JP4324814B2

JP4324814B2 - 高周波スイッチ回路

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Inventors: 茂釼持; 光弘渡辺; 剛志武田; 裕之但井
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Description

本発明はマイクロ波帯等の高周波帯域で用いられ、少なくとも３つの周波数帯の高周波信号に対応する高周波スイッチ回路に関する。

近年の無線通信装置、例えば携帯電話の普及には、目を見張るものがあり、携帯電話の機能、サービスの向上が益々図られている（以下、携帯電話を例にとって説明する）。携帯電話のシステムとしては、例えば主に欧州で盛んなGSM（Global System for Mobile Communications）方式、DCS1800（Digital Cellular System 1800）方式、米国で盛んなPCS（Personal Communications Service）方式、日本で採用されているPDC（Personal Digital Cellular）方式等の様々なシステムがあるが、昨今の携帯電話の急激な普及にともない、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯ではシステム利用者を賄い切れず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断する等の問題が生じている。そこで、前記利用者が複数のシステムを利用できるようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を計り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラの有効活用することが提唱されている。

そこで、この新たなシステムを持った携帯電話として、デュアルバンド携帯電話（特許第 2983016号参照）、トリプルバンド携帯電話等の提案がなされている。このデュアルバンド携帯電話は、通常の携帯電話が一つの送受信系のみを取り扱うのに対し、２つの送受信系を取り扱うものであり、トリプルバンド携帯電話は、3つの送受信系を取り扱うものである。これにより、複数のシステムの中から利用者は都合の良い送受信系を選択して利用することができるものである。

このような携帯電話では、それぞれのシステムの周波数帯に応じて低周波側と高周波側のいずれかのシステムに受信信号を振り分ける分波器（Diplexer）と、受信経路と送信経路の信号経路を切り換える高周波スイッチ回路とをモジュール化した高周波スイッチモジュールが用いられている。また受信と送信を分離する手段として経路を切り換える高周波スイッチに代えて受信周波数と送信周波数の周波数差を利用する帯域通過フィルタからなる分波器（Duplexer）を用いることもある。例えば特開平8-321738号は、第１の帯域通過フィルタと第１の位相器及び第２の帯域通過フィルタと第２の位相器を組み合わせることによって高周波スイッチを用いないで周波数の異なる信号を分波する分波器を開示している。しかしながら、特開平8-321738号はこのような分波器と高周波スイッチとを複合化して、より多くの周波数帯に応じた高周波スイッチ回路とすること、及び小型軽量の無線通信装置を得るためにその回路をモジュール化することに全く言及していない。

従って本発明の目的は、少なくとも３つの周波数帯の信号を取り扱うマルチバンド用高周波スイッチモジュールを小型化するのに好適で、電力消費が小さい高周波スイッチ回路を提供することである。

本発明者等は、複数の周波数帯の信号を取り扱うトリプルバンド用高周波スイッチモジュール等の高周波回路に用いる高周波スイッチ回路について鋭意研究した結果、図15に示すトリプルバンド携帯電話用高周波スイッチモジュールに想到した。この高周波スイッチモジュールは、第１の送受信系としてDCS1800システム（送信TX：1710〜1785 MHz、受信RX：1805〜1880 MHz）、第２の送受信系としてPCSシステム（送信TX：1850〜1910 MHz、受信RX：1930〜1990 MHz）、第３の送受信系としてGSMシステム（送信TX：880〜915 MHz、受信RX：925〜960 MHz）の3つのシステムに対応し、トリプルバンド携帯電話のアンテナANTと、GSM系、DCS系及びPCS系のそれぞれの送受信回路とを振り分けて用いられる。

このトリプルバンド用高周波スイッチモジュールは、ANTに接続される端子から高周波側の第１及び第２の送受信系（例えばDCS及びPCS）と低周波側の第３の送受信系（例えばGSM）とを分波するために、ハイパスフィルタHPFとローパスフィルタLPFとから構成された分波回路ブロック103を有する。この分波回路ブロック103のローパスフィルタ側の後段には、第３の送受信系GSMの送信回路GSM TXと分波回路ブロックとを接続する経路と、第３の送受信系の受信回路GSM RXと分波回路ブロックとを接続する経路を切り換える第２のスイッチ回路ブロック102を有する。また分波回路ブロック103のハイパスフィルタ側の後段には、第１の送受信系の受信回路DCS RXと分波回路ブロックとを接続する経路と、第２の送受信系の受信回路PCS RXと分波回路ブロックとを接続する経路と、第１及び第２の送受信系の送信回路DCS/PCS TXと分波回路ブロックとを接続する経路を切り換える第１のスイッチ回路ブロック101を有する。

第１のスイッチ回路ブロック101は、端子501と送信回路DCS/PCS TXに接続される端子504と受信回路DCS RX及びPCS RXに接続される端子505からなるSPDT（Single Pole Dual Throw）型の高周波スイッチと、端子505の後段に第１の受信回路DCS RXへの出力端子502と第２の受信回路PCS RXへの出力端子503を切り換えるSPDT型の高周波スイッチとにより構成されている。上記スイッチ回路として例えば特開平6-197040号等に開示された複数のダイオードを用いたダイオードスイッチ回路を用いると、図15の一点鎖線で囲んだ第１のスイッチ回路ブロック101は、図16に示すように4つのダイオードからなる高周波スイッチとして構成される。

第１のスイッチ回路ブロック101において、端子501と端子503を接続するには、スイッチ回路を切り替えるための電圧コントロール回路VC1から正の電圧を与え、電圧コントロール回路VC2に0の電圧を与えることにより、ダイオード201，202をOFF状態とし、スイッチ回路を切り替えるための電圧コントロール回路VC4から正の電圧を与え、電圧コントロール回路VC3に0の電圧を与えることにより、ダイオード203，204をON状態とすればよい。すなわち、端子501に入力する高周波信号は、前記ダイオード202がOFF状態となっており、高インピーダンスであるために端子504には現れず、ダイオード201がOFF状態となっており、高インピーダンスであるために端子505と端子501が伝送線路401を介して接続され、端子505に現れる。さらにダイオード203がON状態となっており低インピーダンスとなるために、伝送線路403が高周波的に接地され、端子505から見た伝送線路403のインピーダンスが高くなり、端子502には前記高周波信号は現れず、ダイオード204がON状態となっており低インピーダンスとなるために、端子501に入力した高周波信号が端子503に現れる。

ところが上記回路において端子501と端子503を接続するとき、換言すれば携帯電話の受信時に、前記電圧コントロール回路VC3−VC4間に少なくとも1ｍＡ程度の電流を流すことが必要となり、その分バッテリーが消費される。よって、携帯電話としては受信の待ち受け時間が短くなり、また低消費電流化が困難である。また上記各高周波スイッチは入力端子１つに対して出力端子が２つある、いわゆるSPDT型のスイッチを３つ用いているため、構造が複雑になる。さらに高周波スイッチモジュールを構成したとき回路も積層体自体も大きくなり、特にトリプルバンド以上の場合に問題があることが分かった。

従って、さらに携帯電話の小型化を可能にする高周波スイッチ回路が望まれている。そこで本発明者等は、帯域通過フィルタのインピーダンス特性に着目し、位相器と帯域通過フィルタとを組み合わせた分波回路及び高周波スイッチを組合せることにより、挿入損失特性が良く、全体の回路構成が簡単で消費電力が低減した高周波スイッチ回路が得られることを発見し、本発明に想到した。

本発明の一実施態様である少なくとも３つの異なる送受信系の送信回路及び受信回路とアンテナとの接続を切り替える高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子との間に設けられた第１のスイッチ素子を有する第１の高周波スイッチと、
前記一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に設けられた第２のスイッチ素子を有する第２の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
第１の送受信系の受信周波数帯と第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記第１のスイッチ素子をON状態とし、かつ前記第２のスイッチ素子をOFF状態として、前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記第１のスイッチ素子をOFF状態とし、かつ前記第２のスイッチ素子をON状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする。

本発明の別の実施態様である少なくとも３つの異なる送受信系の送信回路及び受信回路とアンテナとの接続を切り替える高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子及び第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に配置され、第１及び第２の送受信系の送信信号を通過させる第１の信号経路と、第１及び第２の送受信系の受信信号を通過させる第２の信号経路とを切り替える第１の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
前記第１の高周波スイッチは、カソードが前記一方のフィルタ回路側となるように前記第１の信号経路に設けられた第１のダイオードと、前記第１のダイオードのアノード側に接続された電圧コントロール回路と、前記第２の信号経路に設けられた伝送線路と、カソードがアース側となるように前記伝送線路の前記分波回路側とアースとの間に接続された第２のダイオードとを有し、
第１の送受信系の受信周波数帯と前記第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記電圧コントロール回路に正の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをON状態とし、前記伝送線路を接地して前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記電圧コントロール回路に０の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをOFF状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする。

本発明のさらに別の実施態様である少なくとも３つの送受信系に対応する高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
前記一方のフィルタ回路と前記第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子及び前記第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に配置され、第１及び第２の送受信系の送信信号を通過させる第１の信号経路と、第１及び第２の送受信系の受信信号を通過させる第２の信号経路とを切り替える第１の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
前記第１の高周波スイッチは、アノードが前記アンテナ端子側となるように前記第１の信号経路に設けられた第１のダイオードと、前記第２の信号経路に設けられた伝送線路と、アノードがアース側となるように前記伝送線路の分波回路側とアースとの間に接続された第２のダイオードと、前記第２のダイオードのアノード側に接続された電圧コントロール回路とを有し、
第１の送受信系の受信周波数帯と前記第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記電圧コントロール回路に正の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをON状態とし、前記伝送線路を接地して前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記電圧コントロール回路に０の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをOFF状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする。

本発明の実施形態を添付図面を参照して、以下詳細に説明する。説明の簡略化のため、第１の信号周波数帯f1としてDCS（送信TX：1710〜1785 MHz、受信RX：1805〜1880 MHz）システム、第２の信号周波数帯f2としてPCS（送信TX：1850〜1910 MHz、受信RX：1930〜1990 MHz）システム、第３の信号周波数帯f3としてGSM（送信TX：880〜915 MHz、受信RX：925〜960 MHz）システム、第４の信号周波数帯f4としてDAMPS（Digital Advanced Mobile Phone Service、送信TX：824〜849MHz、受信RX：869〜894MHz）システムを例に取るが、勿論本発明を他の通信システムに適用することもできる。

[1] 分波回路
図1は本発明に用いる分波回路の一例を示すブロック図である。この分波回路は、DCS（f1）とPCS（f2）の受信信号を分波するためのデュアルバンド対応の分波回路であり、(a) 共用の端子10に接続された第１の位相器3と、その後段に配置された第１の帯域通過フィルタ5とからなるDCS系の第１の高周波回路と、(b) 同じく端子10に接続された第２の位相器4と、その後段に配置された第２の帯域通過フィルタ6とからなるPCS系の第２の高周波回路とからなる。

図4は本発明に用いる分波回路の別の例を示すブロック図である。この分波回路は、第１の位相器３の前後にコンデンサ31、32が接続されているとともに、第２の位相器４の前後にコンデンサ41、42が接続されているものである。この例の分波回路は伝送線路を短くできるという利点を有する。

位相器3及び4は伝送線路からなり、それぞれ周波数帯域f1、f2で実際の線路長がほぼλ／10〜λ／4となるように構成されている。第１の帯域通過フィルタ5は、図2のスミスチャートで示すように、DCS系の受信周波数帯でほぼ50Ωとなり、PCS系の受信周波数帯でほぼショートするような入力インピーダンス特性を有する弾性表面波フィルタ（SAW）からなる。また第２の帯域通過フィルタ6は、図3のスミスチャートで示すように、PCS系の受信周波数帯でほぼ50Ωとなり、DCS系の受信周波数帯でほぼショートするような入力インピーダンス特性を有する弾性表面波フィルタ（SAW）からなる。

以上のように第１の帯域通過フィルタ5は、DCSの受信帯域を通過帯域f1としてシステム上必要な減衰特性を有するとともに、第１の帯域通過フィルタ5の入力側から見たインピーダンス特性はPCSの受信通過帯域f2でほぼショートの状態となっている。一方、第２の帯域通過フィルタ6のインピーダンス特性は、PCSの受信帯域を通過帯域f2としてシステム上必要な減衰特性を有するとともに、第２の帯域通過フィルタ6の入力側から見たインピーダンス特性はDCSの受信通過帯域f1でほぼショートの状態となっている。

この分波回路は以下の条件を満たすように構成されている。すなわち、第１の帯域通過フィルタ5の前段に位相器3を設けることにより、PCSの受信帯域f2で、前記第１の高周波回路の端子10側からみたインピーダンス特性がほぼ開放の状態となる。また第２の帯域通過フィルタ6の前段に位相器4を設けることにより、DCSの受信帯域f1で、前記第２の高周波回路の端子10側からみたインピーダンス特性がほぼ開放の状態となる。従って、DCSの受信帯域f1の信号を第１の受信回路に送る場合、第２の位相器4がなければ、第２の帯域通過フィルタ６のDCSの受信帯域f1での入力インピーダンスがほぼショートであるので、第２の帯域通過フィルタ６に信号は吸収されてしまう。しかしながら第２の位相器4を設けることにより、DCSの受信帯域f1での第２の高周波回路の端子10側から見たインピーダンスは位相反転されほぼ開放状態となるので、高周波信号は第１の高周波回路を介して第１の受信回路へ流れる。

PCSの受信帯域f2の信号を第２の受信回路に送る場合も同様であり、第１の位相器3を設けることにより、PCSの受信帯域f2での第１の高周波回路の端子10側から見たインピーダンスは位相反転されほぼ開放状態となり、高周波信号は第２の高周波回路を介して第２の受信回路へ流れる。

「ほぼ開放状態」とは、インピーダンスZをZ=R＋jXで表すときの実数部Ｒを150Ω以上に調整した場合、及び虚数部Ｘの絶対値を100Ω以上に調整した場合である。これをスミスチャート上で表すと、例えば図２及び図３の右端よりの斜線部分が「ほぼ開放状態」に該当する。従って、DCSの受信帯域f1の信号を第１の受信回路に送る場合、DCSの受信帯域f1での第２の高周波回路の端子10側からみたインピーダンスが図３のスミスチャート上で斜線領域に入るように、第２の伝送線路４の線路長を調整する必要がある。またPCSの受信帯域f2の信号を第２の受信回路に送る場合、PCSの受信帯域f2での第１の高周波回路の端子10側からみたインピーダンスが図２のスミスチャート上で斜線領域に入るように、第１の伝送線路３の線路長を調整する必要がある。

[2] 高周波スイッチ回路
図5はDCSとGSMの両システムを共用するためのデュアルバンド用高周波スイッチ回路の一例を示すブロック図である。この高周波スイッチ回路は、DCSとGSMの受信信号をそれぞれ分波する手段として前記分波回路を用い、DCS系の送信系とGSM系の送信系を共用回路とし、共用端子を用いる。送信経路に設けた第１の高周波スイッチSW1はSPST（Single Pole Single Throw）型のスイッチでDCSとGSMの受信信号が送信回路に進入するのを防ぐ。

図6は図5のデュアルバンド用高周波スイッチ回路SW1の等価回路を示す。共用端子10はアンテナANTに接続されており、アンテナANTに対してDCS／GSMの送信TXとDCS又はGSMの受信RXを切り換える。第１のスイッチ回路SW1はダイオード202と伝送線路402を主要素子とし、ダイオード202のカソードは入出力端子10に接続され、アノードはDCSとGSM共用の送信系TXにコンデンサ303を介して接続され、またコンデンサ304を介してアースに接続される伝送線路402に接続されている。また伝送線路402とコンデンサ304の間にダイオード制御用の電圧コントロール回路VC2がある。

共用端子10とDCSとGSMの各受信系RXとの間には図1に示す分波回路が挿入されており、この分波回路は、ダイオードの電圧制御とは関係なくDCSとGSMのいずれか一方の受信信号を通過させるが、他方を遮断し、もって双方の受信信号の漏れがなくなるように作動する。従って、ダイオードを用いたスイッチ回路が不要になり、構造が簡略化される。

図7は高周波スイッチ回路の一例を示す。この回路では、図5の位相器3、4の前段に高周波スイッチSW2が配置されている。このような構造にすれば、DCSとPCSのようにDCSの受信帯域とPCSの送信帯域の一部が重複する場合でも使用できる。本例では高周波スイッチSW1、SW2はSPST型であるが、図８に示すようにSPDT型の高周波スイッチにしてもよい。

図９は、図８の高周波スイッチ回路において高周波スイッチSW3をダイオードスイッチにより構成した場合の等価回路を示す。図6の回路と異なる点は、アンテナ側の共用端子10と受信側の分波回路との間に伝送線路401が接続され、受信側にアノードが接続されたダイオード201が接続され、ダイオードの201のカソードにはアースとの間にコンデンサ302が接続され、ダイオードの201とコンデンサ302の間にダイオード制御用の電圧コントロール回路VC1が接続されている点である。ダイオード201のアノードとDCSとPCSの各受信RXとの間に、図1に示す分波回路が挿入されている。この例でもDCS RXとPCS RXを切り換えるスイッチ回路のダイオードが省略されているので、高周波スイッチ回路の構成は簡単になる。

図10は本発明の一実施例による高周波スイッチ回路を示す。この回路は、DCSとPCS及びGSMの3システムを共用するためのトリプルバンド用高周波スイッチ回路である。この高周波スイッチ回路でもDCSとPCSの受信信号をそれぞれ分波する手段として前記と同様の分波回路を用いる。アンテナANTには第１及び第２のフィルタ回路F1，F2を接続している。第１のフィルタ回路F1はローパスフィルタLPFであり、ここにはGSMの受信回路RXと送信回路TXを切り換える高周波スイッチＳＷ5が接続している。第２のフィルタ回路F2はハイパスフィルタHPFであり、ここにはDCSとPCS用の上記高周波スイッチ回路が接続している。なおSPDT型高周波スイッチSW4とDCS／PCSの送信TXとの間にはローパスフィルタ7が設けられており、また高周波スイッチＳＷ5とGSMの送信系TXとの間にはローパスフィルタ8が設けている。

図12は、以下詳述するトリプルバンド用高周波スイッチモジュールの等価回路の一例を示す。

図11は本発明の別の実施例による高周波スイッチ回路を示す。この高周波スイッチ回路は、DCS、PCS、GSM及びDAMPSの4システムを共用するためのクワトロバンド用高周波スイッチ回路である。この高周波スイッチ回路も、DCSとPCSの受信信号及びGSMとDAMPSの受信信号をそれぞれ分波する手段として、前記分波回路を用いる。またGSM／DAMPSの送信回路を共用とし、ここにローパスフィルタ8と高周波スイッチSW6を付加している。その他の構成については、図10に示すトリプルバンド用高周波スイッチ回路と同じであるので、説明は省略する。

上記各態様の高周波スイッチ回路において、弾性表面波（SAW）フィルタの後段に不平衡−平衡変換回路であるバラン回路（BAL）を接続しても良い。このような構成をとる場合、弾性表面波フィルタは不平衡入力−不平衡出力型であるので、ここに予めバラン回路を設けることにより、弾性表面波フィルタの後段の回路や電子部品が平衡入力型となっている場合には、別途変換回路を設ける必要がなく、特にバラン回路を一体型積層体に内蔵した場合に部品点数を削減でき、かつ実装面積も削減できる。

図10に示すトリプルバンド用高周波スイッチ回路の等価回路を、図12を参照して詳細に説明する。アンテナANTと接続する第１及び第２のフィルタ回路F1，F2は伝送線路とコンデンサ素子により構成されている。図12に示す等価回路では、GSMの送受信信号を通過させるがDCS及びPCSの送受信信号を減衰させる第１のフィルタF1としてローパスフィルタと、DCS及びPCSの送受信信号を通過させるがGSMの送受信信号を減衰させる第２のフィルタF2としてハイパスフィルタを備えている。第１のフィルタF1は、伝送線路LF1とコンデンサCF1を並列接続し、さらにアースとの間にコンデンサCF3を接続した構成を有する。また第２のフィルタF2は、伝送線路LF2とコンデンサCF2を並列接続し、アースとの間に伝送線路LF3を配置し、伝送線路LF2とコンデンサCF2にコンデンサCF4を直列に接続した構成を有する。このような構成により、第１の送受信系と第２及び第３の送受信系の受信信号を分波することができる。前記第１及び第２のフィルタF1，F2としては、他に下記ａ〜ｈの構成も採用できる。
ａ．第１のフィルタ回路がローパスフィルタからなり、第２のフィルタ回路がノッチフィルタからなる構成、
ｂ．第１のフィルタ回路がノッチフィルタからなり、第２のフィルタ回路がバンドパスフィルタからなる構成、
ｃ．第１のフィルタ回路がローパスフィルタからなり、第２のフィルタ回路がバンドパスフィルタからなる構成、
ｄ．第１のフィルタ回路がノッチフィルタからなり、第２のフィルタ回路がノッチフィルタからなる構成、
ｅ．第１のフィルタ回路がノッチフィルタからなり、第２のフィルタ回路がハイパスフィルタからなる構成、
ｆ．第１のフィルタ回路がバンドパスフィルタからなり、第２フィルタ回路がバンドパスフィルタからなる構成、
ｇ．第１のフィルタ回路がバンドパスフィルタからなり、第２のフィルタ回路がノッチフィルタからなる構成、
ｈ．第１のフィルタ回路がバンドパスフィルタからなり、第２のフィルタ回路がハイパスフィルタからなる構成。

第１及び第２のフィルタF1，F2の後段に配置され、GSMの送信回路TX、受信回路RXを切り替える第３の高周波スイッチ回路SW5と、DCS／PCSの送信回路TXとDCSの受信回路DCS RXとPCSの受信回路PCS RXとを切り換える高周波スイッチ回路SW4と、一方の受信信号を通過させるが他方を遮断してDCSの受信回路DCS RXとPCSの受信回路PCS RXとを選別する分波回路とは伝送線路を主構成とする。

第３の高周波スイッチ回路SW5は、図12上で上側のスイッチ回路であり、GSMの送信回路TXと受信回路RXを切り換える。スイッチ回路SW5は、２つのダイオードDG1、DG2と、２つの伝送線路LG1、LG2を主構成とし、ダイオードDG1はGSMの送受信信号の入出力端IP1とGSM TX間に配置され、入出力端IP1にアノードが接続し、カソードとアース間に伝送線路LG1が接続されている。入出力端IP1とGSM RXとの間には伝送線路LG2が接続し、伝送線路LG2のGSM RX側端部にダイオードDG2のカソードが接続され、ダイオードDG2のアノードとアースとの間にコンデンサCG6が接続し、ダイオードDG2のアノードとコンデンサCG6との間に、抵抗RGと一端がアースしたコンデンサCG5を介して電圧コントロール回路Vgが接続している。

伝送線路LG1と伝送線路LG2は、その共振周波数がGSMの送信信号の周波数帯域内となるような線路長にしてあり、好ましくはそれぞれの共振周波数をGSMの送信信号周波数のほぼ中間周波数（897.5 MHz）とすれば、所望の周波数帯域内で優れた挿入損失特性を得ることができる。第１のフィルタF1とGSM TXとの間に挿入されるローパスフィルタ回路は、伝送線路とコンデンサにより構成されている。図12に示す等価回路において、伝送線路LG3及びコンデンサCG3、CG4、CG7により構成されたπ型のローパスフィルタは、ダイオードDG1と伝送線路LG1の間に挿入されている。

高周波スイッチ回路SW4は、図12上で下側のスイッチ回路であり、DCSの受信回路DCS RXと、PCSの受信回路PCS RXと、DCS及びPCSの送信回路DCS/PCS TXとを切り換える。このスイッチ回路は、２つのダイオードDP1、DP2と上記分波回路と、２つの伝送線路LP1、LP2とを主構成とする。ダイオードDP1はDCS／PCSの送受信信号の入出力端IP2とDCS/PCS TXとの間に配置され、入出力端IP2にアノードが接続し、カソードとアース間に伝送線路LP1が接続されている。また入出力端IP2と分波回路間に伝送線路LP2が接続され、伝送線路LP2の分波回路側一端とアースとの間に、カソードが伝送線路LP2と接続されたダイオードDP2が配置され、ダイオードDP2のアノードとアースとの間にコンデンサCP6が接続されている。ダイオードDP2のアノードとコンデンサCP6との間に、抵抗RPと一端がアースしたコンデンサCP5を介して電圧コントロール回路Vdが接続している。伝送線路LP5と帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ）DCS SAWを接続したDCS RX側の第１の高周波回路と、伝送線路LP6と帯域通過フィルタPCS SAWを接続したPCS RX側の第２の高周波回路とはDP2のカソードに並列に接続して、分波回路を構成している。

伝送線路LP1及びLP2は、共振周波数がともにDCSとPCSの送信信号の下限周波数と上限周波数の周波数帯域内（1710 MHz〜1910 MHz）にあるような線路長を有する。さらに好ましくは、伝送線路LP1とLP2の共振周波数をDCSとPCSの送信信号周波数のほぼ中間周波数（1810 MHz）とすれば、それぞれのモードにおいて優れた電気的特性を得ることができ、２つの送信信号を１つの回路で取り扱うことができる。

このように構成すれば、DCSとPCSの送信系を別々に取り扱う場合に比べ、回路構成が簡略化できるとともに回路の構成部品を少なくすることができ、優れた電気的特性を得ながら高周波スイッチモジュールを小型化できる。また第１及び第２の送受信系の送信回路の部品の一部（例えばアンプ）を共用化することも可能であり、高周波スイッチモジュールを用いた携帯電話機を更に小型・軽量化し得る。

第２のフィルタF2からDCS/PCS TX間に挿入されるローパスフィルタ回路は、伝送線路とコンデンサにより構成されている。図12に示す等価回路において、伝送線路LP3及びコンデンサCP3、CP4、CP7により構成されたπ型のローパスフィルタ回路は、ダイオードDP1と分布定数線路LP1の間に挿入されている。このローパスフィルタ回路においては、その分布定数線路LP3の線路長をDCS、PCSの送受信系の送信信号の中間周波数に対し、λ／8〜λ／12とするのが好ましい。ここで送信信号の中間周波数とは、例えば第１の送受信系をDCSとし、第２の送受信系をPCSとすれば、DCSの送信信号1710〜1785 MHz、PCSの送信信号1850〜1910 MHzの中間周波数、即ち1810 MHzである。この中間周波数に対し、伝送線路LP3の線路長がλ／8以上であれば、通過帯域特性が狭帯域となり、DCSの送信信号の下限周波数及びPCSの送信信号近傍で所望の挿入損失特性が得られない。またλ／12未満では、2倍波、3倍波等の高周波数域における減衰量が劣化する。いずれの場合も、高周波スイッチモジュールとしての特性が劣化するため、好ましくない。

本発明の高周波スイッチ回路は、電圧コントロール回路から外部電圧を給電してダイオードスイッチのON/OFF を制御することにより、第１、第２、第３の送受信系のいずれか一つを選択するものである。図12に示す等価回路を有する高周波スイッチ回路の動作を、以下詳細に説明する。

(1) DCS／PCS TXモード
第１及び第２の送信回路DCS/PCS TXと第２のフィルタF2とを接続する場合、電圧コントロール回路Vdから正の電圧が与えられる。電圧コントロール回路Vdから与えられた正の電圧は、CB2、CP3、CP4、CP5、CP6、CF4のコンデンサ及びDCS SAW、PCS SAWの帯域通過フィルタによって直流分がカットされ、ダイオードDP1、DP2を含む回路に印加され、ダイオードDP1、DP2がON状態となる。ダイオードDP1がON状態となることにより、第１及び第２の送信回路DCS/PCS TXと接続点IP2との間のインピーダンスが低くなる。またON状態となったダイオードDP2及びコンデンサCP6によって、伝送線路LP2が高周波的に接地されることにより共振し、接続点IP2から第１及び第２の受信回路DCS RX、PCS RX側を見たインピーダンスが非常に大きくなる。このため、第１及び第２の送信回路DCS/PCS TXからの送信信号が第１の受信回路DCS RX及び第２の受信回路PCS RXに漏洩することなく、第２のフィルタに伝送される。

(2) DCS RXモード
第１の受信回路DCS RXと第２のフィルタF2を接続する場合、電圧コントロール回路Vdから0の電圧が与えられることにより、ダイオードDP1、DP2、がOFF状態となる。ダイオードDP1がOFF状態となると、接続点IP2と第１及び第２の送信回路DCS/PCS TXの間のインピーダンスが大きくなる。OFF状態となったダイオードDP2によって、伝送線路LP2を介して接続点IP2と接続点IP3が接続される。また伝送線路LP6と帯域通過フィルタPCS SAWの組合せによる第２の高周波回路は、IP3から第２の受信回路PCS RX側をみた場合の第１の周波数帯DCSの受信帯域f1でのインピーダンスがほぼオープンとなるように調整されている。このため、第２のフィルタF2からの第１の周波数帯DCSの受信帯域f1の受信信号は第１及び第２の送信回路DCS/PCS TX及び第２の受信回路PCS RXに漏洩することなく、第１の受信回路DCS RXに伝送される。

(3) PCS RXモード
DCS RXモードと同じであるので、説明を省略する。

(4) GSM TXモード
第３の送信回路GSM TXと第１のフィルタF1とを接続する場合、電圧コントロール回路Vgから正の電圧が与えられる。電圧コントロール回路Vgから与えられた正の電圧は、CB1、CG6、CG5、CG4、CG3、CG1のコンデンサ及びGSM SAWの帯域通過フィルタによって直流分がカットされ、ダイオードDG2、DG1を含む回路に印加され、ダイオードDG2、DG1がON状態となる。ダイオードDG1がON状態となることにより、第３の送信回路GSM TXと接続点IP1の間のインピーダンスが低くなる。またON状態となったダイオードDG2及びコンデンサCG6によって、伝送線路LG2が高周波的に接地されることにより共振して、接続点IP1から第３の受信回路GSM RX側を見たインピーダンスが非常に大きくなる。このため、第３の送信回路GSM TXからの送信信号は第３の受信回路GSM RXに漏洩することなく、第１のフィルタに伝送される。

(5) GSM RXモード
第３の受信回路GSM RXと第１のフィルタF1とを接続する場合、電圧コントロール回路Vgに0の電圧が与えられることにより、ダイオードDG1、DG2がOFF状態となる。OFF状態となったダイオードDG2によって、伝送線路LG2を介して接続点IP1と第３の受信回路GSM RXが接続される。またダイオードDG1がOFF状態となることにより接続点IP1と第３の送信回路GSM TXの間のインピーダンスが大きくなる。このため、第１のフィルタF1からの受信信号は第３の送信回路GSM TXに漏洩することなく、第３の受信回路GSM RXに伝送される。

[3] 高周波スイッチモジュール
前記各態様における位相器、帯域通過フィルタ及び第１及び第２のフィルタ回路、ローパスフィルタ等を構成する伝送線路及びコンデンサ素子の少なくと一部、及び各高周波スイッチの分布定数線路の少なくとも一部を誘電体からなる複数のグリーンシート上に電極パターンで形成し、電極パターン付きグリーンシートを積層、焼結して一体型積層体に形成し、これらの素子を積層体内に内蔵するとともに、前記高周波スイッチを構成するダイオードを前記一体型積層体上に搭載して、小型の高周波スイッチモジュールとする。

積層体の外観を図14の斜視図に示すとともに、前記積層体の内部構造を図13に示す。この高周波スイッチモジュールは、第１及び第２のフィルタ回路、ローパスフィルタ回路、スイッチ回路の伝送線路を積層体内に構成し、ダイオードと、帯域通過フィルタ及び積層体内に内蔵することのできない高容量値のコンデンサをチップコンデンサとして積層体上に搭載したワンチップ化したトリプルバンド用の高周波スイッチモジュールである。

高周波スイッチモジュールの積層体は、低温焼成が可能なセラミック誘電体材料からなり、厚さが50μｍ〜200μｍのグリーンシートを用意し、そのグリーンシート上にAgを主体とする導電ペーストを印刷して、所望の電極パターンを形成し、それを適宜積層し、一体的に焼成させて構成される。ライン電極は専らライン幅100μｍ〜400μｍで形成する。

高周波スイッチモジュールの内部構造を積層順に説明する。まず下層のグリーンシート20上には、グランド電極41がほぼ全面に形成されている。そして、裏面に形成される端子電極に接続するためのスルーホールが4辺の周辺部に設けられている。

次に、電圧コントロール回路Vg，VdとダイオードDG2，DP2の間にそれぞれ接続される４つのコンデンサ（アースとの間の容量を構成する）を電極パターン状に印刷したグリーンシート21が積層される。その上にほぼ全面にグランド電極42が形成されたグリーンシート22が積層され、その上にローパスフィルタ等を構成する５つのコンデンサ電極と４つのライン電極が形成されたグリーンシート23が積層され、さらにその上に２つのコンデンサ電極と５つのライン電極が形成されたグリーンシート24が積層される。さらに８つのライン電極が形成されており、その内の２つが伝送線路LP5とLP6を構成するグリーンシート25が積層され、続いて７つのライン電極が形成され、その内の２つが伝送線路LP5とLP6を構成するグリーンシート26が積層され、さらにその上に４つのライン電極を構成するグリーンシート27と２つのライン電極を構成するグリーンシート28が積層される。

これらのライン電極はスルーホールを介して適宜接続され、第１、第２及び第３のスイッチ回路SW1，SW2，SW5用の伝送線路や位相器３，４用の伝送線路、第１及び第２のフィルタ回路及びローパスフィルタの伝送線路を形成している。ライン電極43と44はスルーホール電極で接続され、等価回路の伝送線路LP5を構成し、ライン電極45と46はスルーホール電極で接続され、等価回路の伝送線路LP6を構成し、他のライン電極もスルーホール電極で接続され、等価回路の伝送線路LG2、LP2、LG1、LP1を構成している。

グリーンシート28の上に積層されるグリーンシート29からは、面実装型の帯域通過フィルタであるSAWフィルタが搭載されるように積層体に段差が設けられて、DCS、PCS、GSMの3つのSAWフィルタが搭載されている。またこのグリーンシート29の半分にはグランド電極が形成されている。その上に積層されるグリーンシート30、31、32には適宜コンデンサ用の電極が形成されている。その上に積層されるグリーンシート33にはスルーホールのみで、その上のグリーンシート34には、第１及び第２のフィルタ回路F1，F2及びローパスフィルタを構成する伝送線路LF1、LF2やLP3、LG3を構成する各ライン電極がグリーンシート35の間で形成されている。その上のグリーンシート36と最上部のグリーンシート37には、搭載素子接続用のランドが形成されて、ダイオードDG1、DG2、DP1、DP2及びコンデンサCG1と抵抗RG，RPが搭載される。

これらのグリーンシートを圧着し、一体焼成して外形寸法が6.7 mm×5.0 mm×1.0 mmの積層体を得た。この積層体の上に、ダイオードDG1、DG2、DP1、DP2、チップコンデンサCG1、チップ抵抗RP、ＲＧ及び帯域通過フィルタGSM SAW、DCS SAW、PCS SAWを搭載した。図14はこの素子を搭載した状態を示す。

この高周波スイッチモジュールの各電圧コントロール回路Vg、Vdの制御ロジックを表1に示す。この制御ロジックにより、GSM、DCS、PCSの各モードを変更する。

この高周波モジュールをマルチバンド用携帯電話に用いたところ、バッテリーの消費が少なく、また低消費電流の携帯電話が得られることが分かった。

以上の説明においてDCS，PCS，GSMシステムを用いたが、他のシステム（例えばGPS，D-AMPS、TD-SCDMA）と組み合わせても、同じ効果が得られる。

本発明によれば、回路構成が簡単で電力消費の小さな高周波スイッチ回路、及び少なくとも３つの周波数帯の信号を取り扱うことができる高周波スイッチ回路が得られる。

分波回路を示すブロック図である。帯域通過フィルタのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。帯域通過フィルタのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。分波回路の他の例を示すブロック図である。デュアルバンド用高周波スイッチ回路の一例を示すブロック図である。図5のデュアルバンド用高周波スイッチ回路の等価回路を示す図である。デュアルバンド用高周波スイッチ回路の他の例を示すブロック図である。デュアルバンド用高周波スイッチ回路のさらに他の例を示すブロック図である。図8のデュアルバンド用高周波スイッチ回路の等価回路を示す図である。本発明の一実施例によるトリプルバンド用高周波スイッチ回路を示すブロック図である。本発明の別の実施例によるクワトロバンド用高周波スイッチ回路を示すブロック図である。図10のトリプルバンド用高周波スイッチ回路の等価回路の一例を示す図である。一体型積層体を構成する電極パターンを有するグリーンシートを示す展開図である。トリプルバンド用高周波スイッチ回路を内蔵した一体型積層体の外観を示す斜視図である。トリプルバンド用高周波スイッチモジュールの一例を示すブロック図である。図15のトリプルバンド用高周波スイッチモジュールの等価回路を示す図である。

Claims

少なくとも３つの異なる送受信系の送信回路及び受信回路とアンテナとの接続を切り替える高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子との間に設けられた第１のスイッチ素子を有する第１の高周波スイッチと、
前記一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に設けられた第２のスイッチ素子を有する第２の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
第１の送受信系の受信周波数帯と第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記第１のスイッチ素子をON状態とし、かつ前記第２のスイッチ素子をOFF状態として、前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記第１のスイッチ素子をOFF状態とし、かつ前記第２のスイッチ素子をON状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする高周波スイッチ回路。
少なくとも３つの異なる送受信系の送信回路及び受信回路とアンテナとの接続を切り替える高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
一方のフィルタ回路と第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子及び第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に配置され、第１及び第２の送受信系の送信信号を通過させる第１の信号経路と、第１及び第２の送受信系の受信信号を通過させる第２の信号経路とを切り替える第１の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
前記第１の高周波スイッチは、カソードが前記一方のフィルタ回路側となるように前記第１の信号経路に設けられた第１のダイオードと、前記第１のダイオードのアノード側に接続された電圧コントロール回路と、前記第２の信号経路に設けられた伝送線路と、カソードがアース側となるように前記伝送線路の前記分波回路側とアースとの間に接続された第２のダイオードとを有し、
第１の送受信系の受信周波数帯と前記第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記電圧コントロール回路に正の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをON状態とし、前記伝送線路を接地して前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記電圧コントロール回路に０の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをOFF状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする高周波スイッチ回路。
少なくとも３つの送受信系に対応する高周波スイッチ回路であって、
アンテナに接続され、互いに通過帯域が異なる２つのフィルタ回路と、
前記一方のフィルタ回路と前記第１及び第２の送受信系の送信回路の送信端子及び前記第１及び第２の送受信系の受信回路の共通の受信端子との間に配置され、第１及び第２の送受信系の送信信号を通過させる第１の信号経路と、第１及び第２の送受信系の受信信号を通過させる第２の信号経路とを切り替える第１の高周波スイッチと、
前記共通の受信端子と第１の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第１の位相器と、前記第１の位相器と接続する第１の帯域通過フィルタと、前記共通の受信端子と第２の送受信系の受信端子との間に配置され、前記共通の受信端子と接続する第２の位相器と、前記第２の位相器と接続する第２の帯域通過フィルタとを備え、第１及び第２の送受信系の受信信号を分波する分波回路とを具備し、
前記第１の高周波スイッチは、アノードが前記アンテナ端子側となるように前記第１の信号経路に設けられた第１のダイオードと、前記第２の信号経路に設けられた伝送線路と、アノードがアース側となるように前記伝送線路の分波回路側とアースとの間に接続された第２のダイオードと、前記第２のダイオードのアノード側に接続された電圧コントロール回路とを有し、
第１の送受信系の受信周波数帯と前記第２の送受信系の送信周波数帯とは一部重複しており、
第１及び第２の送受信系の送信時に前記電圧コントロール回路に正の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをON状態とし、前記伝送線路を接地して前記共通の受信端子側への送信信号の漏洩を遮断し、
第１及び第２の送受信系の受信時に前記電圧コントロール回路に０の電圧を印加することにより、前記第１及び第２のダイオードをOFF状態として、前記送信端子側への受信信号の漏洩を遮断することを特徴とする高周波スイッチ回路。