JP4120131B2

JP4120131B2 - 高周波スイッチ

Info

Publication number: JP4120131B2
Application number: JP2000106980A
Authority: JP
Inventors: 尚樹中山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2001292075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波スイッチ、特に、移動体通信機器等に組み込まれて用いられる高周波スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波スイッチは、一般的には、デジタル携帯電話等において送信回路と受信回路とを切り換えるために用いられる。図４は、従来の高周波スイッチ１を示す電気回路図である。この高周波スイッチ１は、送受信用スイッチ回路８と、該送受信用スイッチ回路８の送信側に電気的に接続された３次ローパスフィルタ回路９とを備えている。送受信用スイッチ回路８の送信用端子Ｔｘ側には、ダイオードＤ１のアノードが接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、伝送線路２及びコンデンサＣ１の直列回路を介し、グランドに接地している。伝送線路２とコンデンサＣ１との中間接続点には、電圧制御用端子Ｖｃ１が接続している。ダイオードＤ１のカソードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続している。また、ダイオードＤ１の両端には、伝送線路４およびコンデンサＣ３の直列回路を接続している。
【０００３】
アンテナ用端子ＡＮＴには、伝送線路３を介して受信用端子Ｒｘが接続している。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ２のアノードが接続している。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２を介してグランドに接地している。ダイオードＤ２とコンデンサＣ２との中間接続点には抵抗Ｒ１を介して電圧制御用端子Ｖｃ２が接続している。
【０００４】
一方、３次ローパスフィルタ回路９は、伝送線路５と、伝送線路５の両端とグランドとの間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ５，Ｃ６と、伝送線路５に対して並列に接続されたコンデンサＣ４にて構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波スイッチの送信用端子Ｔｘ側にはパワーアンプが接続される。そして、このパワーアンプからは、送信周波数の信号波（基本波）だけでなく、その２倍波、３倍波なども漏れてくる。この２倍波や３倍波を減衰させるためには、５次のローパスフィルタ回路などが必要であった。ところが、５次のローパスフィルタ回路は構成素子数が多く、高周波スイッチの挿入損失が大きくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、図４に示している高周波スイッチ１は、ローパスフィルタ回路９により２倍波を減衰させるとともに、伝送線路２と伝送線路４およびコンデンサＣ３の直列回路とで構成された回路により３倍波を減衰させて、ローパスフィルタ回路９の次数を３次に抑え、前述の問題を解消していた。
【０００７】
ところが、小型化の要求されるデジタル携帯電話等においては、その内部で使用される部品においても小型化が要求されている。このため、高周波スイッチ１の小型化、低背化で伝送線路２，４のＱ値が悪くなり、十分に３倍波を減衰することができなくなってきた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、小型で性能の優れた高周波スイッチを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するために、本発明に係る高周波スイッチは、
（ａ）少なくとも二つのスイッチング素子を有した送受信用スイッチ回路と、
（ｂ）前記送受信用スイッチ回路の送信側に電気的に接続されたローパスフィルタ回路とを備え、
（ｃ）前記送受信用スイッチ回路の送信側には、第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子とシャント接続された第１の伝送線路とが含まれ、
（ｄ）前記送受信用スイッチ回路の受信側には、第２のスイッチング素子と、該第２のスイッチング素子と接続された第２の伝送線路とが含まれ、
（ｅ）前記ローパスフィルタ回路は、送信用端子とアンテナ用端子とを結ぶ経路上に配置された第３の伝送線路と、該第３の伝送線路の一方の端部とグランドとの間に接続されたシャントコンデンサと、該第３の伝送線路の他方の端部とグランドとの間に接続された第４の伝送線路と、該第４の伝送線路とグランドとの間に接続されたいま一つのシャントコンデンサと、からなる直列回路を含み、
（ｆ）前記直列回路の直列共振周波数を送信周波数のｎ倍波（ｎ＝２，３，４，…）と略等しい周波数に設定し、
（ｇ）前記第４の伝送線路は、複数の誘電体層を積層して構成した積層体に内蔵されたビアホールを含み、かつ、前記第１の伝送線路と平行になる部分がないように配置されていること、
を特徴とする。
【００１１】
ローパスフィルタ回路のシャントコンデンサと第３および第４の伝送線路の直列共振周波数を送信周波数のｎ倍波と略等しい周波数に設定することにより、送受信用スイッチ回路の送信側のスイッチング素子の両端に接続されている伝送線路が担っているｎ倍波の減衰作用をサポートする。
【００１３】
以上の構成により、一つの部品内に必要な回路が内蔵された積層構造の高周波スイッチが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波スイッチの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る高周波スイッチの一例を示す電気回路図である。この高周波スイッチ１１は、送受信用スイッチ回路１８と、該送受信用スイッチ回路１８の送信側に電気的に接続されたローパスフィルタ回路１９とを備えている。送受信用スイッチ回路１８の送信用端子Ｔｘ側には、スイッチング素子であるダイオードＤ１１のアノードが接続されている。ダイオードＤ１１のアノードは、伝送線路１２およびコンデンサＣ１１の直列回路を介してグランドに接地している。伝送線路１２とコンデンサＣ１１との中間接続点には、電圧制御用端子Ｖｃ１が接続している。この電圧制御用端子Ｖｃ１には、高周波スイッチ１１の伝送路を切り換えるためのコントロール回路が接続される。ダイオードＤ１１のカソードは、アンテナ用端子ＡＮＴに接続している。
【００１６】
アンテナ用端子ＡＮＴには、伝送線路１３を介して受信用端子Ｒｘが接続している。さらに、受信用端子Ｒｘには、ダイオードＤ１２のアノードが接続している。ダイオードＤ１２のカソードは、バイアスカット用コンデンサＣ１２を介してグランドに接地している。ダイオードＤ１２とコンデンサＣ１２との中間接続点には、抵抗Ｒ１１を介して電圧制御用端子Ｖｃ２が接続している。この電圧制御用端子Ｖｃ２には、高周波スイッチ１１の伝送路を切り換えるためのコントロール回路が接続される。
【００１７】
ダイオードＤ１１の両端（アノード・カソード間）には、伝送線路１４及びコンデンサＣ１３の直列回路が接続している。伝送線路１４及びコンデンサＣ１３は伝送線路１２とともに、送信用端子Ｔｘ側に接続されたパワーアンプ（図示せず）から漏れてくる送信周波数の３倍波を減衰させるように作用する。
【００１８】
ここに、伝送線路１２，１３として、特性インピーダンスが４０Ω以上の分布定数線路、あるいは、高周波インダクタが使用される。分布定数線路の場合、伝送線路１２，１３の線路長は、λ／１２以上λ／４以下（λ：所望周波数の波長）の範囲に設定される。伝送線路１４も、分布定数線路や高周波インダクタが使用される。
【００１９】
一方、ローパスフィルタ回路１９は、送信用端子Ｔｘと送受信用スイッチ回路１８との間に接続されている。ローパスフィルタ回路１９は、伝送線路１５と、伝送線路１５の一方の端部とグランドとの間に接続されたシャント（分路）コンデンサＣ１５と、伝送線路１５の他方の端部とグランドとの間に接続された伝送線路１６とシャント（分路）コンデンサＣ１６の直列回路と、伝送線路１５に対して並列に接続されたコンデンサＣ１４にて構成されている。このとき、シャントコンデンサＣ１６と伝送線路１６の直列共振周波数を、送信周波数の３倍波と等しい周波数に設定する。本実施形態では、シャントコンデンサＣ１６のキャパシタンス値を約１．７ｐＦとし、伝送線路１６を後述のビアホール２３ａ，２３ｂにて形成して、そのインダクタンス値を０．５ｎＨとすることにより、直列共振周波数を５．５ＧＨｚに設定した。なお、伝送線路１６は、シャントコンデンサＣ１６と直列回路を構成する代わりに、シャントコンデンサＣ１５と直列回路を構成するようにしてもよく、シャントコンデンサＣ１５，Ｃ１６の両方に設けても良い。
【００２０】
このローパスフィルタ回路１９は、送信用端子Ｔｘ側に接続されたパワーアンプ（図示せず）から漏れてくる送信周波数の２倍波を減衰させるだけでなく、３倍波も減衰させるように作用する。つまり、ローパスフィルタ回路１９は、伝送線路１２，１４が担っている３倍波の減衰作用をサポートすることができる。従って、ローパスフィルタ回路１９の構成素子数が、図４に示した従来の高周波スイッチ１と比較して一つ増えるだけで、３倍波の減衰を十分に取ることができる。具体的には、本実施形態の高周波スイッチ１１の３倍波減衰量は２８ｄＢで、挿入損失は１．４１ｄＢであったのに対して、図４に示した従来の高周波スイッチ１の３倍波減衰量は２２ｄＢで、挿入損失は１．４４ｄＢであった。
【００２１】
次に、この高周波スイッチ１１を用いての送受信について説明する。電圧制御用端子Ｖｃ１に正電位を印加し、電圧制御用端子Ｖｃ２を負電位または接地電位にした場合、ダイオードＤ１１，Ｄ１２はＯＮ状態となる。この結果、送信用端子Ｔｘに入った送信信号は、ローパスフィルタ回路１９、ダイオードＤ１１を経てアンテナ用端子ＡＮＴに伝送される。このとき、送信信号は受信用端子Ｒｘに殆ど伝送されない。ダイオードＤ１２がＯＮ状態のときの自身が有するインダクタンスとコンデンサＣ１２の容量が送信周波数で直列共振し、インピーダンスが０となるからである。つまり、伝送線路１２，１３はλ／４のショートスタブとして動作するため、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴが接続され、受信用端子Ｒｘはグランドに接地される。
【００２２】
また、電圧制御用端子Ｖｃ１を負電位または接地電位にし、電圧制御用端子Ｖｃ２に正電位を印加した場合、ダイオードＤ１１，Ｄ１２はＯＦＦ状態となる。従って、送信用端子Ｔｘとアンテナ用端子ＡＮＴとの間が遮断されると共に、受信用端子Ｒｘとグランドとの間も遮断される。この結果、アンテナ用端子ＡＮＴに入った受信信号は、伝送線路１３を経て受信用端子Ｒｘに伝送され、送信用端子Ｔｘには殆ど伝送されない。このように、高周波スイッチ１１は、電圧制御用端子Ｖｃ１，Ｖｃ２に印加するバイアス電圧をコントロールすることにより、送受の信号の伝送路を切り換えることができる。
【００２３】
次に、図１に示した電気回路を有した、積層型高周波スイッチ１１について、図２および図３を参照して説明する。図２は、図１に示した電気回路を有した積層型高周波スイッチ１１の構成概念を示す分解斜視図である。なお、図２において、層間を電気的に接続するためのビアホールは一部しか記載しておらず、また、内部電極と外部端子を電気的に接続するための引出し電極も一部しか記載していない。
【００２４】
高周波スイッチ１１は、分布定数線路２０，２１，２２を設けた誘電体シート４５と、広面積のグランド電極３５，３６，３７を設けた誘電体シート４５と、コンデンサ電極２５，２６，２７，２８を設けた誘電体シート４５と、パッド４１を設けた誘電体シート４５等にて構成されている。
【００２５】
分布定数線路２０，２２は例えば蛇行形状をしており、それぞれ伝送線路１２，１３を形成する。分布定数線路２１は例えば渦巻き形状をしており、伝送線路１５を形成する。コンデンサ電極２５，２６，２７，２８はそれぞれシート４５を挟んでグランド電極３６，３７に対向しており、グランド電極３６，３７とともにコンデンサＣ１１，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１２を形成する。
【００２６】
また、伝送線路１５を形成している分布定数線路２１とコンデンサＣ１６を形成しているコンデンサ電極２７とは、誘電体シート４５に設けたビアホール２３ａ，２３ｂを介して電気的に接続している。このビアホール２３ａ，２３ｂは、伝送線路１６を形成する。
【００２７】
以上の構成からなる各シート４５は積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図３に示すように積層体５０とされる。積層体５０の奥側の側面部には、送信用端子Ｔｘ、グランド用端子Ｇ３および受信用端子Ｒｘが形成される。積層体５０の手前側の側面部には、電圧制御用端子Ｖｃ１，Ｖｃ２およびアンテナ用端子ＡＮＴが形成される。積層体５０の左右の側面部には、それぞれグランド用端子Ｇ２，Ｇ１が形成される。積層体５０の上面のパッド４１には、それぞれダイオードＤ１１，Ｄ１２、コンデンサＣ１３，Ｃ１４、抵抗Ｒ１１、並びに、伝送線路１４を形成するインダクタＬ１が半田付けされる。
【００２８】
さらに、積層体５０の上面には、金属製カバー５１が被せられる。金属製カバー５１の左右に設けた足部５２は、それぞれ積層体５０の左右に設けたグランド用端子Ｇ２，Ｇ１に半田付けされる。
【００２９】
こうして、図１に示した電気回路を有した、表面実装タイプの積層型高周波スイッチ１１が得られる。この積層型高周波スイッチ１１は、一つの部品内に必要な回路が内蔵されており、小型化を図ることができる。
【００３０】
なお、本発明に係る高周波スイッチは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードとアノードを逆にするとともに電圧制御用端子Ｖｃ１，Ｖｃ２に印加する電位を前記実施形態とは逆にすることによって、ダイオードＤ１１，Ｄ１２をＯＮ／ＯＦＦ制御してもよい。
【００３１】
また、ローパスフィルタ回路のシャントコンデンサに直列に接続される伝送線路は、ビアホール以外に、分布定数線路や高周波インダクタを使用してもよいことは言うまでもない。さらに、送受信用スイッチ回路のスイッチング素子として、可変容量ダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどを用いてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ローパスフィルタ回路の二つのシャントコンデンサのうちいずれか一方のシャントコンデンサに電気的に直列に第３および第４の伝送線路を接続し、シャントコンデンサと第３および第４の伝送線路の直列共振周波数を送信周波数のｎ倍波と略等しい周波数に設定することにより、送受信用スイッチ回路の送信側のスイッチング素子の両端に接続されている伝送線路が担っているｎ倍波の減衰作用をサポートすることができる。従って、ローパスフィルタ回路の構成素子数が一つ増えるたけでｎ倍波の減衰を十分に取ることができる。しかも、シャントコンデンサに直列に接続する伝送線路のインダクタンス値は小さくてよいため、ビアホールなどで構成することができる。この結果、小型で性能の優れた高周波スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波スイッチの一実施形態を示す電気回路図。
【図２】図１に示した電気回路を有した積層型高周波スイッチの分解斜視図。
【図３】図２に示した積層型高周波スイッチの外観を示す斜視図。
【図４】従来の高周波スイッチを示す電気回路図。
【符号の説明】
１１…高周波スイッチ
１２，１３…伝送線路
１６…伝送線路
１８…送受信用スイッチ回路
１９…ローパスフィルタ回路
４５…誘電体シート
５０…積層体
Ｃ１５，Ｃ１６…シャントコンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２…ダイオード
Ｔｘ…送信用端子
Ｒｘ…受信用端子
ＡＮＴ…アンテナ用端子

Claims

少なくとも二つのスイッチング素子を有した送受信用スイッチ回路と、
前記送受信用スイッチ回路の送信側に電気的に接続されたローパスフィルタ回路とを備え、
前記送受信用スイッチ回路の送信側には、第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子とシャント接続された第１の伝送線路とが含まれ、
前記送受信用スイッチ回路の受信側には、第２のスイッチング素子と、該第２のスイッチング素子と接続された第２の伝送線路とが含まれ、
前記ローパスフィルタ回路は、送信用端子とアンテナ用端子とを結ぶ経路上に配置された第３の伝送線路と、該第３の伝送線路の一方の端部とグランドとの間に接続されたシャントコンデンサと、該第３の伝送線路の他方の端部とグランドとの間に接続された第４の伝送線路と、該第４の伝送線路とグランドとの間に接続されたいま一つのシャントコンデンサと、からなる直列回路を含み、
前記直列回路の直列共振周波数を送信周波数のｎ倍波（ｎ＝２，３，４，…）と略等しい周波数に設定し、
前記第４の伝送線路は、複数の誘電体層を積層して構成した積層体に内蔵されたビアホールを含み、かつ、前記第１の伝送線路と平行になる部分がないように配置されていること、
を特徴とする高周波スイッチ。
前記第１および第２のスイッチング素子は、ダイオードで構成されて前記積層体の表面に搭載されており、
前記第１ないし第４の伝送線路のうち、少なくとも一つは前記積層体に内蔵されていること、
を特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。