のダイオードとの極性が異なることを特徴とするも
のである。
【0012】また、前記第一乃至第四のストリップライ
ンの、入力端及び出力端とアースとの間にコンデンサを
接続したことを特徴とするものである。
【0013】また、前記第一乃至第四のダイオードの両
端に、放電抵抗を接続したことを特徴とするものであ
る。
【0014】また、前記第一乃至第四のダイオードの両
端に、インダクタとコンデンサとの直列回路を接続し、
前記第一乃至第四のダイオードのOFF時の静電容量と
前記インダクタとにより、並列共振回路を構成したこと
を特徴とするものである。
【0015】また、前記第一乃至第四のダイオードの両
端に、インダクタと第一のコンデンサとの直列回路を接
続し、前記第一乃至第四のダイオードの両端に、第二の
コンデンサを接続し、前記第一乃至第四のダイオードの
OFF時の静電容量と前記第二のコンデンサとの合成静
電容量と、前記インダクタとにより、並列共振回路を構
成したことを特徴とするものである。
【0016】
【作用】上記の構成によれば、第一のポートと第二のポ
ートとの間、及び、第二のポートと第三のポートとの間
にストリップラインが2段に構成されるため、第一のポ
ートと第三のポート間のアイソレーションが高まる。
【0017】また、第一乃至第四のストリップラインの
入力端及び出力端とアースとの間にコンデンサを接続す
ることにより、高周波スイッチの特性インピーダンスを
調整し、接続される線路や他の回路とのインピーダンス
整合を行うことができる。
【0018】また、ダイオードの両端に抵抗を接続する
ことにより、ダイオードのOFF時に蓄積された電荷
が、ダイオードのONと同時に放電され、OFFからO
Nのスイッチング動作をスムーズに行うことができる。
【0019】また、ダイオードの両端にインダクタとコ
ンデンサとの直列回路を接続し、ダイオードのOFF時
の静電容量とインダクタとで並列共振回路を構成するこ
とにより、ダイオードのOFF時の、ダイオードとスト
リップラインとの接続点のインピーダンスを増加させ、
挿入損失や反射損失を低減することができる。
【0020】また、ダイオードの両端に、インダクタと
第一のコンデンサとの直列回路を接続するとともに、第
二のコンデンサを接続したものは、ダイオードのOFF
時の静電容量とコンデンサとの合成静電容量とインダク
タとで並列共振回路を構成することにより、ダイオード
のOFF時の、ダイオードとストリップラインとの接続
点のインピーダンスを増加させ、挿入損失や反射損失を
低減することができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明による高周波スイッチの実施例
を図面を用いて説明する。図1に本発明の第一の実施例
による高周波スイッチを示す。図1において、ポートP
1とポートP2との間には、コンデンサ1a,ストリッ
プライン2a,2b及びコンデンサ1bの直列回路が接
続され、コンデンサ1bとストリップライン2bとの接
続点とポートP3との間には、ストリップライン2c、
2d及びコンデンサ1cの直列回路が接続される。
【0022】また、コンデンサ1aとストリップライン
2aとの接続点は、ダイオード3aのアノードに接続さ
れ、ダイオード3aのカソードは、コンデンサ1dを介
してアースに接続される。ストリップライン2aとスト
リップライン2bとの接続点は、ダイオード3bのカソ
ードに接続され、ダイオード3bのアノードは、コンデ
ンサ1eを介してアースに接続される。
【0023】また、ストリップライン2cとストリップ
ライン2dとの接続点は、ダイオード3cのアノードに
接続され、ダイオード3cのカソードは、コンデンサ1
fを介してアースに接続される。ストリップライン2d
とコンデンサ1cとの接続点は、ダイオード3dのカソ
ードに接続され、ダイオード3dのアノードは、コンデ
ンサ1gを介してアースに接続される。
【0024】また、ダイオード3aのカソードとコンデ
ンサ1dとの接続点と、ダイオード3dのアノードとコ
ンデンサ1gとの接続点とは、抵抗4aと抵抗4bとの
直列回路で接続され、ダイオード3bのアノードとコン
デンサ1eとの接続点と、ダイオード3cのカソードと
コンデンサ1fとの接続点とは、抵抗4cと抵抗4dと
の直列回路で接続される。そして、抵抗4aと抵抗4b
との接続点と、抵抗4cと抵抗4dとの接続点がコント
ロール端子Vc1 ,Vc2 となり、高周波スイッチ5が
構成される。
【0025】なお、コンデンサ1a〜1gは、コントロ
ール端子Vc1 ,Vc2 に印加された制御電圧により流
れる電流が、ダイオード3a〜3dを含む回路にのみ流
れるように電流経路を制限し、他の部分に影響を及ぼさ
ないようにするものである。また、ストリップライン2
a〜2dは、目的の周波数における信号の波長の1/4以
下の長さを有する90°位相シフタであり、抵抗4a〜
4dはダイオード3a〜3dに一定の電流を流すための
ものである。
【0026】次に、高周波スイッチ5の動作を説明す
る。まず、コントロール端子Vc1 に正の制御電圧が印
加され、コントロール端子Vc2 が接地された場合、又
は、コントロール端子Vc1 が接地され、コントロール
端子Vc2 に負の制御電圧が印加されされた場合、この
制御電圧は、ダイオード3a,3bに対しては逆方向の
バイアス電圧となり、ダイオード3c,3dに対しては
順方向のバイアス電圧となるため、ダイオード3a,3
bはOFFになり、ダイオード3c,3dはONにな
る。したがって、ストリップライン2c,2dは、ダイ
オード3c,3dにより接地されポートP2から見たそ
のインピーダンスがほぼ無限大となるため、ポートP1
とポートP2間に信号が流れ、ポートP2とポートP3
間には信号が流れない。
【0027】一方、コントロール端子Vc1 に負の制御
電圧が印加され、コントロール端子Vc2 が接地された
場合、又は、コントロール端子Vc1 が接地され、コン
トロール端子Vc2 に正の制御電圧が印加された場合、
この制御電圧は、ダイオード3a,3bに対しては順方
向のバイアス電圧となり、ダイオード3c,3dに対し
ては逆方向のバイアス電圧となるため、ダイオード3
a,3bはONになり、ダイオード3c,3dはOFF
になる。したがって、ストリップライン2a,2bは、
ダイオード3a,3bにより接地されポートP2から見
たそのインピーダンスがほぼ無限大となるため、ポート
P2とポートP3間に信号が流れ、ポートP1とポート
P2間には信号が流れない。
【0028】このように構成された高周波スイッチ5
は、各ポート間のストリップラインが2段に構成されて
いるため、ポートP1,P3間のアイソレーションが、
従来の高周波スイッチ35の2倍の70dbに向上する。
また、コントロール端子Vc1 ,Vc2 に印加される制御
電圧の電源は、正又は負の単一電源で構成することがで
きる。さらに、コントロール端子Vc1 ,Vc2 間のバ
イアス経路に、2つのダイオード(3a,3b又は3
c,3d)が直列に接続される構成となるため、低い消
費電流で駆動することができる。また、抵抗抵抗4a〜
4dは、制御電圧の電源によるポートP1,ポートP3
間のアイソレーションの低下を防止する効果も有してお
り、より高抵抗が好ましい。
【0029】なお、ダイオード3a〜3dの極性方向
は、図1に示した方向以外にその反対の方向でも実施可
能である。この場合、コントロール端子Vc1 ,Vc2
間に印加される制御電圧の極性と、ポートP1,P2,
P3間の接続関係は逆になる。
【0030】即ち、コントロール端子Vc1 に正の制御
電圧が印加され、コントロール端子Vc2 が接地された
場合、又は、コントロール端子Vc1 が接地され、コン
トロール端子Vc2 に負の制御電圧が印加されされた場
合は、ポートP2とポートP3間に信号が流れ、ポート
P1とポートP2間には信号が流れない。また、コント
ロール端子Vc1 に負の制御電圧が印加され、コントロ
ール端子Vc2 が接地された場合、又は、コントロール
端子Vc1 が接地され、コントロール端子Vc2 に正の
制御電圧が印加された場合は、ポートP1とポートP2
間に信号が流れ、ポートP2とポートP3間には信号が
流れない。
【0031】但し、ポートP1とポートP3間の伝送ラ
インに対して、ダイオード3aとダイオード3bとの極
性が異なるとともに、ダイオード3cとダイオード3d
との極性が異なり、かつダイオード3aとダイオード3
dとの極性が異なることが必要である。
【0032】次に、図2に本発明の第二の実施例による
高周波スイッチを示す。図2において、高周波スイッチ
15は、高周波スイッチ5の、コンデンサ1aとストリ
ップライン2aとの接続点、ストリップライン2aとス
トリップライン2bとの接続点、ストリップライン2b
とストリップライン2cとの接続点、ストリップライン
2cとストリップライン2dとの接続点、及び、ストリ
ップライン2dとコンデンサ1cとの接続点とアース間
に、コンデンサ11a,11b,11c,11d,11
eが接続され構成される。
【0033】このように構成された高周波スイッチ15
は、高周波スイッチ5と同一の作用、効果を有するとと
もに、コンデンサ11a〜11eにより特性インピーダ
ンスを調整することで、挿入損失や反射損失が低減され
る。また、ストリップライン2a〜2dの長さを短縮す
ることができ、高周波スイッチの小型化に寄与すること
ができる。
【0034】図3及び図5に本発明の第三及び第五の実
施例による高周波スイッチの部分回路図を示す。これら
は、高周波スイッチ5,15のダイオード3a〜3d
に、放電抵抗が接続されたもの、又はインダクタとコン
デンサとの直列回路が接続されたもの、又はインダクタ
とコンデンサとの直列回路及びコンデンサが接続された
ものである。したがって、その要部のみを示し他の部分
は省略する。
【0035】図3に示すように、ダイオード3a〜3d
の両端に放電抵抗21が接続される。この回路は、ダイ
オード3a〜3dのOFF時の静電容量に蓄積された電
荷がダイオード3a〜3dのONと同時に放電抵抗21
に放電され、ダイオード3a〜3dのOFFからONの
スイッチング動作をスムーズに行うことができるもので
ある。
【0036】また、図4に示すように、ダイオード3a
〜3dの両端にインダクタ22とコンデンサ23の直列
回路が接続され、ダイオード3a〜3dのOFF時の静
電容量と、インダクタ22とで並列共振回路が形成され
る。そして、共振周波数を信号の周波数と一致させるこ
とにより、ダイオード3a〜3dのOFF時のストリッ
プライン2a〜2dとの接続点のインピーダンスが増加
し、挿入損失や反射損失が低減される。なお、コンデン
サ23はインダクタ22により直流がバイパスするのを
防止するためのものである。
【0037】また、ダイオード3a〜3dのOFF時の
静電容量が小さく、所望の共振周波数が得られない場合
は、図5に示すように、ダイオード3a〜3dの両端
に、インダクタ22とコンデンサ23の直列回路が接続
されたものに、さらに、コンデンサ24が接続され、ダ
イオード3a〜3dのOFF時の静電容量とコンデンサ
24との合成静電容量と、インダクタ22とで並列共振
回路が形成され、所望の共振周波数を得ることができ
る。
【0038】図6に本発明による高周波スイッチのコン
デンサの接続方法の変形例を示す。図6に示すように、
ストリップライン2b,2c間にコンデンサ25a,2
5bが直列に接続され、コンデンサ25a,25bの接
続点にポートP2が接続される。この回路は、ダイオー
ド3a〜3dの特性により、抵抗4a〜4dによる制御
電圧の分割割合を変えて、それぞれのダイオード3a〜
3dに印加されるバイアス電圧を変えた場合、図1及び
図2に示した高周波スイッチ5,15では、ダイオード
3bのカソードと、ダイオード3cのアノードとの電位
差が0にならず、ストリップライン2b,2c間に直流
電流が流れるため、これを防止するためのものである。
【0039】なお、制御電圧の電源側からの交流的な干
渉を除去するため、コントロール端子Vc1 ,Vc2
アースとの間にデカップリングコンデンサを接続するこ
とも可能である。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる高
周波スイッチによれば、各ポート間のストリップライン
が2段に構成されているため、ポートP1,P3間のア
イソレーションが従来の高周波スイッチの2倍に高ま
り、携帯電話機等の通信性能を向上することができる。
また、アイソレーションを確保するための別回路の設置
や、高周波スイッチ回路の多段化等が不要になるため、
回路が単純化し形状が小型になるとともに低コスト化が
図れる。
【0041】また、コントロール端子に印加される制御
電圧の電源は、正又は負の単一電源で構成することがで
きるため、電源回路の設計に制約がなくなり携帯電話機
等のコストを低下することができる。
【0042】また、ダイオードの両端に放電抵抗を接続
することにより、ダイオードのスイッチング動作をスム
ーズに行うことができる。
【0043】また、ダイオードの両端にインダクタとコ
ンデンサとの直列回路を接続し、ダイオードのOFF時
の静電容量とインダクタとで並列共振回路を構成するこ
とにより、挿入損失や反射損失を低減することができ
る。
【0044】また、ダイオードの両端に、インダクタと
第一のコンデンサとの直列回路を接続するとともに第二
のコンデンサを接続し、ダイオードのOFF時の静電容
量と第二のコンデンサとの合成静電容量とインダクタと
で並列共振回路を構成することにより、挿入損失や反射
損失を低減することができる。
【0045】さらに、コントロール端子間のバイアス経
路に、2つのダイオードが直列に接続されるため、低い
消費電流で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例による高周波スイッチの
回路図である。
【図2】本発明の第二の実施例による高周波スイッチの
回路図である。
【図3】本発明の第三の実施例の高周波スイッチにおけ
る、ダイオードに放電抵抗を接続した部分回路図であ
る。
【図4】本発明の第四の実施例の高周波スイッチにおけ
る、ダイオードにインダクタとコンデンサとの直列回路
を接続した部分回路図である。
【図5】本発明の第五の実施例の高周波スイッチにおけ
る、ダイオードにインダクタとコンデンサとの直列回路
及びコンデンサを接続した部分回路図である。
【図6】図1及び図2のコンデンサの接続方法の変形例
を示す部分回路図である。
【図7】従来例の高周波スイッチの回路図である。
【符号の説明】
2a〜2d ストリップライン 3a〜3d ダイオード 4a〜4d 抵抗 5,15 高周波スイッチ 21 放電抵抗 22 インダクタ 11a〜11e コンデンサ 23,24 コンデンサ 25a,25b コンデンサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−173901(JP,A) 特開 平4−351820(JP,A) 特開 平5−315803(JP,A) 特開 平2−117219(JP,A) 特開 昭63−13418(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/15 H03K 17/74 H04B 1/44

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3つのポートを有し、該3つのポートの
    うち第一のポートと第二のポートとの接続及び第二のポ
    ートと第三のポートとの接続を切り換えるための高周波
    スイッチにおいて、 前記第一のポートと第二のポートとの間に、第一のスト
    リップラインと第二のストリップラインとの直列回路を
    接続し、前記第二のポートと第三のポートとの間に、第
    三のストリップラインと第四のストリップラインとの直
    列回路を接続し、 前記第一のポートとアースとの間に第一のダイオードを
    接続し、前記第一のストリップラインと第二のストリッ
    プラインとの接続点とアースとの間に第二のダイオード
    を接続し、前記第三のストリップラインと第四のストリ
    ップラインとの接続点とアースとの間に第三のダイオー
    ドを接続し、前記第三のポートとアースとの間に第四の
    ダイオードを接続し、 前記第一のダイオードと第四のダイオードとのアース側
    間に、第一の抵抗と第二の抵抗との直列回路を接続し、
    前記第二のダイオードと第三のダイオードとのアース側
    間に、第三の抵抗と第四の抵抗との直列回路を接続し、前記第一の抵抗と第二の抵抗との間に第一のコントロー
    ル端子を有し、前記第三の抵抗と第四の抵抗との間に第
    二のコントロール端子を有し、 前記第一のポートと第三のポートとの間の伝送ラインに
    対して、前記第一のダイオードと第二のダイオードとの
    極性が異なるとともに、前記第三のダイオードと第四の
    ダイオードとの極性が異なり、かつ前記第一のダイオー
    ドと第四のダイオードとの極性が異なることを特徴とす
    る高周波スイッチ。
  2. 【請求項2】 前記第一乃至第四のストリップライン
    の、入力端及び出力端とアースとの間にコンデンサを接
    続したことを特徴とする請求項1に記載の高周波スイッ
    チ。
  3. 【請求項3】 前記第一乃至第四のダイオードの両端
    に、放電抵抗を接続したことを特徴とする請求項1又は
    請求項2のいずれかに記載の高周波スイッチ。
  4. 【請求項4】 前記第一乃至第四のダイオードの両端
    に、インダクタとコンデンサとの直列回路を接続し、前
    記第一乃至第四のダイオードのOFF時の静電容量と、
    前記インダクタとにより、並列共振回路を構成したこと
    を特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の
    高周波スイッチ。
  5. 【請求項5】 前記第一乃至第四のダイオードの両端
    に、インダクタと第一のコンデンサとの直列回路を接続
    し、前記第一乃至第四のダイオードの両端に、第二のコ
    ンデンサを接続し、前記第一乃至第四のダイオードのO
    FF時の静電容量と前記第二のコンデンサとの合成静電
    容量と、前記インダクタとにより、並列共振回路を構成
    したことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか
    に記載の高周波スイッチ。
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