JP4213706B2 - High frequency switch circuit - Google Patents
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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。 The present invention relates to a high-frequency switch circuit, and more particularly to a high-frequency switch circuit used for communication equipment and a radar apparatus.
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)。 In conventional communication equipment and radar devices, for example, a high-frequency switch circuit is used for switching between transmission and reception and switching power feeding to a plurality of antennas. As an example, FIG. 9 shows a block diagram of a radar apparatus using a high-frequency two-branch switch circuit (SPDT; Single Pole Double Throw). FIG. 10 shows an example of the configuration of the two-branch switch circuit. (For example, refer to Patent Document 1).
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。
In FIG. 9, an output signal from the power amplifier 1 is applied to an
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。
By this signal, either the
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。
FIG. 10 shows an example of a specific configuration of the two-branch switch circuit (SPDT) 2. In this example, a case where the
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。
As a result, the pin (PIN)
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。
The
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。
In addition, the positive potential causes a direct current to flow in the order of the
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。
When the
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。
An example of mounting the conventional high-frequency switch circuit shown in FIG. 10 is shown in FIG. As described above, in order to control the
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。
The mounting of the
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。 The present invention has been made to solve such a problem. By eliminating the DC-cut capacitor from the circuit, it is possible to reduce the manufacturing cost and the variation in electric performance, and to transmit signals other than the signal wave to be transmitted. An object of the present invention is to provide a high-frequency switch circuit having a band-pass filter function for removing unnecessary signals such as harmonics.
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ものである。 In the high frequency switch circuit according to the present invention, a switch circuit is connected between an input terminal and a plurality of output terminals, and the input terminal and a predetermined output terminal are selectively connected to form a high frequency signal path. in the high-frequency switch circuits, the switch circuit, three and parallel microstrip line for coupling with a quarter wavelength of disposed the transmitted signal between the input terminal and the branch portion to the output terminals, the Among the three parallel microstrip lines, a pin diode having one end connected to the open ends of the two outer microstrip lines and the other end grounded is provided .
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。 Since the high-frequency switch circuit according to the present invention is configured as described above, it has both a direct-current blocking function and a band-pass filter function, as well as a reduction in the number of parts, cost reduction in the manufacturing process, and variation in electrical performance. Can be reduced.
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。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency switch circuit according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating an implementation example thereof. In these drawings, the same or corresponding parts as those in FIGS. 10 and 11 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
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。
10 and 11 are different from each other in that three parallel microstrip lines (hereinafter referred to as three-configuration λ / 4 couplers) coupled between the
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。
An outline of the operation of the high-frequency switch circuit of FIG. 1 will be described based on the explanatory diagram of FIG. The
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。
3 shows a state in which a negative potential (−) is applied to the control terminal (A) 14 and a positive potential (+) is applied to the control terminal (B) 15 in FIG. 1, and the
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。
At this time, the
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。
Conversely, the
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。
FIG. 4 is a block diagram when the circuit of FIG. 3 is configured so that the transmission signal frequency is 9 to 10 GHz using the simulation software “ADS” of Agilent Technologies.
In this figure,
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。
The calculation result in the circuit of FIG. 4 is shown in FIG. FIG. 5A shows the transmission loss of the transmission signal from the
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。
FIG. 5B shows the transmission loss of the transmission signal from the
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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the high-frequency switch circuit according to the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing an example of its implementation. In these drawings, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
1 and 2 is that
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。
An outline of the operation of the high-frequency switch circuit of FIG. 6 will be described based on the explanatory diagram of FIG. Since the
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。
8 shows a state in which a negative potential (−) is applied to the control terminal (A) 14 and a positive potential (+) is applied to the control terminal (B) 15 in FIG. 6, and the
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。
Conversely, the
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。
At this time, the
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。
Conversely, the
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。
1 power amplifier, 2 bifurcated switch circuit, 3 input terminal, 4 positive potential (+),
5 Negative potential (-), 6 External control signal, 7 Voltage driver circuit,
8, 9 output terminal, 10, 11 antenna, 12 band pass filter,
14, 15 control terminal, 16a, 16b 1/4 wavelength line of transmission signal wavelength,
17a, 17b pin diode,
18a, 18b inductor, 19a, 19b capacitor,
20a, 20b resistors, 21a, 21b, 22a, 22b capacitors,
23 branch part, 24a, 24b gold wire, 25 through hole,
100a, 100b bias circuit,
200 three parallel microstrip lines coupled at 1/4 wavelength of the transmitted signal,
201, 202 Two parallel microstrip lines coupled at 1/4 wavelength of the transmitted signal, 300 capacitors, 301 resistors,
401, 402, 403 Matching circuit.
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