JP3850810B2 - フィルタ機能付き高周波スイッチング回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ機能付き高周波スイッチ回路に関する。本発明は特に１個の入力端子と２個の出力端子を有するフィルタ機能付き高周波スイッチ回路に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、１／４波長線路を用い、２個のダイオードに異なる直流電位を印加することによりスイッチ機能を有する１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチ回路９００の構成を示す回路図である。フィルタ機能付き高周波スイッチ回路９００は、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔ−１の間にスイッチ回路９１を、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔ−２の間にスイッチ回路９２を有し、当該スイッチ回路９１及び９２は同一特性の素子から構成される。スイッチ回路９ｉ（ｉは１又は２）は、両端に直流遮断用の容量Ｃ9i1とＣ9i2を有し、その間に１／４波長線路ＳＬ9iを接続する。１／４波長線路ＳＬ9iと容量Ｃ9i2の接続点には抵抗Ｒ9iを介して正又は負電位を印加可能としてダイオードＤ9iのアノードを接続し、ダイオードＤ9iのカソードは接地する。こうして、例えば抵抗Ｒ91を介してダイオードＤ91のアノードに正電位を、抵抗Ｒ92を介してダイオードＤ92のアノードに負電位を印加すると、ダイオードＤ91には電流が流れて導通状態となるるためスイッチ回路９１はオフ（遮断の作用をする）、ダイオードＤ92には電流が流れず遮断状態となるためスイッチ回路９２はオンとなり、出力端子Ｏｕｔ−１には高周波は出力されず、出力端子Ｏｕｔ−２に帯域濾波された高周波が出力される。
【０００３】
さて、２ポート高周波回路より構成された、比較的小型のバンドパスフィルタとしては、例えば、下記に記載されているもの等が一般に知られている。
【０００４】
【非特許文献１】
MWE2000 Microwave Workshop Digest,pp.461-468（2000）『トリプレート・ストリップ線路フィルタ』
【非特許文献２】
ＮＥＣ技法 Vol.51 No.4／1998，pp.119-123『多層プリント基板を利用したマイクロ波衛星通信用フィルタ』
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１の技術はＬＴＣＣ（低温焼成セラミクス）を用いることから、他の基板への実装が必要であり、誘電率の低い有機基板へ応用が困難であり、特に有機基板における厚みのバラツキによる品質の不安定さが問題であった。また、非特許文献２の技術は１／４波長線路が複数必要で、フィルタ回路が大きくなってしまう問題があった。また、ダイオードをオンとしてスイッチとしてはオフに機能させる場合、順方向に電流を流すため、少なからず電力を消費する問題や、ダイオードをオフとしてスイッチとしてはオンに機能させる場合、逆バイアスを低電位とした上で入出力のパワー特性が線形である範囲をより拡張すべきとの課題があった。
【０００６】
そこで本発明者らは、図９（ｃ）の構成を代表構成とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を発明し、特許出願している（特願２００１−３１５２４３、特願２００２−１９１０、特願２００２−２２６８９）。簡単に、図９（ｃ）の構成について説明する。
【０００７】
図９（ａ）と（ｂ）は、左右対称な構成の回路である図９（ｃ）の回路を中央で２分割したものであり、図９（ａ）においてはインダクタンスＬを省いて入出力端子Ｐｏｒｔ２を設け、図９（ｂ）においてはインダクタンスＬを残して入出力端子Ｐｏｒｔ２を設けたものである。尚、図９（ｂ）においてはインダクタンスＬを線路に置き換えても以下の議論に差は無い。図９（ａ）は端子Ｐｏｒｔ１に線路Ａと容量Ｃａを直列に接続して接地し、端子Ｐｏｒｔ２に線路Ｂと容量Ｃｂを直列に接続して接地し、線路Ａと線路Ｂを結合線路としたものである。
【０００８】
今、図９の（ａ）の回路において、端子ＰｏｒｔｍからＰｏｒｔｎへの伝送特性を絶対値が１以下の複素数としてＳmnで示す。即ちＳ11はＰｏｒｔ１から入力した場合の反射特性、Ｓ12はＰｏｒｔ１から入力しＰｏｒｔ２へ出力した場合の透過特性である。図９の（ａ）の回路において理想的にはいずれの端子からの反射特性も０とし、いずれの端子からも他方へは減衰が無いことが好ましい。即ち、Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立することが理想である。この関係は、所望の周波数を有する信号が目的のフィルタ回路において、反射されずに、且つ損失無く伝送されるための必要条件である。
【０００９】
今ｍ行ｎ列がＳmnである特性行列Ｓを考えると、偶励振として固有ベクトル（１，１）を、奇励振として固有ベクトル（１，−１）を有するものが望ましい。偶励振の固有ベクトル（１，１）に対する行列Ｓの固有値をλ1、奇励振として固有ベクトル（１，−１）に対する行列Ｓの固有値をλ2とおく。まず、固有ベクトル（１，１）と固有ベクトル（１，−１）を縦ベクトルとして並べた行列Ｐを考える。即ち式（１）のとおりである。
【数１】
【００１０】
行列Ｓが次の式（２）ように展開できることは明らかである。
【数２】
【００１１】
Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立する場合は偶励振の固有値λ1と奇励振の固有値λ2が位相が１８０度ずれている場合である。例えば、λ1＝−λ2＝±１の場合、Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立する。しかし、λ1＝−λ2＝１は、偶励振でオープン、奇励振でショートとなる場合であって伝送線路を示すものであり、フィルタ回路とはならない。また、λ1＝−λ2＝−１は、偶励振でショート、奇励振でオープンとなる場合であって、１／２波長の線路に対応するものであり、やはりフィルタ回路とはならない。そこで例えばλ1＝−λ2＝±ｊがフィルタ回路の設計条件（位相条件）となる。尚、λ1＝±１、±ｊについて、図１０の（ａ）にスミスチャート上の対応を示した。
【００１２】
さて、図９の（ａ）のように、カップリングライン（線路Ａ及び線路Ｂ）を加えると、Ｐｏｒｔ１から信号を入力しＰｏｒｔ２から出力することができる。また同時に、ポート２からの信号はポート１に僅かに伝送されるため、ポート２から見たインピーダンスはスミス・チャートの内側に入る。これを図１０の（ｂ）にシミュレーション結果としてスミス・チャートで示す。グラフは、入力信号が4GHz〜8GHzの場合を示し、その曲線上の略中央に位置している黒丸は、5.8GHzの信号に対する反射特性を示している。
【００１３】
一方、対称回路が効率よく信号を伝送するのは、その対称面でコンジュゲート・マッチ（インピーダンス整合）した場合である。検討対象としている高周波回路は左右対称であるので、この条件は反射係数Ｓａが実数であることを意味する。即ち、ａ点から右及び左を見た特性インピーダンスが順抵抗を示すべきである。そこで、図９（ｂ）に示す様に、フィルタ回路の対称面の近傍にインダクタンス成分Ｌ又は線路を加える。図１０（ｃ）は、図９（ｂ）の回路（フィルタ回路の左半分）における、反射特性（Ｓａ）に対する効果を示すスミス・チャートである。この様に、インダクタンス成分の作用を利用して、反射係数Ｓａをスミス・チャートの横軸（実数軸）上に移動させることにより、左右対称のフィルタ回路の対称面でコンジュゲート・マッチさせることができる。即ち、この様な手段により、伝送効率の高いバンドパスフィルタを構成することができる。
【００１４】
図１２は、この図９（ａ）の回路の偶励振に対応する回路（図１１（ａ））に関するシミュレーション結果と、奇励振に対応する回路（図１１（ｂ））に関するシミュレーション結果をそれぞれ例示するスミス・チャートである。
【００１５】
図１２におけるマーカーｍ３（下方）は、偶励振時における回路（図１１（ａ））の反射係数（λ1）を、マーカーｍ５（上方）は、奇励振時における回路（図１１（ｂ））の反射係数（λ2）をそれぞれ示している。ただし、シミュレーションした入力信号の周波数はそれぞれ5.8GHzとした。この様に、偶励振時、奇励振時の反射係数の虚数成分は、それぞれ−ｊ，ｊとなり、図９（ｃ）の対称２ポート回路が、上述の位相条件を満たす。即ち図９（ｃ）の対称２ポート回路はバンドパスフィルタが構成できることが判る。実際、5.8GHzを中心周波数とするバンドパスフィルタをシミュレーションすると、図１３（ａ）、（ｂ）のような結果となる。周波数5.8GHzに対し、Ｓ21＝-1.3dBと減衰量が小さく、Ｓ11＝-41.9dBと反射量は小さく、良好に高周波が出力される。
【００１６】
本願は、図９（ｃ）でＣｂをダイオードに置き換えたスイッチ回路とした高周波スイッチング回路である。更に、当該スイッチ回路を２つ設けて１入力２出力（ＳＰＤＴ）のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路としたものである。そしてそれらのフィルタ機能の新規特性の付与及び特性改良を目的とするものであり、オフ時に電力を消費しないスイッチを作成すること、あるいはオン時に低電位で入出力パワー特性の線形性の範囲を拡張することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、１つの入力端子と、１つの出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間にスイッチ回路を有し、当該スイッチ回路について少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、所望の帯域幅の高周波を透過又は遮断するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、当該スイッチ回路は、一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、第２の線路の他端に一端が接続され、第１のダイオードと同一極が第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が出力端子と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、第２の線路と第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路とから構成されており、第１及び第２のキャパシタンス、第１及び第４の線路、第２及び第３の線路、第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、スイッチ回路は第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点を中心として対称であり、制御可能とした電位は第２の電位及び第４の電位の少なくとも一方であることを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。尚、第５の線路はインダクタとして作用しても良く、また、オープンスタブとして容量として働いても良い。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に係る同一機能のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を２個組み合わせた１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。即ち、１つの入力端子と、２つの出力端子と、入力端子と２つの出力端子との間にそれぞれ同一構成のスイッチ回路を有し、当該２つのスイッチ回路のそれぞれについて少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、少なくとも一方に所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路は各々、一端が入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、第２の線路の他端に一端が接続され、第１のダイオードと同一極が第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、第２の線路と第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路とから構成されており、第１及び第２のキャパシタンス、第１及び第４の線路、第２及び第３の線路、第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、２つのスイッチ回路は各々が第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点を中心として対称であり、制御可能とした電位は第２の電位及び第４の電位の少なくとも一方であることを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路のうち、一方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を０又は逆方向バイアスとし、他方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって第１及び第２のダイオードに電流が流れない範囲の電位差を付加することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路のうち、一方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を逆方向バイアスであって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きくし、他方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きく、第１及び第２のダイオードに電流が流れる範囲の電位差を付加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点に、透過する帯域の中心周波数の高周波についての第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとを設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第５の線路に替えてインダクタンスを設けたことを特徴とする。また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第５の線路を除き、第２の線路と第３の線路の接続点に第４の電位と容量の一端が接続され、当該容量の他端を接地したことを特徴とする。
【００２３】
【作用及び発明の効果】
ダイオードは電流が流れなければ容量として作用させることができる。そこで入力端子と出力端子とにそれぞれ線路（第１及び第４の線路）を接続し、それらとそれぞれ結合する２本の線路（第２及び第３の線路）を直列接続する。後者の２本の線路は両端に２個のダイオードの同極をつなぎ、２個のダイオード間の２本の線路と２個のダイオードの他極（同電位とする）の電位差を制御可能とする。即ち２本の線路の接続点と、ダイオードの線路に接続した側と反対側の極との少なくとも一方を電位制御可能とする。一方のみ電位制御可能とした場合は他方は電位を固定する。これにより、２個のダイオードに電流が流れない、即ち逆バイアスか順バイアスであっても電位差が小さい場合は、２個のダイオードが容量として作用し、入力端子から第１の線路、それに結合した第２の線路、それと接続した第３の線路、それと結合した第４の線路から出力端子へと、高周波を出力することができる。この時、第１及び第４の線路に接続した第１及び第２のキャパシタンスを設計することで、入力端から出力端へのバンドパスフィルタとして機能させることができる。その帯域は線路、キャパシタンス、ダイオードの各構成素子を適宜設計することにより容易に設計できる（請求項１）。このようなスイッチ回路を２つ設けた回路は、１入力２出力のバンドパスフィルタとして機能させることができる（請求項２）。２個のダイオードに電流が流れない場合、その電位差の変化ははダイオードが形成する容量の変化となるので、電位差を２個のスイッチ回路のそれぞれで異なるようにすることで帯域の異なるバンドパスフィルタとして機能させることができる（請求項３）。このとき消費電力は無い。
【００２４】
ダイオードに十分な逆バイアス電位を印加することで、大きな高周波入力に対しても歪みを小さくし、線形性を保てるダイナミックレンジを大きくすることができる（請求項４）。また、第２次高調波や第３次高周波をショートできるようにオープンスタブ又は容量を接続すれば、高調波による歪みを除くことができるので、やはり線形性を保てるダイナミックレンジを大きくすることができる（請求項５）。電圧制御点と結合線路との間の線路はインダクタンスに変換可能であって同様の作用をするよう容易に設計可能である（請求項６）。あるいは当該線路を除き、電圧制御点と接地間に設計により容量を設けることでも同様のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を構成できる（請求項７）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例につき、具体的な回路図を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２６】
〔第１実施例〕
図１は本発明の具体的な第１の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を示す回路図である。フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１個の入力端子Ｉｎと、２個の出力端子Ｏｕｔ−１及びＯｕｔ−２を有し、２つの電圧制御端子ＶCTL1及びＶCTL2を有する。
【００２７】
入力端子Ｉｎには、２つの線路Ａ10とＡ20が接続され、各々が出力端子Ｏｕｔ−１及びＯｕｔ−２との間にスイッチ回路１１及び１２を有している。当該２つのスイッチ回路１１及び１２は、各々１入力１出力のフィルタ機能付きスイッチを構成するものであって、それらは全く同一の構成である。尚、２つの線路Ａ10とＡ20は特性調整用に設けたものであって、本願発明の実施例としては必須の構成要素ではない。
【００２８】
線路Ａi0と出力端子Ｏｕｔ−ｉ（ｉ＝１又は２）との間のスイッチ回路１ｉの構成は以下の通りである。線路Ａi0の入力端子Ｉｎと接続された側とは反対側に、線路Ａi1とキャパシタンスＣi1が直列に接続されて接地されている。キャパシタンスＣi1は、結合線路として構成したものを図１に示したが、通常の容量により構成しても良い。線路Ａi1は、線路Ｂi1と結合線路を構成し、線路Ｂi1の一端はダイオードＤi1のアノードに接続され、ダイオードＤi1のカソードは接地されている。線路Ｂi1の他端には線路Ｂi0と線路Ｂi2が接続されている。線路Ｂi0の他端には容量Ｃi0と抵抗Ｒi0とが接続され、容量Ｃi0の他端は接地され、抵抗Ｒi0の他端は電圧制御端子ＶCTLiである。また、線路Ｂi2の他端はダイオードＤi2のアノードに接続され、ダイオードＤi2のカソードは接地されている。線路Ｂi2は、線路Ａi2と結合線路を構成している。線路Ａi2の一端は出力端子Ｏｕｔ−ｉに接続され、他端にキャパシタンスＣi2が接続されて接地されている。キャパシタンスＣi2は、結合線路として構成したものを図１に示したが、通常の容量により構成しても良い。
【００２９】
キャパシタンスＣi1とキャパシタンスＣi2、線路Ａi1と線路Ａi2、線路Ｂi1と線路Ｂi2、ダイオードＤi1とＤi2は素子特性が各々同一であり、スイッチ回路１ｉは線路Ｂi1と線路Ｂi2の接続点を中心として入出力側に対して対称な構成である。また、スイッチ回路１１及び１２は、電圧制御端子ＶCTL1及びＶCTL2に独立して電圧を印加できることを除いて全く同様の構成である。
【００３０】
スイッチ回路１ｉの電圧制御端子ＶCTLiを接地すると、ダイオードＤi1とＤi2には電流が流れず、ダイオードＤi1とＤi2とは共に同じ容量となる。この時、スイッチ回路１ｉが所望のバンドパスフィルタとなるように上述したように予め設計しておく。即ち、電圧制御端子ＶCTLiを接地すると、出力端子Ｏｕｔ−ｉへは所望の帯域の高周波が出力される。ダイオードＤi1とＤi2に電流が流れる程度の正電位を電圧制御端子ＶCTLiを印加すると、線路Ａi1から線路Ｂi1に高周波が供給されず、出力端子Ｏｕｔ−ｉには高周波が出力されない。即ち、電圧制御端子ＶCTLiに十分な正電位を印加すると、出力端子Ｏｕｔ−ｉへは高周波が出力されない。
【００３１】
これについて行ったシミュレーションを図２（ａ）に示す。スイッチ回路１１及び１２について5.8GHzを中心周波数とするバンドパスフィルタとして設計し、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とさせたシミュレーションである。この時、スイッチ回路１２のダイオードＤ11及びＤ12には750μAの電流が流れた。図２（ａ）は、入力端子Ｉｎへ入力する高周波の周波数と、出力端子Ｏｕｔ−１、Ｏｕｔ−２の出力の関係を示したものであり、中心周波数5.8GHzにおいて出力端子Ｏｕｔ−１には-2.9dBと極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には-59.6dBと極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断されていることがわかる。このように、ダイオードを用いたフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路として極めて良好であることが示された。
【００３２】
〔変形例〕
図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について、スイッチ回路１ｉの電圧制御端子ＶCTLiに電流が流れない程度の正電位を印加すると、ダイオードＤi1とＤi2には電流が流れないのであるから、ダイオードＤi1とＤi2とは容量として働く。この時の容量は、電位が印加されているため、電位が印加されていないときの容量から変化している。そこでこれを利用し、5.8GHzを中心周波数とする図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に0.3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２を容量を変化させたオン（異なる帯域のバンドパスフィルタとして機能させる）とさせたシミュレーションを行った。その結果を図２（ｂ）に示す。スイッチ回路１１のダイオードＤ11及びＤ12には電流が流れず、スイッチ回路１２のダイオードＤ21及びＤ22にも電流は流れなかった。図２（ｂ）は、入力端子Ｉｎへ入力する高周波の周波数と、出力端子Ｏｕｔ−１、Ｏｕｔ−２の出力の関係を示したものであり、出力端子Ｏｕｔ−１には中心周波数5.8GHzにおいて-2.9dBと極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には中心周波数5.8GHzにおいて-29.6dBと極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断されていることがわかる。一方、中心周波数4.8GHzにおいては、逆に出力端子Ｏｕｔ−１においては極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断され、出力端子Ｏｕｔ−２において極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力されていることがわかる。このように、ダイオードを用いたフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１入力２出力の異なる２帯域のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路として極めて良好であることが示された。また、このとき消費電力は無い。
【００３３】
第１実施例とその変形例とから、次のことは容易に導き出せる。即ち、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、２つのスイッチ回路１１及び１２の各々の電圧制御点ＶCTL1及びＶCTL2にそれぞれ独立に、接地電位、電流の流れない正電位、電流の流れる正電位の３通りの電位を印加することで、各々の出力端子から例えば5.8GHz帯域濾波、4.8GHz帯域濾波、遮断の３通りの出力となるような１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路とすることができる。
【００３４】
〔第２実施例〕
図３は本発明の具体的な第２の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成を示す回路図である。図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成は、以下の部分を除いて図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成と全く同様であり、同一の符号を付した。図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００は、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００に対し、ダイオードＤim（ｉとｍは１又は２）のカソードと接地間に容量Ｃｄimを設け、ダイオードＤimのカソードに抵抗Ｒｄimを接続してＲｄi1及びＲｄi2の他端をプルアップ電位ＶｄCTLiに接続したものである。４つの容量Ｃｄimは全て同一特性であり、４つの抵抗Ｒｄimも全て同一特性とした。
【００３５】
図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００について、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とし、さらにプルアップ電位ＶｄCTL1に3Vを印加し、プルアップ電位ＶｄCTL2を接地（0V）とした場合の電力特性を図４の（ａ）に示す。比較として、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加した場合の電力特性を図４の（ｂ）に示す。図４（ｂ）のように、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は出力の線形性が-12.3dBmでくずれ始めるのに対し、図４（ａ）のように、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００は9.4dBmまで出力の線形性がくずれない。このように、プルアップ電位を印加するようにした図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００については、大電力を印加しても出力に歪みがかからないフィルタ機能付き高周波スイッチング回路となることが示された。
【００３６】
〔第３実施例〕
図５は本発明の具体的な第３の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成を示す回路図である。図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成は、以下の部分を除いて図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成と全く同様であり、同一の符号を付した。図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００は、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００に対し、線路Ｂi0、Ｂi1、Ｂi2（ｉ＝１又は２）の接続点に帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を接続したものである。オープンスタブＯＳi2及びＯＳi3は帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波の1/4波長に対応する長さとした。
【００３７】
図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力特性図を図６の（ａ）に、周波数特性図を図６の（ｂ）に示す。いずれも、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とし、さらにプルアップ電位ＶｄCTL1に3Vを印加し、プルアップ電位ＶｄCTL2を接地（0V）とした場合である。図６の（ａ）のように、図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力の線形性は11.3dBmまでくずれず、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の出力の線形性がくずれる9.4dBm（図４の（ａ））に対し、更に改善することができた。また、図６の（ｂ）のように、周波数特性についても、中心周波数5.8GHzにおいて出力端子Ｏｕｔ−１には-2.6dBと極めて良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には-47.2dBと極めて良好に高周波が遮断されていることがわかる。このように、帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を接続したフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００は、周波数特性を良好に保ったまま電力特性を更に改善できることが示された。
【００３８】
帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3の働きについて簡単に説明すれば、次の通りである。tを時間として入力x(t)に対する出力y(t)を式（３）のように３次項までテーラー展開する。
【数３】
【００３９】
入力x(t)を振幅A、角周波数ωとして式（４）で定義する。
【数４】
【００４０】
式（４）を式（５）に代入して整理すると式（５）のようになる。
【式５】
【００４１】
式（３）における三次項の係数α3は通常負であり、式（５）において、入力x(t)の振幅Aが大きくなると、入力x(t)に比例する部分である第２項の係数が小さくなり、飽和現象を示す。これに加え、第２次及び第３次高調波を示す第３項、第４項も大きくなる。このような高調波は、本来電位差が無いようにすべきオン側のスイッチ回路におけるダイオードのアノードとカソード間の電圧を増加させることとなり、歪みを増大させる。そこで第２次及び第３次高調波をショートさせるため、２つのスタブを設けることで、少なくとも式（５）の第３項及び第４項を消滅させることができる。これにより２つのスタブを設けない場合よりも電力特性が向上する。
【００４２】
図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００においては２つのスイッチ回路３１、３２各々にオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を設けたが、これらは容量で形成しても良い。当該容量は例えばチップ容量を用いて良いことは当然であり、そのようにチップの大きさを設計することは本願発明に包含される。
【００４３】
尚、各実施例において、図７に示すような上層及び下層にグランドを有する３層構造のトリプレートストリップ線路の中層として線路部分を形成すれば、当該部分はグランドに挟まれているため放射しないと言う利点を得ることができる。使用するメタル（図７のＭ１、ＭＣ、Ｍ２）の種類としては、金（Ａｕ）が伝導率等の面で優れているが、銅、アルミニウム、またはこれらの合金、或いは、これらを多層構造化したメタル等を使用することができる。有機基板Ｄを比誘電率が3.4とした場合の実例として、メタルＭＣが14μm厚、メタルＭ１とＭ２間の有機基板Ｄの厚さを313μmとすることで本願各発明が実施可能である。
【００４４】
上記の、第１実施例及びその変形例、第２実施例、第３実施例（以下、各実施例と言う）における各構成要素と特許請求の範囲の記載事項との対応は以下の通りである。ｉを用いて２つのスイッチ回路のどちらの構成素子であるかを区別せずに代表させるものとして、各実施例における線路Ａi1、Ｂi1、Ｂi2、Ａi2、Ｂi0が各々第１、第２、第３、第４及び第５の線路に対応する。同じく、各実施例におけるダイオードＤi1とＤi2が２個のダイオードに対応し、各実施例におけるキャパシタンスＣi1及びＣi2が各々第１及び第２のキャパシタンスに対応する。各実施例における入力端子Ｉｎ、出力端子Ｏｕｔ−１及び２が入力端子、２つの出力端子に対応する。また、オープンスタブＯＳi2及びＯＳi3が第２次高調波及び第３次高調波をショートするオープンスタブ又は容量に対応する。
【００４５】
本願発明としては次のようなより具体的な発明も把握されることを指摘する。
【００４６】
第１の具体的な発明としては、１つの入力端子と、１つの出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間にスイッチ回路を有し、当該スイッチ回路の電圧制御点に所定電位を印加することにより、所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記スイッチ回路は、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して接地された第１の線路と、
当該第１の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、カソードが接地された第１のダイオードのアノードに一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、カソードが接地された第２のダイオードのアノードに一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して接地された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第３のキャパシタンスを介して接地された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記スイッチ回路は前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記電圧制御点を、前記スイッチ回路の前記第５の線路と前記第３のキャパシタンスの間とした
ことを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
【００４７】
この具体的な発明の構成例を、図１４に示す。図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００は第１実施例のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を半分にしたものであり、符号は出力端子Ｏｕｔ−ｉとの対応を示すｉを除いたものとして対応させてある。第１及び第２のダイオードがそれぞれ図１４のダイオードＤ1、Ｄ2に対応し、第３のキャパシタンスが容量Ｃ0に対応する。また、図１４において第５の線路Ｂ0をオープンスタブとして作用させる例を図１５に示す。図１５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路５００は図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成のうち、接地された第３のキャパシタンスである容量Ｃ0を除いたものである。このような接続により第５の線路Ｂ0はインダクタではなくオープンスタブとして容量として作用する。
【００４８】
第２の具体的な発明としては、１つの入力端子と、２つの出力端子と、前記入力端子と前記２つの出力端子との間にそれぞれ同一構成のスイッチ回路を有し、当該２つのスイッチ回路の電圧制御点に所定電位を印加することにより、少なくとも一方に所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記２つのスイッチ回路は各々、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して接地された第１の線路と、
当該第１の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、カソードが接地された第１のダイオードのアノードに一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、カソードが接地された第２のダイオードのアノードに一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して接地された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第３のキャパシタンスを介して接地された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記２つのスイッチ回路は各々が前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記電圧制御点を、前記２つのスイッチ回路のそれぞれの前記第５の線路と前記第３のキャパシタンスの間とした
ことを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
【００４９】
この具体的な発明は、第１実施例に対応し、第１及び第２のダイオードがそれぞれ第１実施例のダイオードＤi1、Ｄi2に対応し、第３のキャパシタンスが容量Ｃi0に対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５０】
第３の具体的な発明としては、第２の具体的な発明の構成に加えて、前記２つのスイッチ回路の各々の前記電圧制御点に対し、一方には接地電位を、他方には当該スイッチ回路を構成する前記第１及び第２のダイオードに電流が流れない範囲での正電位を付加することを特徴とする。この具体的な発明は、変形例に対応する。
【００５１】
第４の具体的な発明としては、第２又は第３の具体的な発明の構成に加えて、
前記２つのスイッチ回路の各々に対し、
前記第１及び第２のダイオードのカソードと接地間に各々第４、第５のキャパシタンスを設け、
各々のスイッチ回路ごとに、前記第１のダイオードのカソードと第４のキャパシタンスの接続点並びに第２のダイオードのカソードと第５のキャパシタンスの接続点に同一電位であるプルアップ電位を印加できるようにし、
オンとすべき一方のスイッチ回路側においては、電圧制御点を接地電位に、プルアップ電位を正電位とし、
オフとすべき他方のスイッチ回路側においては、電圧制御点を正電位に、プルアップ電位を接地電位とする
ことを特徴とする。この具体的な発明は、第２実施例に対応し、第４及び第５のキャパシタンスがそれぞれ第２実施例の容量Ｃｄi1、Ｃｄi2に対応し、プルアップ電位がＶｄCTLiに対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５２】
第５の具体的な発明としては、第２乃至第４のいずれかの具体的な発明の構成に加えて、
前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点に、透過する帯域の中心周波数の高周波についての第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとを設けた
ことを特徴とする。この具体的な発明は、第３実施例に対応し、第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとがそれぞれ第３実施例のオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3に対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５３】
第６の具体的な発明としては、第１乃至第５のいずれかの具体的な発明の構成に加えて、
前記第５の線路に替えてインダクタンスを設けたことを特徴とする。
【００５４】
第７の具体的な発明としては、第１乃至第６のいずれかの具体的な発明の構成に対して、
前記第５の線路を除いたことを特徴とする。
【００５５】
この具体的な発明の構成例を、図１６に示す。図１６のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００は図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成のうち、第５の線路Ｂ0を除いて、電圧制御点を第２及び第３の線路Ｂ1及びＢ2の接続点としたものである。ここで第３のキャパシタンスである容量ＣFは、図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の容量Ｃ0が単に電位を保つためにあるのに対し、図１６のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００の容量ＣFは、フィルタ機能を発揮すべく容量が設計されているものである。
【００５６】
図１４乃至図１６のようなフィルタ機能付高周波スイッチは、任意の設計により所望の周波数に対するスイッチとなる。即ち、異なる周波数を透過するスイッチを１の入力に接続し、各々の出力端子から所望の周波数帯域を出力する１入力多出力スイッチとすることができる。当然、それら１入力多出力スイッチを構成する個々のフィルタ機能付高周波スイッチは本願の請求項１に係る発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を示す回路図。
【図２】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の一方の出力をオン、一方の出力をオフとした場合の周波数特性図、（ｂ）は、２つの出力を異なる２帯域のバンドパスフィルタとした場合の周波数特性図。
【図３】本発明の具体的な第２の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成を示す回路図。
【図４】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の出力特性図、（ｂ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の出力特性図。
【図５】本発明の具体的な第３の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成を示す回路図。
【図６】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力特性図、（ｂ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の周波数特性図。
【図７】トリプレート構造の一例を示す断面図。
【図８】ダイオードと１／４波長スラブ線路を用いた１入力２出力のスイッチの従来構成を示す回路図。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、いずれも、本発明の基礎構成を説明する回路図。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、いずれも、図９の回路の反射特性（Ｓａ）に関するシミュレーション結果を説明するためのスミス・チャート。
【図１１】（ａ）は偶励振時の有効回路要素を示した回路図、（ｂ）は奇励振時の有効回路要素を示した回路図、
【図１２】図１１の回路におけるインダクタンス成分の反射特性（Ｓａ）に対する効果を示すスミス・チャート。
【図１３】（ａ）は図９（ａ）の回路の透過特性を示すグラフ図、（ｂ）は図９（ａ）の回路の反射特性を示すグラフ図。
【図１４】本発明のより具体的な第１の発明に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成を示す回路図。
【図１５】本発明のより具体的な第１の発明の変形例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路５００の構成を示す回路図。
【図１６】本発明のより具体的な第７の発明に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１００，２００，３００ フィルタ機能付き高周波スイッチング回路
４００，５００，６００ フィルタ機能付き高周波スイッチング回路
Ｉｎ 入力端子
Ｏｕｔ−ｉ 第ｉ出力端子（ｉは１又は２、以下、この欄においてｉは第ｉ出力端子側の構成要素を示す）
１ｉ，２ｉ，３ｉ スイッチ回路
ＡimとＢim 結合線路を構成する２つの線路（ｍは１又は２、以下、この欄において同じ）
Ａi0，Ｂi0 結合されていない線路
Ｃim 結合されたオープンスタブによるキャパシタ
Ｃi0，Ｃｄim Ｂi0又はＤimと接地との間に設けられた容量
Ｄim ダイオード
Ｒi0，Ｒｄim Ｂi0とＣi0の接続点又はＤimとＣｄimの接続点に電位を印加するための抵抗
ＯＳi2，ＯＳi3 帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブ
Ａ0，Ｂ0，Ｃ0，Ａm，Ｂm，Ｃm，Ｄm，Ｒ0
各々Ａi0，Ｂi0，Ｃi0，Ａim，Ｂim，Ｃim，Ｄim，Ｒi0と同一の素子。
ＣF 線路Ｂ0と接地容量Ｃ0が有する機能と対応する機能を発揮する容量。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ機能付き高周波スイッチ回路に関する。本発明は特に１個の入力端子と２個の出力端子を有するフィルタ機能付き高周波スイッチ回路に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、１／４波長線路を用い、２個のダイオードに異なる直流電位を印加することによりスイッチ機能を有する１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチ回路９００の構成を示す回路図である。フィルタ機能付き高周波スイッチ回路９００は、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔ−１の間にスイッチ回路９１を、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔ−２の間にスイッチ回路９２を有し、当該スイッチ回路９１及び９２は同一特性の素子から構成される。スイッチ回路９ｉ（ｉは１又は２）は、両端に直流遮断用の容量Ｃ9i1とＣ9i2を有し、その間に１／４波長線路ＳＬ9iを接続する。１／４波長線路ＳＬ9iと容量Ｃ9i2の接続点には抵抗Ｒ9iを介して正又は負電位を印加可能としてダイオードＤ9iのアノードを接続し、ダイオードＤ9iのカソードは接地する。こうして、例えば抵抗Ｒ91を介してダイオードＤ91のアノードに正電位を、抵抗Ｒ92を介してダイオードＤ92のアノードに負電位を印加すると、ダイオードＤ91には電流が流れて導通状態となるるためスイッチ回路９１はオフ（遮断の作用をする）、ダイオードＤ92には電流が流れず遮断状態となるためスイッチ回路９２はオンとなり、出力端子Ｏｕｔ−１には高周波は出力されず、出力端子Ｏｕｔ−２に帯域濾波された高周波が出力される。
【０００３】
さて、２ポート高周波回路より構成された、比較的小型のバンドパスフィルタとしては、例えば、下記に記載されているもの等が一般に知られている。
【０００４】
【非特許文献１】
MWE2000 Microwave Workshop Digest,pp.461-468（2000）『トリプレート・ストリップ線路フィルタ』
【非特許文献２】
ＮＥＣ技法 Vol.51 No.4／1998，pp.119-123『多層プリント基板を利用したマイクロ波衛星通信用フィルタ』
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１の技術はＬＴＣＣ（低温焼成セラミクス）を用いることから、他の基板への実装が必要であり、誘電率の低い有機基板へ応用が困難であり、特に有機基板における厚みのバラツキによる品質の不安定さが問題であった。また、非特許文献２の技術は１／４波長線路が複数必要で、フィルタ回路が大きくなってしまう問題があった。また、ダイオードをオンとしてスイッチとしてはオフに機能させる場合、順方向に電流を流すため、少なからず電力を消費する問題や、ダイオードをオフとしてスイッチとしてはオンに機能させる場合、逆バイアスを低電位とした上で入出力のパワー特性が線形である範囲をより拡張すべきとの課題があった。
【０００６】
そこで本発明者らは、図９（ｃ）の構成を代表構成とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を発明し、特許出願している（特願２００１−３１５２４３、特願２００２−１９１０、特願２００２−２２６８９）。簡単に、図９（ｃ）の構成について説明する。
【０００７】
図９（ａ）と（ｂ）は、左右対称な構成の回路である図９（ｃ）の回路を中央で２分割したものであり、図９（ａ）においてはインダクタンスＬを省いて入出力端子Ｐｏｒｔ２を設け、図９（ｂ）においてはインダクタンスＬを残して入出力端子Ｐｏｒｔ２を設けたものである。尚、図９（ｂ）においてはインダクタンスＬを線路に置き換えても以下の議論に差は無い。図９（ａ）は端子Ｐｏｒｔ１に線路Ａと容量Ｃａを直列に接続して接地し、端子Ｐｏｒｔ２に線路Ｂと容量Ｃｂを直列に接続して接地し、線路Ａと線路Ｂを結合線路としたものである。
【０００８】
今、図９の（ａ）の回路において、端子ＰｏｒｔｍからＰｏｒｔｎへの伝送特性を絶対値が１以下の複素数としてＳmnで示す。即ちＳ11はＰｏｒｔ１から入力した場合の反射特性、Ｓ12はＰｏｒｔ１から入力しＰｏｒｔ２へ出力した場合の透過特性である。図９の（ａ）の回路において理想的にはいずれの端子からの反射特性も０とし、いずれの端子からも他方へは減衰が無いことが好ましい。即ち、Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立することが理想である。この関係は、所望の周波数を有する信号が目的のフィルタ回路において、反射されずに、且つ損失無く伝送されるための必要条件である。
【０００９】
今ｍ行ｎ列がＳmnである特性行列Ｓを考えると、偶励振として固有ベクトル（１，１）を、奇励振として固有ベクトル（１，−１）を有するものが望ましい。偶励振の固有ベクトル（１，１）に対する行列Ｓの固有値をλ1、奇励振として固有ベクトル（１，−１）に対する行列Ｓの固有値をλ2とおく。まず、固有ベクトル（１，１）と固有ベクトル（１，−１）を縦ベクトルとして並べた行列Ｐを考える。即ち式（１）のとおりである。
【数１】
行列Ｓが次の式（２）ように展開できることは明らかである。
【数２】
Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立する場合は偶励振の固有値λ1と奇励振の固有値λ2が位相が１８０度ずれている場合である。例えば、λ1＝−λ2＝±１の場合、Ｓ11＝Ｓ22＝０、｜Ｓ12｜＝｜Ｓ21｜＝１が成立する。しかし、λ1＝−λ2＝１は、偶励振でオープン、奇励振でショートとなる場合であって伝送線路を示すものであり、フィルタ回路とはならない。また、λ1＝−λ2＝−１は、偶励振でショート、奇励振でオープンとなる場合であって、１／２波長の線路に対応するものであり、やはりフィルタ回路とはならない。そこで例えばλ1＝−λ2＝±ｊがフィルタ回路の設計条件（位相条件）となる。尚、λ1＝±１、±ｊについて、図１０の（ａ）にスミスチャート上の対応を示した。
【００１２】
さて、図９の（ａ）のように、カップリングライン（線路Ａ及び線路Ｂ）を加えると、Ｐｏｒｔ１から信号を入力しＰｏｒｔ２から出力することができる。また同時に、ポート２からの信号はポート１に僅かに伝送されるため、ポート２から見たインピーダンスはスミス・チャートの内側に入る。これを図１０の（ｂ）にシミュレーション結果としてスミス・チャートで示す。グラフは、入力信号が4GHz〜8GHzの場合を示し、その曲線上の略中央に位置している黒丸は、5.8GHzの信号に対する反射特性を示している。
【００１３】
一方、対称回路が効率よく信号を伝送するのは、その対称面でコンジュゲート・マッチ（インピーダンス整合）した場合である。検討対象としている高周波回路は左右対称であるので、この条件は反射係数Ｓａが実数であることを意味する。即ち、ａ点から右及び左を見た特性インピーダンスが順抵抗を示すべきである。そこで、図９（ｂ）に示す様に、フィルタ回路の対称面の近傍にインダクタンス成分Ｌ又は線路を加える。図１０（ｃ）は、図９（ｂ）の回路（フィルタ回路の左半分）における、反射特性（Ｓａ）に対する効果を示すスミス・チャートである。この様に、インダクタンス成分の作用を利用して、反射係数Ｓａをスミス・チャートの横軸（実数軸）上に移動させることにより、左右対称のフィルタ回路の対称面でコンジュゲート・マッチさせることができる。即ち、この様な手段により、伝送効率の高いバンドパスフィルタを構成することができる。
【００１４】
図１２は、この図９（ａ）の回路の偶励振に対応する回路（図１１（ａ））に関するシミュレーション結果と、奇励振に対応する回路（図１１（ｂ））に関するシミュレーション結果をそれぞれ例示するスミス・チャートである。
【００１５】
図１２におけるマーカーｍ３（下方）は、偶励振時における回路（図１１（ａ））の反射係数（λ1）を、マーカーｍ５（上方）は、奇励振時における回路（図１１（ｂ））の反射係数（λ2）をそれぞれ示している。ただし、シミュレーションした入力信号の周波数はそれぞれ5.8GHzとした。この様に、偶励振時、奇励振時の反射係数の虚数成分は、それぞれ−ｊ，ｊとなり、図９（ｃ）の対称２ポート回路が、上述の位相条件を満たす。即ち図９（ｃ）の対称２ポート回路はバンドパスフィルタが構成できることが判る。実際、5.8GHzを中心周波数とするバンドパスフィルタをシミュレーションすると、図１３（ａ）、（ｂ）のような結果となる。周波数5.8GHzに対し、Ｓ21＝-1.3dBと減衰量が小さく、Ｓ11＝-41.9dBと反射量は小さく、良好に高周波が出力される。
【００１６】
本願は、図９（ｃ）でＣｂをダイオードに置き換えたスイッチ回路とした高周波スイッチング回路である。更に、当該スイッチ回路を２つ設けて１入力２出力（ＳＰＤＴ）のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路としたものである。そしてそれらのフィルタ機能の新規特性の付与及び特性改良を目的とするものであり、オフ時に電力を消費しないスイッチを作成すること、あるいはオン時に低電位で入出力パワー特性の線形性の範囲を拡張することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、１つの入力端子と、１つの出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間にスイッチ回路を有し、当該スイッチ回路について少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、所望の帯域幅の高周波を透過又は遮断するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、当該スイッチ回路は、一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、第２の線路の他端に一端が接続され、第１のダイオードと同一極が第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が出力端子と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、第２の線路と第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路とから構成されており、第１及び第２のキャパシタンス、第１及び第４の線路、第２及び第３の線路、第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、スイッチ回路は第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点を中心として対称であり、制御可能とした電位は第２の電位及び第４の電位の少なくとも一方であることを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。尚、第５の線路はインダクタとして作用しても良く、また、オープンスタブとして容量として働いても良い。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に係る同一機能のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を２個組み合わせた１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。即ち、１つの入力端子と、２つの出力端子と、入力端子と２つの出力端子との間にそれぞれ同一構成のスイッチ回路を有し、当該２つのスイッチ回路のそれぞれについて少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、少なくとも一方に所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路は各々、一端が入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、第２の線路の他端に一端が接続され、第１のダイオードと同一極が第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、第２の線路と第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路とから構成されており、第１及び第２のキャパシタンス、第１及び第４の線路、第２及び第３の線路、第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、２つのスイッチ回路は各々が第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点を中心として対称であり、制御可能とした電位は第２の電位及び第４の電位の少なくとも一方であることを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路である。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路のうち、一方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を０又は逆方向バイアスとし、他方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって第１及び第２のダイオードに電流が流れない範囲の電位差を付加することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、２つのスイッチ回路のうち、一方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を逆方向バイアスであって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きくし、他方には第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きく、第１及び第２のダイオードに電流が流れる範囲の電位差を付加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第２の線路と第３の線路と第５の線路の接続点に、透過する帯域の中心周波数の高周波についての第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとを設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第５の線路に替えてインダクタンスを設けたことを特徴とする。また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、第５の線路を除き、第２の線路と第３の線路の接続点に第４の電位と容量の一端が接続され、当該容量の他端を接地したことを特徴とする。
【００２３】
【作用及び発明の効果】
ダイオードは電流が流れなければ容量として作用させることができる。そこで入力端子と出力端子とにそれぞれ線路（第１及び第４の線路）を接続し、それらとそれぞれ結合する２本の線路（第２及び第３の線路）を直列接続する。後者の２本の線路は両端に２個のダイオードの同極をつなぎ、２個のダイオード間の２本の線路と２個のダイオードの他極（同電位とする）の電位差を制御可能とする。即ち２本の線路の接続点と、ダイオードの線路に接続した側と反対側の極との少なくとも一方を電位制御可能とする。一方のみ電位制御可能とした場合は他方は電位を固定する。これにより、２個のダイオードに電流が流れない、即ち逆バイアスか順バイアスであっても電位差が小さい場合は、２個のダイオードが容量として作用し、入力端子から第１の線路、それに結合した第２の線路、それと接続した第３の線路、それと結合した第４の線路から出力端子へと、高周波を出力することができる。この時、第１及び第４の線路に接続した第１及び第２のキャパシタンスを設計することで、入力端から出力端へのバンドパスフィルタとして機能させることができる。その帯域は線路、キャパシタンス、ダイオードの各構成素子を適宜設計することにより容易に設計できる（請求項１）。このようなスイッチ回路を２つ設けた回路は、１入力２出力のバンドパスフィルタとして機能させることができる（請求項２）。２個のダイオードに電流が流れない場合、その電位差の変化ははダイオードが形成する容量の変化となるので、電位差を２個のスイッチ回路のそれぞれで異なるようにすることで帯域の異なるバンドパスフィルタとして機能させることができる（請求項３）。このとき消費電力は無い。
【００２４】
ダイオードに十分な逆バイアス電位を印加することで、大きな高周波入力に対しても歪みを小さくし、線形性を保てるダイナミックレンジを大きくすることができる（請求項４）。また、第２次高調波や第３次高周波をショートできるようにオープンスタブ又は容量を接続すれば、高調波による歪みを除くことができるので、やはり線形性を保てるダイナミックレンジを大きくすることができる（請求項５）。電圧制御点と結合線路との間の線路はインダクタンスに変換可能であって同様の作用をするよう容易に設計可能である（請求項６）。あるいは当該線路を除き、電圧制御点と接地間に設計により容量を設けることでも同様のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路を構成できる（請求項７）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例につき、具体的な回路図を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２６】
〔第１実施例〕
図１は本発明の具体的な第１の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を示す回路図である。フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１個の入力端子Ｉｎと、２個の出力端子Ｏｕｔ−１及びＯｕｔ−２を有し、２つの電圧制御端子ＶCTL1及びＶCTL2を有する。
【００２７】
入力端子Ｉｎには、２つの線路Ａ10とＡ20が接続され、各々が出力端子Ｏｕｔ−１及びＯｕｔ−２との間にスイッチ回路１１及び１２を有している。当該２つのスイッチ回路１１及び１２は、各々１入力１出力のフィルタ機能付きスイッチを構成するものであって、それらは全く同一の構成である。尚、２つの線路Ａ10とＡ20は特性調整用に設けたものであって、本願発明の実施例としては必須の構成要素ではない。
【００２８】
線路Ａi0と出力端子Ｏｕｔ−ｉ（ｉ＝１又は２）との間のスイッチ回路１ｉの構成は以下の通りである。線路Ａi0の入力端子Ｉｎと接続された側とは反対側に、線路Ａi1とキャパシタンスＣi1が直列に接続されて接地されている。キャパシタンスＣi1は、結合線路として構成したものを図１に示したが、通常の容量により構成しても良い。線路Ａi1は、線路Ｂi1と結合線路を構成し、線路Ｂi1の一端はダイオードＤi1のアノードに接続され、ダイオードＤi1のカソードは接地されている。線路Ｂi1の他端には線路Ｂi0と線路Ｂi2が接続されている。線路Ｂi0の他端には容量Ｃi0と抵抗Ｒi0とが接続され、容量Ｃi0の他端は接地され、抵抗Ｒi0の他端は電圧制御端子ＶCTLiである。また、線路Ｂi2の他端はダイオードＤi2のアノードに接続され、ダイオードＤi2のカソードは接地されている。線路Ｂi2は、線路Ａi2と結合線路を構成している。線路Ａi2の一端は出力端子Ｏｕｔ−ｉに接続され、他端にキャパシタンスＣi2が接続されて接地されている。キャパシタンスＣi2は、結合線路として構成したものを図１に示したが、通常の容量により構成しても良い。
【００２９】
キャパシタンスＣi1とキャパシタンスＣi2、線路Ａi1と線路Ａi2、線路Ｂi1と線路Ｂi2、ダイオードＤi1とＤi2は素子特性が各々同一であり、スイッチ回路１ｉは線路Ｂi1と線路Ｂi2の接続点を中心として入出力側に対して対称な構成である。また、スイッチ回路１１及び１２は、電圧制御端子ＶCTL1及びＶCTL2に独立して電圧を印加できることを除いて全く同様の構成である。
【００３０】
スイッチ回路１ｉの電圧制御端子ＶCTLiを接地すると、ダイオードＤi1とＤi2には電流が流れず、ダイオードＤi1とＤi2とは共に同じ容量となる。この時、スイッチ回路１ｉが所望のバンドパスフィルタとなるように上述したように予め設計しておく。即ち、電圧制御端子ＶCTLiを接地すると、出力端子Ｏｕｔ−ｉへは所望の帯域の高周波が出力される。ダイオードＤi1とＤi2に電流が流れる程度の正電位を電圧制御端子ＶCTLiを印加すると、線路Ａi1から線路Ｂi1に高周波が供給されず、出力端子Ｏｕｔ−ｉには高周波が出力されない。即ち、電圧制御端子ＶCTLiに十分な正電位を印加すると、出力端子Ｏｕｔ−ｉへは高周波が出力されない。
【００３１】
これについて行ったシミュレーションを図２（ａ）に示す。スイッチ回路１１及び１２について5.8GHzを中心周波数とするバンドパスフィルタとして設計し、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とさせたシミュレーションである。この時、スイッチ回路１２のダイオードＤ11及びＤ12には750μAの電流が流れた。図２（ａ）は、入力端子Ｉｎへ入力する高周波の周波数と、出力端子Ｏｕｔ−１、Ｏｕｔ−２の出力の関係を示したものであり、中心周波数5.8GHzにおいて出力端子Ｏｕｔ−１には-2.9dBと極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には-59.6dBと極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断されていることがわかる。このように、ダイオードを用いたフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路として極めて良好であることが示された。
【００３２】
〔変形例〕
図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について、スイッチ回路１ｉの電圧制御端子ＶCTLiに電流が流れない程度の正電位を印加すると、ダイオードＤi1とＤi2には電流が流れないのであるから、ダイオードＤi1とＤi2とは容量として働く。この時の容量は、電位が印加されているため、電位が印加されていないときの容量から変化している。そこでこれを利用し、5.8GHzを中心周波数とする図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に0.3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２を容量を変化させたオン（異なる帯域のバンドパスフィルタとして機能させる）とさせたシミュレーションを行った。その結果を図２（ｂ）に示す。スイッチ回路１１のダイオードＤ11及びＤ12には電流が流れず、スイッチ回路１２のダイオードＤ21及びＤ22にも電流は流れなかった。図２（ｂ）は、入力端子Ｉｎへ入力する高周波の周波数と、出力端子Ｏｕｔ−１、Ｏｕｔ−２の出力の関係を示したものであり、出力端子Ｏｕｔ−１には中心周波数5.8GHzにおいて-2.9dBと極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には中心周波数5.8GHzにおいて-29.6dBと極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断されていることがわかる。一方、中心周波数4.8GHzにおいては、逆に出力端子Ｏｕｔ−１においては極めて減衰量が大きく、良好に高周波が遮断され、出力端子Ｏｕｔ−２において極めて減衰量が小さく、良好に高周波が出力されていることがわかる。このように、ダイオードを用いたフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、１入力２出力の異なる２帯域のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路として極めて良好であることが示された。また、このとき消費電力は無い。
【００３３】
第１実施例とその変形例とから、次のことは容易に導き出せる。即ち、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は、２つのスイッチ回路１１及び１２の各々の電圧制御点ＶCTL1及びＶCTL2にそれぞれ独立に、接地電位、電流の流れない正電位、電流の流れる正電位の３通りの電位を印加することで、各々の出力端子から例えば5.8GHz帯域濾波、4.8GHz帯域濾波、遮断の３通りの出力となるような１入力２出力のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路とすることができる。
【００３４】
〔第２実施例〕
図３は本発明の具体的な第２の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成を示す回路図である。図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成は、以下の部分を除いて図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成と全く同様であり、同一の符号を付した。図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００は、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００に対し、ダイオードＤim（ｉとｍは１又は２）のカソードと接地間に容量Ｃｄimを設け、ダイオードＤimのカソードに抵抗Ｒｄimを接続してＲｄi1及びＲｄi2の他端をプルアップ電位ＶｄCTLiに接続したものである。４つの容量Ｃｄimは全て同一特性であり、４つの抵抗Ｒｄimも全て同一特性とした。
【００３５】
図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００について、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とし、さらにプルアップ電位ＶｄCTL1に3Vを印加し、プルアップ電位ＶｄCTL2を接地（0V）とした場合の電力特性を図４の（ａ）に示す。比較として、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００について電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加した場合の電力特性を図４の（ｂ）に示す。図４（ｂ）のように、図１のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００は出力の線形性が-12.3dBmでくずれ始めるのに対し、図４（ａ）のように、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００は9.4dBmまで出力の線形性がくずれない。このように、プルアップ電位を印加するようにした図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００については、大電力を印加しても出力に歪みがかからないフィルタ機能付き高周波スイッチング回路となることが示された。
【００３６】
〔第３実施例〕
図５は本発明の具体的な第３の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成を示す回路図である。図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成は、以下の部分を除いて図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成と全く同様であり、同一の符号を付した。図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００は、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００に対し、線路Ｂi0、Ｂi1、Ｂi2（ｉ＝１又は２）の接続点に帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を接続したものである。オープンスタブＯＳi2及びＯＳi3は帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波の1/4波長に対応する長さとした。
【００３７】
図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力特性図を図６の（ａ）に、周波数特性図を図６の（ｂ）に示す。いずれも、電圧制御端子ＶCTL1を接地し（0V）、電圧制御端子ＶCTL2に3Vを印加して、スイッチ回路１１をオン（バンドパスフィルタとして機能させる）、スイッチ回路１２をオフ（高周波を遮断する）とし、さらにプルアップ電位ＶｄCTL1に3Vを印加し、プルアップ電位ＶｄCTL2を接地（0V）とした場合である。図６の（ａ）のように、図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力の線形性は11.3dBmまでくずれず、図３のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の出力の線形性がくずれる9.4dBm（図４の（ａ））に対し、更に改善することができた。また、図６の（ｂ）のように、周波数特性についても、中心周波数5.8GHzにおいて出力端子Ｏｕｔ−１には-2.6dBと極めて良好に高周波が出力され、出力端子Ｏｕｔ−２には-47.2dBと極めて良好に高周波が遮断されていることがわかる。このように、帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を接続したフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００は、周波数特性を良好に保ったまま電力特性を更に改善できることが示された。
【００３８】
帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3の働きについて簡単に説明すれば、次の通りである。tを時間として入力x(t)に対する出力y(t)を式（３）のように３次項までテーラー展開する。
【数３】
入力x(t)を振幅A、角周波数ωとして式（４）で定義する。
【数４】
式（４）を式（５）に代入して整理すると式（５）のようになる。
【式５】
式（３）における三次項の係数α3は通常負であり、式（５）において、入力x(t)の振幅Aが大きくなると、入力x(t)に比例する部分である第２項の係数が小さくなり、飽和現象を示す。これに加え、第２次及び第３次高調波を示す第３項、第４項も大きくなる。このような高調波は、本来電位差が無いようにすべきオン側のスイッチ回路におけるダイオードのアノードとカソード間の電圧を増加させることとなり、歪みを増大させる。そこで第２次及び第３次高調波をショートさせるため、２つのスタブを設けることで、少なくとも式（５）の第３項及び第４項を消滅させることができる。これにより２つのスタブを設けない場合よりも電力特性が向上する。
【００４２】
図５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００においては２つのスイッチ回路３１、３２各々にオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3を設けたが、これらは容量で形成しても良い。当該容量は例えばチップ容量を用いて良いことは当然であり、そのようにチップの大きさを設計することは本願発明に包含される。
【００４３】
尚、各実施例において、図７に示すような上層及び下層にグランドを有する３層構造のトリプレートストリップ線路の中層として線路部分を形成すれば、当該部分はグランドに挟まれているため放射しないと言う利点を得ることができる。使用するメタル（図７のＭ１、ＭＣ、Ｍ２）の種類としては、金（Ａｕ）が伝導率等の面で優れているが、銅、アルミニウム、またはこれらの合金、或いは、これらを多層構造化したメタル等を使用することができる。有機基板Ｄを比誘電率が3.4とした場合の実例として、メタルＭＣが14μm厚、メタルＭ１とＭ２間の有機基板Ｄの厚さを313μmとすることで本願各発明が実施可能である。
【００４４】
上記の、第１実施例及びその変形例、第２実施例、第３実施例（以下、各実施例と言う）における各構成要素と特許請求の範囲の記載事項との対応は以下の通りである。ｉを用いて２つのスイッチ回路のどちらの構成素子であるかを区別せずに代表させるものとして、各実施例における線路Ａi1、Ｂi1、Ｂi2、Ａi2、Ｂi0が各々第１、第２、第３、第４及び第５の線路に対応する。同じく、各実施例におけるダイオードＤi1とＤi2が２個のダイオードに対応し、各実施例におけるキャパシタンスＣi1及びＣi2が各々第１及び第２のキャパシタンスに対応する。各実施例における入力端子Ｉｎ、出力端子Ｏｕｔ−１及び２が入力端子、２つの出力端子に対応する。また、オープンスタブＯＳi2及びＯＳi3が第２次高調波及び第３次高調波をショートするオープンスタブ又は容量に対応する。
【００４５】
本願発明としては次のようなより具体的な発明も把握されることを指摘する。
【００４６】
第１の具体的な発明としては、１つの入力端子と、１つの出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間にスイッチ回路を有し、当該スイッチ回路の電圧制御点に所定電位を印加することにより、所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記スイッチ回路は、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して接地された第１の線路と、
当該第１の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、カソードが接地された第１のダイオードのアノードに一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、カソードが接地された第２のダイオードのアノードに一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して接地された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第３のキャパシタンスを介して接地された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記スイッチ回路は前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記電圧制御点を、前記スイッチ回路の前記第５の線路と前記第３のキャパシタンスの間とした
ことを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
【００４７】
この具体的な発明の構成例を、図１４に示す。図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００は第１実施例のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を半分にしたものであり、符号は出力端子Ｏｕｔ−ｉとの対応を示すｉを除いたものとして対応させてある。第１及び第２のダイオードがそれぞれ図１４のダイオードＤ1、Ｄ2に対応し、第３のキャパシタンスが容量Ｃ0に対応する。また、図１４において第５の線路Ｂ0をオープンスタブとして作用させる例を図１５に示す。図１５のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路５００は図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成のうち、接地された第３のキャパシタンスである容量Ｃ0を除いたものである。このような接続により第５の線路Ｂ0はインダクタではなくオープンスタブとして容量として作用する。
【００４８】
第２の具体的な発明としては、１つの入力端子と、２つの出力端子と、前記入力端子と前記２つの出力端子との間にそれぞれ同一構成のスイッチ回路を有し、当該２つのスイッチ回路の電圧制御点に所定電位を印加することにより、少なくとも一方に所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記２つのスイッチ回路は各々、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して接地された第１の線路と、
当該第１の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、カソードが接地された第１のダイオードのアノードに一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、カソードが接地された第２のダイオードのアノードに一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路とにおいて互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して接地された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第３のキャパシタンスを介して接地された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記２つのスイッチ回路は各々が前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記電圧制御点を、前記２つのスイッチ回路のそれぞれの前記第５の線路と前記第３のキャパシタンスの間とした
ことを特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
【００４９】
この具体的な発明は、第１実施例に対応し、第１及び第２のダイオードがそれぞれ第１実施例のダイオードＤi1、Ｄi2に対応し、第３のキャパシタンスが容量Ｃi0に対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５０】
第３の具体的な発明としては、第２の具体的な発明の構成に加えて、前記２つのスイッチ回路の各々の前記電圧制御点に対し、一方には接地電位を、他方には当該スイッチ回路を構成する前記第１及び第２のダイオードに電流が流れない範囲での正電位を付加することを特徴とする。この具体的な発明は、変形例に対応する。
【００５１】
第４の具体的な発明としては、第２又は第３の具体的な発明の構成に加えて、
前記２つのスイッチ回路の各々に対し、
前記第１及び第２のダイオードのカソードと接地間に各々第４、第５のキャパシタンスを設け、
各々のスイッチ回路ごとに、前記第１のダイオードのカソードと第４のキャパシタンスの接続点並びに第２のダイオードのカソードと第５のキャパシタンスの接続点に同一電位であるプルアップ電位を印加できるようにし、
オンとすべき一方のスイッチ回路側においては、電圧制御点を接地電位に、プルアップ電位を正電位とし、
オフとすべき他方のスイッチ回路側においては、電圧制御点を正電位に、プルアップ電位を接地電位とする
ことを特徴とする。この具体的な発明は、第２実施例に対応し、第４及び第５のキャパシタンスがそれぞれ第２実施例の容量Ｃｄi1、Ｃｄi2に対応し、プルアップ電位がＶｄCTLiに対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５２】
第５の具体的な発明としては、第２乃至第４のいずれかの具体的な発明の構成に加えて、
前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点に、透過する帯域の中心周波数の高周波についての第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとを設けた
ことを特徴とする。この具体的な発明は、第３実施例に対応し、第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとがそれぞれ第３実施例のオープンスタブＯＳi2及びＯＳi3に対応する。ただしｉは１又は２である。
【００５３】
第６の具体的な発明としては、第１乃至第５のいずれかの具体的な発明の構成に加えて、
前記第５の線路に替えてインダクタンスを設けたことを特徴とする。
【００５４】
第７の具体的な発明としては、第１乃至第６のいずれかの具体的な発明の構成に対して、
前記第５の線路を除いたことを特徴とする。
【００５５】
この具体的な発明の構成例を、図１６に示す。図１６のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００は図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成のうち、第５の線路Ｂ0を除いて、電圧制御点を第２及び第３の線路Ｂ1及びＢ2の接続点としたものである。ここで第３のキャパシタンスである容量ＣFは、図１４のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の容量Ｃ0が単に電位を保つためにあるのに対し、図１６のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００の容量ＣFは、フィルタ機能を発揮すべく容量が設計されているものである。
【００５６】
図１４乃至図１６のようなフィルタ機能付高周波スイッチは、任意の設計により所望の周波数に対するスイッチとなる。即ち、異なる周波数を透過するスイッチを１の入力に接続し、各々の出力端子から所望の周波数帯域を出力する１入力多出力スイッチとすることができる。当然、それら１入力多出力スイッチを構成する個々のフィルタ機能付高周波スイッチは本願の請求項１に係る発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の構成を示す回路図。
【図２】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の一方の出力をオン、一方の出力をオフとした場合の周波数特性図、（ｂ）は、２つの出力を異なる２帯域のバンドパスフィルタとした場合の周波数特性図。
【図３】本発明の具体的な第２の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の構成を示す回路図。
【図４】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路２００の出力特性図、（ｂ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路１００の出力特性図。
【図５】本発明の具体的な第３の実施例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の構成を示す回路図。
【図６】（ａ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の出力特性図、（ｂ）は、フィルタ機能付き高周波スイッチング回路３００の周波数特性図。
【図７】トリプレート構造の一例を示す断面図。
【図８】ダイオードと１／４波長スラブ線路を用いた１入力２出力のスイッチの従来構成を示す回路図。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、いずれも、本発明の基礎構成を説明する回路図。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、いずれも、図９の回路の反射特性（Ｓａ）に関するシミュレーション結果を説明するためのスミス・チャート。
【図１１】（ａ）は偶励振時の有効回路要素を示した回路図、（ｂ）は奇励振時の有効回路要素を示した回路図、
【図１２】図１１の回路におけるインダクタンス成分の反射特性（Ｓａ）に対する効果を示すスミス・チャート。
【図１３】（ａ）は図９（ａ）の回路の透過特性を示すグラフ図、（ｂ）は図９（ａ）の回路の反射特性を示すグラフ図。
【図１４】本発明のより具体的な第１の発明に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路４００の構成を示す回路図。
【図１５】本発明のより具体的な第１の発明の変形例に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路５００の構成を示す回路図。
【図１６】本発明のより具体的な第７の発明に係るフィルタ機能付き高周波スイッチング回路６００の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１００，２００，３００ フィルタ機能付き高周波スイッチング回路
４００，５００，６００ フィルタ機能付き高周波スイッチング回路
Ｉｎ 入力端子
Ｏｕｔ−ｉ 第ｉ出力端子（ｉは１又は２、以下、この欄においてｉは第ｉ出力端子側の構成要素を示す）
１ｉ，２ｉ，３ｉ スイッチ回路
ＡimとＢim 結合線路を構成する２つの線路（ｍは１又は２、以下、この欄において同じ）
Ａi0，Ｂi0 結合されていない線路
Ｃim 結合されたオープンスタブによるキャパシタ
Ｃi0，Ｃｄim Ｂi0又はＤimと接地との間に設けられた容量
Ｄim ダイオード
Ｒi0，Ｒｄim Ｂi0とＣi0の接続点又はＤimとＣｄimの接続点に電位を印加するための抵抗
ＯＳi2，ＯＳi3 帯域フィルタの中心周波数の第２次高調波又は第３次高調波と共振するオープンスタブ
Ａ0，Ｂ0，Ｃ0，Ａm，Ｂm，Ｃm，Ｄm，Ｒ0
各々Ａi0，Ｂi0，Ｃi0，Ａim，Ｂim，Ｃim，Ｄim，Ｒi0と同一の素子。
ＣF 線路Ｂ0と接地容量Ｃ0が有する機能と対応する機能を発揮する容量。
Claims (7)
- １つの入力端子と、１つの出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間にスイッチ回路を有し、当該スイッチ回路について少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、所望の帯域幅の高周波を透過又は遮断するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記スイッチ回路は、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、
当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、前記第１のダイオードと同一極が前記第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記スイッチ回路は前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記制御可能とした電位は前記第２の電位及び前記第４の電位の少なくとも一方であること
を特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。 - １つの入力端子と、２つの出力端子と、前記入力端子と前記２つの出力端子との間にそれぞれ同一構成のスイッチ回路を有し、当該２つのスイッチ回路のそれぞれについて少なくとも１箇所の電位を制御可能とすることにより、少なくとも一方に所望の帯域幅の高周波を透過するフィルタ機能付き高周波スイッチング回路において、
前記２つのスイッチ回路は各々、
一端が前記入力端子と電気的に接続され、他端が第１のキャパシタンスを介して第１の電位に接続された第１の線路と、
当該第１の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が第２の電位に接続された第１のダイオードの他端に一端が接続された第２の線路と、
前記第２の線路の他端に一端が接続され、前記第１のダイオードと同一極が前記第２の電位に接続された第２のダイオードの他端に一端が接続された第３の線路と、
当該第３の線路に対して互いに少なくとも一部が略平行に配線されることにより結合線路を構成し、一端が前記出力端子の一方と電気的に接続され、他端が第２のキャパシタンスを介して第３の電位に接続された第４の線路と、
前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に一端が接合され、他端が第４の電位に接続された第５の線路と
から構成されており、
前記第１及び前記第２のキャパシタンス、前記第１及び第４の線路、前記第２及び第３の線路、前記第１及び第２のダイオードは素子特性を各々同一として、前記２つのスイッチ回路は各々が前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点を中心として対称であり、
前記制御可能とした電位は前記第２の電位及び前記第４の電位の少なくとも一方であること
を特徴とするフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。 - 前記２つのスイッチ回路のうち、一方には前記第２の電位及び第４の電位間の電位差を０又は逆方向バイアスとし、他方には前記第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって前記第１及び第２のダイオードに電流が流れない範囲の電位差を付加することを特徴とする請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
- 前記２つのスイッチ回路のうち、一方には前記第２の電位及び第４の電位間の電位差を逆方向バイアスであって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きくし、他方には前記第２の電位及び第４の電位間の電位差を順方向であって入力端子からの入力する高周波の電圧振幅より大きく、前記第１及び第２のダイオードに電流が流れる範囲の電位差を付加することを特徴とする請求項２に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
- 前記第２の線路と前記第３の線路と前記第５の線路の接続点に、透過する帯域の中心周波数の高周波についての第２次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスと、同じく第３次高調波をショートするオープンスタブ又はキャパシタンスとを設けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。 - 前記第５の線路に替えてインダクタンスを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
- 前記第５の線路を除き、前記第２の線路と前記第３の線路の接続点に第４の電位と容量の一端が接続され、当該容量の他端を接地したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のフィルタ機能付き高周波スイッチング回路。
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