JP4518776B2

JP4518776B2 - 高周波スイッチおよび高周波スイッチ装置

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Publication number: JP4518776B2
Application number: JP2003369377A
Authority: JP
Inventors: 良洋塚原; 真喜雄小丸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005136630A; US7106146B2; US20050093646A1

Description

この発明は、高周波スイッチに係り、特にミリ波帯で動作するレーダーや通信機器のＲＦ信号の切換に使用する高周波スイッチに関する。

情報化の進展に伴ってますますマイクロ波デバイスの応用が進んできている。比較的低周波数を使用する携帯電話のマイクロ波デバイス、それよりもさらに高周波の情報通信に使用するマイクロ波デバイス、さらに高周波の車載用レーダーや観測衛星などの通信機器に使用されるマイクロ波デバイスなど多方面で応用されている。
このうちミリ波帯のマイクロ波デバイスが使用される車載用レーダーは前方の自動車を認識するために使用され、自動車の衝突回避を行うシステムの一部を構成する。
自動車の衝突回避を行うために前方の自動車を検出するミリ波帯レーダーには９方向を走査するシステムが用いられている。これは３車線走行を想定し、１車線３方向の走査を行うためには９方向の走査を行うことが求められる。このためにはＲＦ信号を９方向に切り替える９チャンネルのスイッチが必要とされる。
近年、高速のスイッチとしては、マイクロ波ＩＣ（ＭＩＣ）を利用した小形でかつ高速の高周波スイッチが実現され、さらに接続線路とスイッチング素子とを半導体基板上に一体形成するＭＭＩＣ（Monolithic Microwave IC）とすることによりスイッチの一層の高速化と小型化とが可能となってきている。

９チャンネルの高周波スイッチを構成する場合、最も基本的な構成はＧａＡｓ基板上に形成されたＳＰＳＴ（Single Pole Single Throw）スイッチを９個用いるものであり、一つの入力端子から分岐点を介して９本の分岐線路に分岐した信号線路を誘電体基板上に形成し、この信号線路の個々の分岐線路にそれぞれＳＰＳＴスイッチを配設し、９チャンネルスイッチを構成することである。
あるいはまた、ＧａＡｓ基板上に形成されたＳＰ３Ｔ（Single Pole ３ Throw）スイッチを誘電体基板上に４個配設し、誘電体基板上の入力信号線に一つのＳＰ３Ｔスイッチの入力端を接続し、このＳＰ３Ｔスイッチの３個の出力端それぞれにさらにＳＰ３Ｔスイッチの入力端を接続し、出力端を９個とする９チャンネルスイッチを構成することである。

従来の高周波スイッチの公知例としては、分布定数型ＦＥＴを用いたスイッチ回路をＳＰＤＴに用いることで、スイッチＯＮ時には少ない通過損失を得ることができるとともにスイッチＯＦＦ時には高いアイソレーションが期待できる構成が示されている（例えば、特許文献１段落番号［００１３］〜［００１４］、および図１参照）。

さらにまた、他の高周波スイッチの公知例として、トライステートのスイッチを複数個含み、これらがストリップラインによってトーナメント状に接続された高周波スイッチであって、各スイッチに接続するライン同士の分岐点からオフ状態のスイッチを見たときのインピーダンスの実部が最大となり虚部が０となるように当該分岐点からスイッチまでのストリップラインの長さが調整され、各分岐点に接続するライン同士の根本の分岐点から各当該分岐点までの長さが１／２波長の整数倍に調整されているものが開示されている（例えば、特許文献２段落番号［０００６］、および図１参照）。

さらにまた、他の高周波スイッチの公知例として、ホログラフィックレーダにおいて、４以上の受信アンテナを切り替える場合に、１入力２切換出力（ＳＰＤＴ）または１入力３切換出力（ＳＰ３Ｔ）の単位スイッチ、例えばＭＭＩＣやＨＩＣといった平面回路型高周波スイッチ、を用いて、この単位スイッチをトーナメント形式で組み合わせて多切換を実現できることが開示されている（例えば、特許文献３段落番号［０００５］、および図５参照）。

さらにまた、他の高周波スイッチの公知例として、一つの伝送線路を信号の入力方向に設け、さらに残りの二つの伝送線路を信号の入力方向に対して、９０度、１８０度および２７０度の方向に設け信号の各出力端子までの距離を等しくし、低損失でかつ等損失の３分配スイッチを形成した例が開示されている（例えば、特許文献４段落番号［００３１］、および図５参照）。

特開２００２−３３６０２号公報特開２０００−２６１２１８号公報特開２０００−１５５１７１号公報特開２０００−２９４５６８号公報

しかしながら、ＳＰＳＴスイッチを９個用いる構成や、ＳＰ３Ｔスイッチを４個用いる構成の９チャンネルスイッチでは誘電体基板が大きくなるので小形化しにくい。さらに使用する各ＳＰＳＴやＳＰ３Ｔスイッチの特性が揃いにくく、また部品点数が多くなるために実装する際のボンディングワイヤのバラツキによって、各チャンネルの電気的特性が変動しやすくなり、電気的特性の揃った９チャンネルの高周波スイッチを構成するのが困難であった。そこで、電気的特性の揃った９チャンネルスイッチを構成するために、１チップのＧａＡｓ基板で構成されたＭＭＩＣにより９分岐されたスイッチを構成することが考えられる。
高速スイッチのスイッチ性能を表す主要なパラメータの一つとしてアイソレーションがあるが、ＳＰ３Ｔスイッチでは分岐線路の配置が、入力信号線に対して９０度間隔で配置できるため各分岐線路間のアイソレーションを確保しやすかった。しかし電気的特性の揃った９チャンネルの高周波スイッチを構成するために、単に１チップのＧａＡｓ基板で構成されたＭＭＩＣにより９分岐されたスイッチを構成すると、各分岐線路間の分岐角度が鋭角になる。このために９チャンネルの各端子間のアイソレーションが得られにくいという問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は小形で部品点数が少なく、４本以上の分岐線路を有し、この分岐線路間においてアイソレーションが２５ｄＢ以上３５ｄＢ以下である高周波スイッチを構成することである。

この発明に係る高周波スイッチは、半導体基板と、上記半導体基板上に配設された主線路と、上記半導体基板上に配設され、上記主線路から分岐点を介して四つ以上に分岐された分岐線路と、それぞれの分岐線路の一部であって、一端が上記分岐点に接続され、上記分岐点からこの分岐線路を伝播する信号の４分の１波長の長さまで伸びる部分であるλ／４伝送線路と、それぞれの分岐線路の一部であって、上記λ／４伝送線路の他端に接続された信号接続線路と、上記分岐線路の上記λ／４伝送線路の他端と接地端との間にシャント接続され、上記分岐線路と上記接地端とを制御信号により電気的に接続または切断を行うスイッチング素子と、上記スイッチング素子の制御電極と一端が接続された第一抵抗と、一端が上記第一抵抗の他端と接続された制御接続線路と、上記制御接続線路の他端と接続された制御端子と、上記制御接続線路と接地端とを接続する互いに直列に接続された第二抵抗およびキャパシタとを備える。そして、上記分岐線路は上記主線路または隣接する分岐線路と鋭角の中心角を形成するように上記分岐点の周りに放射状に配設され、上記制御接続線路は隣接する二つの上記信号接続線路の間に配置されることを特徴とする。
この発明に係る他の高周波スイッチは、半導体基板と、上記半導体基板上に配設された主線路と、上記半導体基板上に配設され、上記主線路から分岐点を介して四つ以上に分岐された分岐線路と、それぞれの分岐線路の一部であって、一端が上記分岐点に接続され、上記分岐点からこの分岐線路を伝播する信号の４分の１波長の長さまで伸びる部分であるλ／４伝送線路と、それぞれの分岐線路の一部であって、上記λ／４伝送線路の他端に接続された信号接続線路と、上記分岐線路の上記λ／４伝送線路の他端と接地端との間にシャント接続され、上記分岐線路と上記接地端とを制御信号により電気的に接続または切断を行うスイッチング素子と、上記スイッチング素子の制御電極と一端が接続された抵抗と、一端が上記抵抗の他端と接続された制御接続線路と、上記制御接続線路の他端と接続された制御端子と、上記制御接続線路と上記制御端子との間と接地端とを接続するキャパシタとを備える。そして、上記分岐線路は上記主線路または隣接する分岐線路と鋭角の中心角を形成するように上記分岐点の周りに放射状に配設され、上記制御接続線路は隣接する二つの上記信号接続線路の間に配置され、上記制御接続線路の一端から上記キャパシタまでの長さが、上記分岐線路を伝播する信号の４分の１波長と異なることを特徴とする。

この発明に係る高周波スイッチにおいては、二つの分岐線路におけるトランジスタの接続点相互が、この分岐線路の末端において伝播される信号の周波数に対応するアイソレーションが２５ｄＢ以上３５ｄＢ以下となる距離を隔てて、配設されているので、分岐点において分岐線路が鋭角で分岐する４本以上の分岐線路を有する場合でも、所定のアイソレーションを有しつつ、小形で部品点数の少ない高周波スイッチを構成することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの回路図である。図２は図１の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。
図１および図２において、この高周波スイッチ１０は、一例として５分岐スイッチすなわちＳＰ５Ｔ（Single Pole ５ Throw）スイッチとしたもので、半導体基板としてのＧａＡｓ基板１２に形成されたＭＭＩＣで、例えばマイクロストリップ線路で構成された信号線路１４の主線路としての入力側接続線路１４ａの入力端に入力端子１６が配設され、信号線路１４の入力側接続線路１４ａに分岐点１４ｂを介して５分岐され５個の単位スイッチ１４Ｘ（Ｘ＝１、２，３，４，および５）が配設されている。単位スイッチ１４Ｘは分岐信号線路１４ｃとこの分岐信号線路１４ｃにシャント接続されたスイッチング素子としてのＦＥＴ１４ｄとを備えている。

図２において、単位スイッチ１４Ｘの各分岐信号線路１４ｃは末端に出力端子１４ｅが配設され、分岐点１４ｂに近接して、この高周波スイッチ１０が使用されるＲＦ信号の周波数の４分の一波長の長さ（すなわちＲＦ信号の波長をλとするとλ／４長さ）を有する伝送線路１４ｆ（以下λ／４伝送線路、という）が配設され、このλ／４伝送線路１４ｆの末端側すなわち出力端子１４ｅ側の接続点１４ｇにおいてＦＥＴ１４ｄが分岐信号線路１４ｃに対してシャント接続されている。接続点１４ｇから出力端子１４ｅまでは信号接続線路１４ｈ、例えばマイクロストリップ線路、で接続されている。ＦＥＴ１４ｄはソースおよびドレインを介して接続点１４ｇと接地端との間に接続され、ゲートが制御電極とされて、ゲート電極からゲート抵抗１４ｉと制御接続線路１４ｊとを介して制御端子１４ｋが配設されている。

高周波スイッチ１０は入力端子１６にＲＦ信号が入力され、単位スイッチ１４ＸのＦＥＴ１４ｄのゲート電極に接続された制御端子１４ｋに制御電圧を印加することにより、単位スイッチ１４Ｘがオン・オフされて出力端子１４ｅからＲＦ信号が出力される。
すなわち、制御端子１４ｋにゲート電圧Ｖg＝０Ｖが印加されると、ＦＥＴ１４ｄはオン状態になり、ＦＥＴ１４ｄの接続点１４ｇが接地され、この接続点１４ｇが開放端になる。従ってＲＦ信号はλ／４伝送線路１４ｆで反射され、単位スイッチ１４Ｘはオフの状態となる。
一方、制御端子１４ｋにピンチオフ電圧Ｖp以下のゲート電圧Ｖg、例えばゲート電圧Ｖg＝−５Ｖが印加されると、ＦＥＴ１４ｄはオフ状態になり、ＲＦ信号は分岐信号線路１４ｃを経て出力端子１４ｅに伝播される。

高周波スイッチ１０において各単位スイッチ１４Ｘ相互の信号を明確に識別するために、２つの各単位スイッチ１４Ｘ相互間のアイソレーションが２５ｄＢ以上、ここでは例えば３０ｄＢとされている。通常は隣接する各単位スイッチ１４Ｘ相互間、例えば１４１と１４２、あるいは１４４と１４５間のアイソレーションを確保することが難しいので、隣接する各単位スイッチ１４Ｘ相互間のアイソレーションが２５ｄＢ以上あれば各単位スイッチ１４Ｘ相互間のアイソレーションは確保されるが、必ずしも隣接２つの単位スイッチ１４Ｘ相互間のアイソレーションに限らない。任意の２つの単位スイッチ１４Ｘ相互間のアイソレーションも２５ｄＢ以上とされている。このアイソレーションは、２つの単位スイッチ１４Ｘの末端にある出力端子１４ｅ間において測定されるアイソレーションであり、このアイソレーションの値は２つの単位スイッチ１４ＸにおいてＦＥＴ１４ｄが分岐信号線路１４ｃに接続された接続点１４ｇ相互間の距離（図１におけるＬにより示される間隔）、あるいは２つの単位スイッチ１４Ｘにおいて分岐信号線路１４ｃの信号接続線路１４ｈの最短の線間距離（図１におけるＭにより示される間隔）によって定まる。

図３はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチのアイソレーションを得るための周波数に対する線間距離を示すグラフである。この図３はＧａＡｓ基板１２の比誘電率を１２．９とした場合にアイソレーションを３０ｄＢとする場合のＲＦ信号の周波数に対する必要線間距離の計算結果である。図３において、線間距離は２つの単位スイッチ１４ＸにおいてＦＥＴ１４ｄが分岐信号線路１４ｃに接続された接続点１４ｇ相互間の距離Ｌであり、あるいはまた２つの単位スイッチ１４Ｘにおいて分岐信号線路１４ｃの信号接続線路１４ｈの最短の線間距離Ｍである。高周波スイッチ１０を例えば７７ＧＨｚ帯のスイッチとして使用し、３０ｄＢのアイソレーションを確保しようとすれば、線間距離が３１０μｍ必要となり、６０ＧＨｚ帯のスイッチの場合は線間距離が２７０μｍ必要となり、９０ＧＨｚ帯のスイッチの場合は線間距離が３３０μｍ必要となる。

アイソレーションという観点からすれば、接続点１４ｇ相互間の距離Ｌや信号接続線路１４ｈの線間距離Ｍは大きい程良い。しかしながら接続点１４ｇ相互間の距離Ｌや信号接続線路１４ｈの線間距離Ｍが大きくなるほど、ＧａＡｓ基板１２の大きさが大きくなり、ＭＭＩＣのチップサイズが大きくなる。さらにはチップサイズが大きくなると損失が増え電力ロスが大きくなるので、大きな電力パワーが必要となる。このために必要十分なアイソレーションの大きさがあり、例えば２５ｄＢ以上３５ｄＢ以下の範囲、さらに望ましくは、２９ｄＢ以上３１ｄＢ以下の値であれば、各単位スイッチ１４Ｘ相互の信号を明確に識別できる、つまり十分な分解能が得られるとともに、基板を小さく電力ロスの少ない高周波スイッチが構成できる。即ち高周波スイッチ１０においては、２つの単位スイッチ１４Ｘにおける出力端子間で測定したアイソレーションが、２５ｄＢ以上３５ｄＢ以下の範囲、さらに望ましくは、２９ｄＢ以上３１ｄＢ以下の値となるように、接続点１４ｇ相互間の距離Ｌや信号接続線路１４ｈの線間距離Ｍが設定されている。

図１および図２に示された単位スイッチ１４Ｘでは、スイッチング素子としてのＦＥＴ１４ｄを備えているが、ＦＥＴ１４ｄの替わりにダイオードを用いてもよい。図４は図１の単位スイッチにダイオード用いた場合の一部回路図である。図４の単位スイッチ１４Ｘでは、各分岐信号線路１４ｃにおいて分岐点１４ｂに近接して、まずキャパシタ１４ｌを配設しこれに続けてλ／４伝送線路１４ｆが配設され、このλ／４伝送線路１４ｆの出力端子１４ｅ側の接続点１４ｇにおいて接地端との間に、ダイオード１４ｍが接地端に向かって順方向となるように配設されている。さらに接続点１４ｇから制御端子を兼ねる出力端子１４ｅまでは信号接続線路１４ｈ、例えばマイクロストリップ線路、で接続されている。

出力端子１４ｅに順バイアス電圧が印加されるとダイオード１４ｍが導通し、接続点１４ｇが接地されて開放端になる。従ってＲＦ信号はλ／４伝送線路１４ｆで反射され、単位スイッチ１４Ｘはオフの状態となる。
出力端子に逆バイアス電圧が印加されるとダイオード１４ｍは非導通となり、ダイオード１４ｍはオフ状態になり、ＲＦ信号は分岐信号線路１４ｃを経て出力端子１４ｅに伝播される。

以上のように、実施の形態１に係る高周波スイッチ１０は、半導体基板１２上に配設され、入力側接続線路１４ａから分岐点１４ｂを介して４以上に分岐されるとともにそれぞれの分岐信号線路１４ｃの一部にλ／４伝送線路１４ｆを有する信号線路１４と、分岐信号線路１４ｃに配設されたλ／４伝送線路１４ｆより出力端子１４ｅ側の接続点１４ｇと接地端との間に分岐信号線路１４ｃに対してシャント接続されたＦＥＴ１４ｄとを備えるとともに、二つの分岐信号線路１４ｃにおけるＦＥＴ１４ｄの接続点相互あるいは信号接続線路１４ｈの線間が、これらの分岐信号線路１４ｃの末端においてＲＦ信号に対応するアイソレーションが２５ｄＢ以上３５ｄＢ以下となる距離を隔てて、配設されたもので、この構成により高周波スイッチ１０の各単位スイッチ１４Ｘ間の必要なアイソレーションが確保されるとともに、半導体基板１２を小さくして安価に、また電力ロスを少なくすることができる。さらに高周波スイッチ１０はＭＭＩＣとして構成され、各単位スイッチ１４Ｘ間の特性のバラツキを少なくすることができる。延いては電気的特性が揃った小形で低損失な高周波スイッチを構成することができ、これを安価に提供することができる。

変形例１．
図５はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。図６は図５の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。図５および図６、並びに以下の図において、図１および図２と同じ符号は同じものか相当のものを示す。
図１の高周波スイッチ１０においては、単位スイッチ１４１と単位スイッチ１４２、あるいは単位スイッチ１４４と単位スイッチ１４５、はともに、それぞれの信号接続線路１４ｈと出力端子１４ｅとが線間距離Ｍを介して基板上の介在物無しに直接隣接した配置になっている。これに対して図５および図６に示された高周波スイッチ２０は、単位スイッチ１４１と単位スイッチ１４２、あるいは単位スイッチ１４４と単位スイッチ１４５、はともに、それぞれの信号接続線路１４ｈと出力端子１４ｅの間に、単位スイッチ１４２または単位スイッチ１４４の分岐信号線路１４ｃにシャント接続されたＦＥＴ１４ｄ、ゲート抵抗１４ｉ、制御接続線路１４ｊおよび制御端子１４ｋが配設されている。
さらにこれらのゲート抵抗１４ｉと制御接続線路１４ｊの間にある接続点２２ａと接地端との間で抵抗２２ｂとＤＣ成分を遮断するキャパシタ２２ｃとが直列に接続されている。

マイクロ波デバイスにおいては、回路要素の配置がデバイスの電気的特性に影響を及ぼすので、場合によっては、高周波スイッチ１０の配置ではなく高周波スイッチ２０の配置の方が望ましい場合がある。この高周波スイッチ２０の配置において、もし接続点２２ａと接地端との間で抵抗２２ｂとキャパシタ２２ｃとを配設しなかった場合は、単位スイッチ１４１と単位スイッチ１４２、あるいは単位スイッチ１４４と単位スイッチ１４５、において、制御接続線路１４ｊと制御端子１４ｋが介在することになり、隣接する信号接続線路１４ｈの線路間隔Ｍが短くなったのと同等になり、この制御端子１４ｋに外部接続される負荷インピーダンスによってアイソレーションが低下する。このために、接続点２２ａと接地端との間で５０Ω以上の抵抗２２ｂとＤＣ成分を遮断するキャパシタ２２ｃとを直列に接続することにより負荷変動によるアイソレーションの低下を防止することができる。図７はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチのアイソレーションの計算値のグラフである。図７において、線図Ａは高周波スイッチ１０および高周波スイッチ２０のアイソレーションの一例であり、比較のために記載した線図Ｂは高周波スイッチ２０の配置において接続点２２ａと接地端との間に抵抗２２ｂとキャパシタ２２ｃとを配設しなかった場合のものである。このグラフによって、高周波スイッチ１０と高周波スイッチ２０は３５ｄＢのアイソレーションが確保されており、外部負荷の変動による影響を受けていないが、抵抗２２ｂとキャパシタ２２ｃとを接続しなかった場合には外部負荷によってアイソレーションが大きく低下する。

変形例２．
図８はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。図９は図８の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。
変形例１の高周波スイッチ２０では接続点２２ａと接地端との間で５０Ω以上の抵抗２２ｂとＤＣ成分を遮断するキャパシタ２２ｃとを直列に接続することにより負荷変動によるアイソレーションの低下を防止したが、図８および図９の高周波スイッチ２６においては、単位スイッチ１４１と単位スイッチ１４２、あるいは単位スイッチ１４４と単位スイッチ１４５、はともに、それぞれの信号接続線路１４ｈと出力端子１４ｅの間に、単位スイッチ１４２または単位スイッチ１４４の分岐信号線路１４ｃにシャント接続されたＦＥＴ１４ｄ、ゲート抵抗１４ｉ、制御接続線路１４ｊおよび制御端子１４ｋが配設されるとともに、接続点２２ａと接地端との間で変形例１のように抵抗２２ｂとキャパシタ２２ｃとを直列に接続する替わりに、制御接続線路１４ｊをＲＦ信号のλ／４を越える長さにして、制御接続線路１４ｊと制御端子１４ｋとの間の接続点２８ａと接地端との間にＤＣ成分を遮断するキャパシタ２８ｂを配設したものである。なお制御接続線路１４ｊの長さはλ／４に等しくなければ、λ／４より長くてもあるいは短くてもよい。
この構成においても、変形例１の高周波スイッチ２０と同様の効果があり、負荷変動によるアイソレーションの低下を防止することができる。またこのアイソレーションは図７に示された線図Ａと同様の３５ｄＢのアイソレーションが得られる。

変形例３．
図１０はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１０の高周波スイッチ３０は、高周波スイッチ１０における単位スイッチ１４Ｘ（図１０では単位スイッチ１４３）において、分岐信号線路１４ｃの末端に増幅器３２を設け、この増幅器３２を介して出力端子１４ｅを配設したものである。
この増幅器３２により通過損失を補償することができる。

変形例４．
図１１はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１１の高周波スイッチ３６は、高周波スイッチ１０における単位スイッチ１４Ｘ（図１１では単位スイッチ１４１、１４２、１４４、および１４５）において、分岐信号線路１４ｃの末端に減衰器３８を設け、この減衰器３８を介して出力端子１４ｅを配設したものである。

変形例５．
図１２はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１２の高周波スイッチ４０は、高周波スイッチ１０における入力側接続線路１４ａの入力端子１６に続けて増幅器４２を配設し、この増幅器４２により増幅したＲＦ信号を分岐点１４ｂを介して各単位スイッチ１４Ｘに送る構成である。
入力端子１６から各単位スイッチ１４Ｘの出力端子１４ｅまで信号が伝播する間に通過損失があり、この通過損失をあらかじめ増幅器４２により補償することができる。

実施の形態２．
図１３はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの回路図である。
図１３において、高周波スイッチ５０は、実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ１０を２個直列に接続して、９分岐スイッチとしたものである。
高周波スイッチ５０は、第１の高周波スイッチとしての高周波スイッチ１０ａの単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅと第２の高周波スイッチとしての高周波スイッチ１０ｂの入力端子１６とをボンディングワイヤ５２で接続した構成を有している。
これにより９個の単位スイッチ５０Ｘ（Ｘ＝１，２，３，・・・，９）を備えた９分岐スイッチが構成され、これが誘電体基板５４に配設される。単位スイッチ５０Ｘは単位スイッチ１４Ｘと同じ構成である。
この９分岐の高周波スイッチ５０は、例えばミリ波帯の車載用レーダーとして前方の自動車を認識するために使用され、自動車の衝突回避を行うシステムの一部を構成する。
自動車の衝突回避を行うためのシステムは、３車線走行を想定し、１車線３方向の走査がおこなわれる。このために前方の自動車を検出するミリ波帯レーダーには９方向を走査することが求められ、ＲＦ信号を９方向に切り替える９分岐の高周波スイッチが必要とされる。

高周波スイッチ５０を構成する高周波スイッチ１０ａ、および１０ｂはＭＭＩＣとして構成され、各単位スイッチ１４Ｘ間において例えば３０ｄＢのアイソレーションを有しているので、隣接する２方向の高い分解能が確保できるとともに、各単位スイッチ１４Ｘ間の特性のバラツキがすくない。
高周波スイッチ５０においては、部品として高周波スイッチ１０ａ、および１０ｂ、さらに高周波スイッチ１０ａ、および１０ｂを接続するボンディングワイヤ５２のみであるので部品点数が少なく、各単位スイッチ５０Ｘ間の電気的特性のバラツキを少なくすることができる。
以上のように、この実施の形態の高周波スイッチは、実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ１０から二つを選択し、高周波スイッチ１０ａの単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅと第２の高周波スイッチとしての高周波スイッチ１０ｂの入力端子１６とをボンディングワイヤで接続したもので、この構成により、単位スイッチ５０Ｘの間で所定のアイソレーションを有しつつ、部品点数が少なく各分岐線路のスイッチの電気的特性の揃った高周波スイッチを構成することができ、これを安価に提供することができる。
なお、ここでは一例として、２個直列に接続した高周波スイッチを説明するが、この個数は必ずしも２個に限らず、さらに多くの高周波スイッチを接続しても良い。

変形例１．
図１４はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１４の高周波スイッチ６０は、第１の高周波スイッチとして実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ３０を使用し、第２の高周波スイッチとして実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ１０を使用したものである。
すなわち、高周波スイッチ６０は、高周波スイッチ３０の単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅと高周波スイッチ１０の入力端子１６とをボンディングワイヤ５２で接続した構成を有している。
この高周波スイッチ６０は入力端子１６に入力されたＲＦ信号が通過損失により信号出力が低下するので、このまま単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅから高周波スイッチ３０の入力端子１６に入力されると、高周波スイッチ３０の単位スイッチ５０１，５０２，５０３，および５０４の出力と、高周波スイッチ１０の単位スイッチ５０５，５０６，５０７，５０８、および５０９、との間で出力に差が生じる。これを防ぐために高周波スイッチ３０の単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅからＲＦ信号が出力される前に増幅器３２により、一旦ＲＦ信号を増幅して通過損失を補償し、高周波スイッチ１０の入力端子１６に入力するものである。
これにより、各単位スイッチ５０ＸのＲＦ信号の出力を均一にすることができる。延いては各分岐線路のスイッチの電気的特性の揃った高周波スイッチを構成することができ、これを安価に提供することができる。

変形例２．
図１５はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１５の高周波スイッチ７０は、第１の高周波スイッチとして実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ３６を使用し、第２の高周波スイッチとして実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ１０を使用したものである。
すなわち、高周波スイッチ７０は、高周波スイッチ３６の単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅと高周波スイッチ１０の入力端子１６とをボンディングワイヤ５２で接続した構成を有している。
この高周波スイッチ７０は入力端子１６に入力されたＲＦ信号が通過損失により信号出力が低下するので、このまま単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅから高周波スイッチ３０の入力端子１６に入力されると、高周波スイッチ３６の単位スイッチ５０１，５０２，５０３，および５０４の出力と、高周波スイッチ１０の単位スイッチ５０５，５０６，５０７，５０８、および５０９、との間で出力に差が生じる。これを防ぐために単位スイッチ５０１，５０２，５０３，および５０４の出力端子１４ｅの直前に減衰器３８を挿入することにより、単位スイッチ５０１，５０２，５０３，および５０４の出力と単位スイッチ５０５，５０６，５０７，５９８，および５０９の出力とを均一にするものである。
これにより、各単位スイッチ５０ＸのＲＦ信号の出力を均一にすることができる。延いては各分岐線路のスイッチの電気的特性の揃った高周波スイッチを構成することができ、これを安価に提供することができる。

変形例３．
図１６はこの発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。
図１６において、高周波スイッチ８０は、実施の形態１に記載した５分岐スイッチの高周波スイッチ４０を２個直列に接続して、９分岐スイッチとしたものである。
高周波スイッチ８０は、第１の高周波スイッチとしての高周波スイッチ４０ａの単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅと第２の高周波スイッチとしての高周波スイッチ４０ｂの入力端子１６とをボンディングワイヤ５２で接続した構成を有している。
この高周波スイッチ４０ａ，４０ｂは通過損失を有しているので、高周波スイッチ４０ａの入力端子１６に入力されたＲＦ信号がこのまま単位スイッチ１４３の出力端子１４ｅから高周波スイッチ４０ｂの入力端子１６に入力されると通過損失により信号出力が低下しているので、高周波スイッチ３０の単位スイッチ５０１，５０２，５０３，および５０４の出力と、高周波スイッチ１０の単位スイッチ５０５，５０６，５０７，５０８、および５０９、との間で出力に差が生じる。これを防ぐために高周波スイッチ４０ａおよび高周波スイッチ４０ｂのそれぞれの入力端子１６に続けてすぐに増幅器４２を配設し、入力されたＲＦ信号をまず通過損失分の補償を行って、単位スイッチ５０Ｘに送るものである。
これにより、各単位スイッチ５０ＸのＲＦ信号の出力を均一にすることができる。延いては各分岐線路のスイッチの電気的特性の揃った高周波スイッチを構成することができ、これを安価に提供することができる。
この実施の形態２では、実施の形態１に記載した一部の高周波スイッチについて組み合わせた例を挙げているが、実施の形態１に記載した他の高周波スイッチについて組み合わせてもよい。

以上のように、この発明に係る高周波スイッチは、ミリ波帯で動作するレーダーや通信機器のＲＦ信号の切換に使用する高周波スイッチに適している。

この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの回路図である。図１の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチのアイソレーションを得るための周波数に対する線間距離を示すグラフである。図１の単位スイッチにダイオード用いた場合の一部回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。図５の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチのアイソレーションの計算値のグラフである。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。図８の単位スイッチをさらに詳細に描いた一部回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。この発明の一実施の形態に係る高周波スイッチの変形例の回路図である。

符号の説明

１２半導体基板、１４ｆ λ／４伝送線路、１４信号線路、１４ｄＦＥＴ、２２ｂ抵抗、２２ｃキャパシタ、５２ボンディングワイヤ。

Claims

半導体基板と、
上記半導体基板上に配設された主線路と、
上記半導体基板上に配設され、上記主線路から分岐点を介して四つ以上に分岐された分岐線路と、
それぞれの分岐線路の一部であって、一端が上記分岐点に接続され、上記分岐点からこの分岐線路を伝播する信号の４分の１波長の長さまで伸びる部分であるλ／４伝送線路と、
それぞれの分岐線路の一部であって、上記λ／４伝送線路の他端に接続された信号接続線路と、
上記分岐線路の上記λ／４伝送線路の他端と接地端との間にシャント接続され、上記分岐線路と上記接地端とを制御信号により電気的に接続または切断を行うスイッチング素子と、
上記スイッチング素子の制御電極と一端が接続された第一抵抗と、
一端が上記第一抵抗の他端と接続された制御接続線路と、
上記制御接続線路の他端と接続された制御端子と、
上記制御接続線路と接地端とを接続する互いに直列に接続された第二抵抗およびキャパシタとを備え、
上記分岐線路は上記主線路または隣接する分岐線路と鋭角の中心角を形成するように上記分岐点の周りに放射状に配設され、
上記制御接続線路は隣接する二つの上記信号接続線路の間に配置されることを特徴とする高周波スイッチ。
半導体基板と、
上記半導体基板上に配設された主線路と、
上記半導体基板上に配設され、上記主線路から分岐点を介して四つ以上に分岐された分岐線路と、
それぞれの分岐線路の一部であって、一端が上記分岐点に接続され、上記分岐点からこの分岐線路を伝播する信号の４分の１波長の長さまで伸びる部分であるλ／４伝送線路と、
それぞれの分岐線路の一部であって、上記λ／４伝送線路の他端に接続された信号接続線路と、
上記分岐線路の上記λ／４伝送線路の他端と接地端との間にシャント接続され、上記分岐線路と上記接地端とを制御信号により電気的に接続または切断を行うスイッチング素子と、
上記スイッチング素子の制御電極と一端が接続された抵抗と、
一端が上記抵抗の他端と接続された制御接続線路と、
上記制御接続線路の他端と接続された制御端子と、
上記制御接続線路と上記制御端子との間と接地端とを接続するキャパシタとを備え、
上記分岐線路は上記主線路または隣接する分岐線路と鋭角の中心角を形成するように上記分岐点の周りに放射状に配設され、
上記制御接続線路は隣接する二つの上記信号接続線路の間に配置され、
上記制御接続線路の一端から上記キャパシタまでの長さが、上記分岐線路を伝播する信号の４分の１波長と異なることを特徴とする高周波スイッチ。
上記分岐線路の数が５であることを特徴とした請求項１または２に記載の高周波スイッチ。
上記分岐線路の末端に減衰器がさらに配設されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
上記分岐線路の末端に増幅器がさらに配設されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
上記主線路に増幅器がさらに配設されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチである第１の高周波スイッチと、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチである第２の高周波スイッチと、を備え、上記第１の高周波スイッチの分岐線路の末端の一つと、上記第２の高周波スイッチの主線路とを接続配線で接続したことを特徴とする高周波スイッチ装置。
上記第１の高周波スイッチにおいて、上記接続配線と接続された分岐線路の末端に増幅器がさらに配設されたことを特徴とする請求項７に記載の高周波スイッチ装置。
上記第２の高周波スイッチにおいて主線路に増幅器がさらに配設されたことを特徴とする請求項７または８に記載の高周波スイッチ装置。
上記第１の高周波スイッチにおいて主線路に増幅器がさらに配設されたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の高周波スイッチ装置。