JP5261119B2 - 高周波スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号を切り替える高周波スイッチに関し、特に、アンテナに接続されるアンテナスイッチ、例えばＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）スイッチ等に用いて好適な高周波スイッチに関する。

従来のアンテナスイッチ等の高周波スイッチとしては、例えば特許文献１記載のマイクロ波スイッチや特許文献２記載の送受信切り換え装置が知られている。

特許文献１記載のマイクロ波スイッチは、信号ラインに直列及び並列にＰＩＮダイオードを挿入し、ＰＩＮダイオードに順電流を流してＰＩＮダイオードをオンとし、また、ＰＩＮダイオードを逆バイアスしてＰＩＮダイオードをオフさせることにより、高周波信号を切り替えるようにしている。

特許文献２記載の送受信切り換え装置は、信号伝送ラインに、伝送ラインとそれに直列に配置されたＰＩＮダイオード等を並列に挿入してスイッチを構成した回路方式を採用している。

特許第２５３２１２２号公報 特許第２８３０３１９号公報

ところで、上述のような高周波スイッチを利用した送受信切換え方式としては、以下に示すような２種類の方式（第１送受信切換え方式及び第２送受信切換え方式）が通常使われる。

第１送受信切換え方式は、図１８に示すように、送受信器１００と送受信アンテナ１０２（又はバンドパスフィルタ１０４を介して）との間における送信ライン１０６に、送信アンプ１０８とアイソレータ１１１を接続し、送受信器１００と送受信アンテナ１０２（又はバンドパスフィルタ１０４を介して）との間における受信ライン１１０に受信アンプ１１２を接続し、送信ライン１０６と受信ライン１１０との結合点に高周波スイッチ１１４を接続した方式である。

第２送受信切換え方式は、図１９に示すように、送信ライン１０６に送信アンプ１０８を接続し、受信ライン１１０に受信アンプ１１２と高周波スイッチ１１４を接続し、送信ライン１０６と受信ライン１１０との結合点にサーキュレータ１１６を接続した方式である。

上述の高周波スイッチにおいては、切替素子として例えばＰＩＮダイオードが用いられるが、ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードは全て直流的に接地されていたため、スイッチング動作をさせる場合には、正電源と負電源を使う必要がある。

そのため、例えば上述した送受信切換え方式の回路系が、正電源を使うタイプのものであれば、新たに負電源を設置する必要があり、反対に、上述した送受信切換え方式の回路系が、負電源を使うタイプのものであれば、新たに正電源を設置する必要があり、部品点数が増加すると共に、全体の回路構成が複雑になるという問題がある。

特許文献２記載の回路は、両電源ではないが、ダイオードのオフ時に逆バイアスがかかっていないため、ダイオードの接合容量が大きい領域で使うこととなり、十分なスイッチング特性が得られないおそれがある。また、制御回路以外にトランジスタとインバータが必要で、部品点数が増加するという問題もある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、正電源と負電源の両方を使う必要がなく、単一の電源（正電源又は負電源）で済み、ダイオードに逆バイアスをかけることで、接合容量の小さい領域で使うことができ、また、部品点数の増加、回路構成の複雑化を招くことがなく、しかも、スイッチ切換速度が低下することがない高周波スイッチを提供することを目的とする。

本発明に係る高周波スイッチは、送信端子からの送信信号を伝送させる１以上の第１信号伝送路に対して、第１ＰＩＮダイオードを含む第１スイッチ回路がそれぞれ並列に接続され、受信信号を受信端子に伝送させる１以上の第２信号伝送路に対して、第２ＰＩＮダイオードを含む第２スイッチ回路がそれぞれ並列に接続された高周波スイッチにおいて、前記第１スイッチ回路は、第１伝送路と１以上の前記第１ＰＩＮダイオードを含む回路とが直列に接続され、且つ、前記第１ＰＩＮダイオードのアノードが前記第１伝送路に接続され、前記第２スイッチ回路は、第２伝送路と１以上の前記第２ＰＩＮダイオードを含む回路とが直列に接続され、且つ、前記第２ＰＩＮダイオードのアノードが前記第２伝送路に接続され、各前記ＰＩＮダイオードのカソードがそれぞれ高周波的に接地とされ、各前記ＰＩＮダイオードのカソードに、他端が自由端とされた共振素子あるいは共振ラインが接続され、前記第１ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか一方に、第１制御電圧が供給される第１制御端子が電気的に接続され、前記第２ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか一方に、第２制御電圧が供給される第２制御端子が電気的に接続され、各前記ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか他方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする。

これにより、正電源と負電源の両方を使う必要がなく、単一の電源（正電源又は負電源）で済み、ＰＩＮダイオードに逆バイアスをかけることで、接合容量の小さい領域で使うことができ、また、部品点数の増加、回路構成の複雑化を招くことがなく、しかも、スイッチ切換速度が低下することがない。

ところで、各前記ＰＩＮダイオードのカソードに、他端が自由端とされた共振素子あるいは共振ラインの接続に代えて、図２０に示すように、各前記ＰＩＮダイオードのカソードと接地間にキャパシタＣｘを接続することが考えられる。しかし、キャパシタＣｘのＱや寄生インダクタンスにより、十分に低インピーダンスが得られず、カソードを高周波的に接地することが困難であるという問題がある。

これに対して、本発明は、各前記ＰＩＮダイオードのカソードに、他端が自由端とされた共振素子あるいは共振ラインを接続するようにしたので、このインピーダンス変換作用により、十分低いインピーダンスが得られ、カソードを高周波的に接地状態とすることができる。

そして、本発明において、前記第１制御電圧をＶｃ１、前記第２制御電圧をＶｃ２、前記バイアス電圧をＶｃｃとしたとき、０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１のとき、前記第１スイッチ回路がオン、前記第２スイッチ回路がオフとなり、０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２のとき、前記第１スイッチ回路がオフ、前記第２スイッチ回路がオンとなるようにしてもよい。

同様に、前記第１制御電圧をＶｃ１、前記第２制御電圧をＶｃ２、前記バイアス電圧をＶｃｃとしたとき、０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２のとき、前記第１スイッチ回路がオン、前記第２スイッチ回路がオフとなり、０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１のとき、前記第１スイッチ回路がオフ、前記第２スイッチ回路がオンとなるようにしてもよい。

また、本発明において、動作周波数帯の中心周波数がｆｏ、該中心周波数ｆｏに対応する波長がλであり、前記第１スイッチ回路は、前記第１信号伝送路に対して、前記第１伝送路と１以上の前記第１ＰＩＮダイオードを含む並列共振回路とが直列に接続され、前記第２スイッチ回路は、前記第２信号伝送路に対して、前記第２伝送路と１以上の前記第２ＰＩＮダイオードを含む並列共振回路とが直列に接続され、前記並列共振回路は、前記ＰＩＮダイオードのオフ時の共振周波数と前記中心周波数ｆｏとが同じになるように定数が設定されていてもよい。

また、本発明において、前記第１信号伝送路を構成要素として含み、少なくとも前記送信信号の反射波を検出する方向性結合器を有するようにしてもよい。

また、本発明において、少なくとも前記受信端子に接続された前記第２信号伝送路に対して並列に接続された前記第２スイッチ回路における前記第２ＰＩＮダイオードに対して、終端形成用抵抗が並列に接続されていてもよい。

なお、上述した第１信号伝送路及び第２信号伝送路は、電気長を限定することなく、３λ／４信号伝送路やλ／４信号伝送路等を使用できるが、λ／４信号伝送路が小型化等の点で好ましい。

また、上述した第１伝送路及び第２伝送路は、電気長を限定することなく、３λ／４伝送路やλ／４伝送路等を使用できるが、λ／４伝送路が小型化等の点で好ましい。

また、上述した共振素子あるいは共振ラインは、電気長を限定することなく、３λ／４共振素子（あるいは共振ライン）やλ／４共振素子（あるいは共振ライン）を使用できるが、λ／４共振素子（あるいは共振ライン）が小型化等の点で好ましい。

以上説明したように、本発明に係る高周波スイッチによれば、正電源と負電源の両方を使う必要がなく、単一の電源（正電源又は負電源）で済み、ＰＩＮダイオードに逆バイアスをかけることで、接合容量の小さい領域で使うことができ、また、部品点数の増加、回路構成の複雑化を招くことがなく、しかも、スイッチ切換速度が低下することがない。

以下、本発明に係る高周波スイッチを、例えばアンテナスイッチに適用した実施の形態例を図１〜図１７を参照しながら説明する。なお、λは、スイッチの動作周波数帯の中心周波数に対応する波長で、以下の伝送路での波長を表すものとする。

第１の実施の形態に係るアンテナスイッチ（以下、第１アンテナスイッチ１０Ａと記す）は、図１に示すように、アンテナ接続端子１２と送信端子１４との間に接続された２つの第１λ／４信号伝送路１６ａと、アンテナ接続端子１２と受信端子１８との間に接続された２つの第２λ／４信号伝送路１６ｂと、各第１λ／４信号伝送路１６ａに対してそれぞれ並列に接続された第１スイッチ回路２０ａと、各第２λ／４信号伝送路１６ｂに対してそれぞれ並列に接続された第２スイッチ回路２０ｂとを有する。

なお、送信端子１４とそれに隣接する第１λ／４信号伝送路１６ａとの間、受信端子１８とそれに隣接する第２λ／４信号伝送路１６ｂとの間、互いに隣接する第１λ／４信号伝送路１６ａと第２λ／４信号伝送路１６ｂとの接点とアンテナ接続端子１２との間に、それぞれキャパシタＣａ〜Ｃｃが接続されている。このキャパシタＣａ〜Ｃｃは、後述するＰＩＮダイオードをオン／オフする電流や後述するバイアス端子３２を介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサで、高周波的にはショートとして働く。

第１スイッチ回路２０ａは、１つの第１λ／４伝送路２２ａと１つの第１ＰＩＮダイオードＤ１を含む回路とが直列に接続され、且つ、第１ＰＩＮダイオードＤ１のアノードが第１λ／４伝送路２２ａに接続されて構成されている。

第１ＰＩＮダイオードＤ１を含む回路は、第１ＰＩＮダイオードＤ１のアノードとカソード間に接続された第１１インダクタＬ１１と第１１キャパシタＣ１１の直列回路を有する。この場合、第１１インダクタＬ１１がアノード側、第１１キャパシタＣ１１がカソード側となるように接続されている。第１１キャパシタＣ１１は、後述するバイアス端子３２を介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサとして働く。さらに、第１ＰＩＮダイオードＤ１のカソードとＧＮＤ（グランド）間に第１２インダクタＬ１２と第１２キャパシタＣ１２の直列回路が接続され、第１２インダクタＬ１２と第１２キャパシタＣ１２との接点に第１制御端子２４ａが接続されている。

また、第１ＰＩＮダイオードＤ１のカソードには、他端が自由端（抵抗が無限大）とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）が接続されている。そのため、第１ＰＩＮダイオードＤ１のカソード側は高周波的に接地とされ、従って、第１ＰＩＮダイオードＤ１と第１１インダクタＬ１１及び第１１キャパシタＣ１１の直列回路とを組み合わせた回路は、第１並列共振回路２８ａを構成することになる。第１２キャパシタＣ１２は、第１ＰＩＮダイオードＤ１をオン／オフする電流を阻止するためのコンデンサとして働き、第１２インダクタＬ１２は、チョークコイルとして機能する。

一方、第２スイッチ回路２０ｂは、１つの第２λ／４伝送路２２ｂと１つの第２ＰＩＮダイオードＤ２を含む回路とが直列に接続され、且つ、第２ＰＩＮダイオードＤ２のアノードが第２λ／４伝送路２２ｂに接続されて構成されている。

第２ＰＩＮダイオードＤ２を含む回路は、第２ＰＩＮダイオードＤ２のアノードとカソード間に接続された第２１インダクタＬ２１と第２１キャパシタＣ２１の直列回路を有する。この場合、第２１インダクタＬ２１がアノード側、第２１キャパシタＣ２１がカソード側となるように接続されている。第２１キャパシタＣ２１は、後述するバイアス端子３２を介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサとして働く。さらに、第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードとＧＮＤ（グランド）間に第２２インダクタＬ２２と第２２キャパシタＣ２２の直列回路が接続され、第２２インダクタＬ２２と第２２キャパシタＣ２２との接点に第２制御端子２４ｂが接続されている。

また、第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードには、他端が自由端（抵抗が無限大）とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）が接続されている。そのため、第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソード側は高周波的に接地とされ、従って、第２ＰＩＮダイオードＤ２と第２１インダクタＬ２１及び第２１キャパシタＣ２１の直列回路とを組み合わせた回路は、第２並列共振回路２８ｂを構成することになる。第２２キャパシタＣ２２は、第２ＰＩＮダイオードＤ２をオン／オフする電流を阻止するためのコンデンサとして働き、第２２インダクタＬ２２は、チョークコイルとして機能する。

さらに、この第１アンテナスイッチ１０Ａにおいては、２つの第２スイッチ回路２０ｂのうち、アンテナ接続端子１２寄りの第２スイッチ回路２０ｂにバイアス回路３０が接続されている。

このバイアス回路３０は、第１スイッチ回路２０ａの第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２スイッチ回路２０ｂの第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードに、一定のバイアス電圧Ｖｃｃを印加する回路であり、この例では、第２スイッチ回路２０ｂの第２１インダクタＬ２１と第２１キャパシタＣ２１との接点とＧＮＤ（グランド）間に接続された第３インダクタＬ３と第３キャパシタＣ３の直列回路と、第３インダクタＬ３と第３キャパシタＣ３との接点に接続されたバイアス端子３２とを有する。第３キャパシタＣ３は、バイアス端子３２を介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサとして働く。また、第３インダクタＬ３は、バイアス端子３２に供給された直流電流を第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードに供給するためのチョークコイルとして機能する。これにより、バイアス端子３２に一定のバイアス電圧Ｖｃｃを印加することによって、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードは、一定のバイアス電圧Ｖｃｃが印加されることになる。

そして、第１制御端子２４ａには第１制御電圧Ｖｃ１が印加され、第２制御端子２４ｂには第２制御電圧Ｖｃ２が印加されるようになっている。

従って、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１、第２制御電圧Ｖｃ２の大小関係が
０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１
のとき、第１スイッチ回路２０ａがオン、第２スイッチ回路２０ｂがオフとなる。

反対に、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１、第２制御電圧Ｖｃ２の大小関係が
０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２
のとき、第１スイッチ回路２０ａがオフ、第２スイッチ回路２０ｂがオンとなる。

以下の説明では、第１制御電圧Ｖｃ１について、０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ又は０Ｖ＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１である場合を第１順方向電圧といい、第２制御電圧Ｖｃ２について、０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ又は０Ｖ＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２である場合を第２順方向電圧という。同様に、第１制御電圧Ｖｃ１について、０Ｖ＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃである場合を第１逆方向電圧といい、第２制御電圧Ｖｃ２について、０Ｖ＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃである場合を第２逆方向電圧という。

次に、第１アンテナスイッチ１０Ａの回路動作について図２Ａ〜図７を参照しながら説明する。

第１スイッチ回路２０ａを主体に説明すると、先ず、バイアス端子３２にバイアス電圧Ｖｃｃが印加されることで、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードにバイアス電圧Ｖｃｃが印加されることになる。

この状態で、第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１順方向電圧が印加されることで、第１ＰＩＮダイオードＤ１がオンとなり、そのときの第１スイッチ回路２０ａの等価回路は図２Ａに示すようになる。すなわち、第１λ／４伝送路２２ａとＧＮＤ間に、等価的にインダクタンスＬａと第１ＰＩＮダイオードＤ１のオン抵抗Ｒｏが並列に接続された回路が直列に接続された形態となる。

反対に、第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１逆方向電圧が印加されることで、第１ＰＩＮダイオードＤ１がオフとなり、そのときの第１スイッチ回路２０ａの等価回路は図２Ｂに示すようになる。すなわち、第１λ／４伝送路２２ａとＧＮＤ間に、インダクタンスＬａと第１ＰＩＮダイオードＤ１の空乏層による寄生容量Ｃｆと第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ抵抗Ｒｆによる並列共振回路が直列に接続された形態となる。

そして、この第１アンテナスイッチ１０Ａでは、該第１アンテナスイッチ１０Ａの中心周波数ｆｏと、寄生容量Ｃｆ、オフ抵抗Ｒｆ及びインダクタンスＬａからなる並列共振回路の共振周波数を一致させるようにインダクタンスＬａの値を設定してある。

ここで、オン抵抗Ｒｏは、一般に１オーム程度あるいはそれ以下であり、Ｒｏ＜＜２πｆｏＬａとできるため、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオン時における中心周波数ｆｏ付近の等価回路は図３Ａのように表すことができ、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ時における中心周波数ｆｏ付近の等価回路は図３Ｂのように表すことができる。

いま、図４に示すように、伝送線路ｚ＝ＬにおいてインピーダンスＺ（Ｌ）の負荷で終端した場合を考える。

伝送線路の特性インピーダンスをＺｏとし、進行波をＡｅ^−γｚ、反射波をＢｅ^−γｚ（γは伝搬定数）とすれば、基準点ｚにおける電圧Ｖ（ｚ）及び電流Ｉ（ｚ）は以下の式で表される。
Ｖ（ｚ）＝Ａｅ^−γｚ＋Ｂｅ ^γｚ
Ｉ（ｚ）＝（Ａ／Ｚｏ）ｅ^−γｚ−（Ｂ／Ｚｏ）ｅ ^γｚ

従って、ｚ＝ＬにおけるインピーダンスＺ（Ｌ）は以下の式で表される。
Ｚ（Ｌ）＝Ｖ（Ｌ）／Ｉ（Ｌ）
＝Ｚｏ｛（Ａｅ^−γＬ＋Ｂｅ ^γＬ）／（Ａｅ^−γＬ−Ｂｅ ^γＬ）｝

また、反射係数Γ（Ｌ）は以下の式（ａ）で示す関係がある。
Γ（Ｌ）＝（Ｂｅ ^γＬ）／（Ａｅ^−γＬ）
＝（Ｂ／Ａ）ｅ^２γＬ
＝｛Ｚ（Ｌ）−Ｚｏ｝／｛Ｚ（Ｌ）＋Ｚｏ｝ ……（ａ）

さらに、ｚ＝０において負荷側を見たインピーダンスＺ（０）は、以下の式（ｂ）で表される。
Ｚ（０）＝Ｚｏ｛（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）｝ ……（ｂ）

式（ａ）より、
Ｂ／Ａ＝［｛Ｚ（Ｌ）−Ｚｏ｝／｛Ｚ（Ｌ）＋Ｚｏ｝］ｅ^−２γＬ
であるから、この式を式（ｂ）に代入すれば、以下の式（ｃ）になる。
Z(0)/Zo = {Z(L) + ZotanhγL}/{Zo + Z(L)tanhγL} ……（ｃ）

ここで、γ＝α＋ｊβ（αは減衰定数、βはβ＝２π／λで位相定数）である。

無損失線路は、α＝０であり、γ＝ｊβとなるから、式（ｃ）は以下の式（ｄ）に変形できる。
Z(0)/Zo = [Z(L) + jZotanβL]/[Zo + jZ(L)tanβL] ……（ｄ）

そして、式（ｄ）にＬ＝λ／４を代入すると、以下の式（ｅ）が求まる。
Ｚ（０）／Ｚｏ＝Ｚｏ／Ｚ（Ｌ）
Ｚ（０）＝Ｚｏ²／Ｚ（Ｌ） ……（ｅ）

このことから、第１ＰＩＮダイオードＤ１がオンのとき、Ｚ（Ｌ）が１オーム程度あるいはそれ以下の低抵抗であることから、式（ｅ）からもわかるように、第１λ／４伝送路２２ａの信号ライン側のインピーダンス（この場合、Ｚ（０））は大きな値となり、理想的には開放状態となる。反対に、第１ＰＩＮダイオードＤ１がオフのとき、Ｚ（Ｌ）が１０ｋオーム以上の高抵抗であることから、式（ｅ）からもわかるように、第１λ／４伝送路２２ａの信号ライン側のインピーダンス（この場合、Ｚ（０））は小さな値となり、理想的には短絡状態となる。

従って、例えば第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１順方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオン、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２逆方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオフになると、図５に示すような等価回路となり、送信端子１４のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続されることになる。これによって、送信端子１４に供給された送信信号Ｓａがアンテナ接続端子１２を通じて送信されることになる。つまり、送信端子１４からアンテナ接続端子１２にかけての第１信号ライン３４ａが信号伝送側となり、受信端子１８からアンテナ接続端子１２にかけての第２信号ライン３４ｂが信号遮断側となる。

上述とは反対に、第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１逆方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオフ、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２順方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオンになると、図６に示すような等価回路となり、受信端子１８のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続されることになる。これによって、アンテナにて受信した受信信号Ｓｂがアンテナ接続端子１２に供給され、該受信端子１８から出力されることになる。つまり、送信端子１４からアンテナ接続端子１２にかけての第１信号ライン３４ａが信号遮断側となり、受信端子１８からアンテナ接続端子１２にかけての第２信号ライン３４ｂが信号伝送側となる。

ところで、上述したように、例えば第１並列共振回路２８ａを設けず、第１ＰＩＮダイオードＤ１のみを接続した場合、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ時における中心周波数ｆｏ付近の等価回路は、図３Ｂのようにはならず、図２Ｂのように、寄生容量Ｃｆが残り、共振周波数は低域側にずれることになる。その結果、第１λ／４伝送路２２ａの位相特性に誤差が生じ、損失につながるという問題がある。

そこで、第１アンテナスイッチ１０Ａでは、第１並列共振回路２８ａの第１１インダクタＬ１１の定数を調整して、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ時の第１並列共振回路２８ａの共振周波数と第１アンテナスイッチ１０Ａの中心周波数ｆｏとが同じになるようにしている。同様に、第２並列共振回路２８ｂの第２１インダクタＬ２１の定数を調整して、第２ＰＩＮダイオードＤ２のオフ時の第２並列共振回路２８ｂの共振周波数と第１アンテナスイッチ１０Ａの中心周波数ｆｏとが同じになるようにしている。

一方、ＰＩＮダイオードのオン時の抵抗Ｒｏは、Ｒｏ＜＜２πｆｏＬａであるので、これにより、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、例えば第１ＰＩＮダイオードＤ１のオン時において、第１λ／４伝送路２２ａのＧＮＤ側にオン抵抗Ｒｏのみが接続され、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ時において、第１λ／４伝送路２２ａのＧＮＤ側にオフ抵抗Ｒｆのみが接続された形態となるため、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオン時とオフ時の第１λ／４伝送路２２ａの共振周波数はずれることがない。

従って、この第１アンテナスイッチ１０Ａにおいては、第１λ／４伝送路２２ａ及び第２λ／４伝送路２２ｂの各位相特性に誤差は発生せず、スイッチ回路のオン時の通過帯域とオフ時のアイソレーション帯域を一致させることができる。つまり、アンテナスイッチとして使用する帯域において、オン時の通過損失の最小化、オフ時のアイソレーションの最大化を適切に設定することができる。結果的に、スイッチ回路に伴う伝送信号に対する損失を低減することができると共に、スイッチ回路のオフ時の減衰量を適切に確保することができる。

さらに、この第１アンテナスイッチ１０Ａにおいては、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１及び第２制御電圧Ｖｃ２として、いずれも正電圧に設定し、又は負電圧に設定することができることから、正電源と負電源の両方を使う必要がなく、単一の電源（正電源又は負電源）で済み、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２に逆バイアスをかけることで、接合容量の小さい領域で使うことができ、また、部品点数の増加、回路構成の複雑化を招くことがない。

また、第１アンテナスイッチ１０Ａでは、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードに、他端が自由端（抵抗が無限大）とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）を接続するようにしている。これにより、以下のような効果を得ることができる。

例えばλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）の接続に代えて、図２０に示す比較例に係るアンテナスイッチ２００のように、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードとＧＮＤ（グランド）間にキャパシタＣｘを接続することが考えられる。しかし、キャパシタＣｘのＱや寄生インダクタンスにより、十分に低インピーダンスが得られず、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードを高周波的に接地することが困難であるという問題がある。

これに対して、第１アンテナスイッチ１０Ａは、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各カソードに、他端が自由端とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）を接続するようにしたので、このインピーダンス変換作用により、十分低いインピーダンスが得られ、カソードを高周波的に接地状態とすることができる。

なお、上述の例では、第１スイッチ回路２０ａに第１並列共振回路２８ａを設け、第２スイッチ回路２０ｂに第２並列共振回路２８ｂを設けるようにしたが、その他、これら第１並列共振回路２８ａ及び第２並列共振回路２８ｂを省略して、第１ＰＩＮダイオードＤ１の各カソードにそれぞれ第１制御端子２４ａを接続し、第２ＰＩＮダイオードＤ２の各カソードにそれぞれ第２制御端子２４ｂを接続するようにしてもよい。この場合、構成の簡単化を図ることができる。

次に、第１アンテナスイッチ１０Ａの各種変形例について図７〜図１６を参照しながら説明する。

第１変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａａは、図７に示すように、上述した第１アンテナスイッチ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、各第１スイッチ回路２０ａにおいて、複数の第１ＰＩＮダイオードＤ１がそれぞれ並列に接続され、各第２スイッチ回路２０ｂにおいて、複数の第２ＰＩＮダイオードＤ２がそれぞれ並列に接続されている点で異なる。

この場合も、第１並列共振回路２８ａの第１１インダクタＬ１１の各定数を調整して、第１ＰＩＮダイオードＤ１のオフ時の第１並列共振回路２８ａの共振周波数と、アンテナスイッチ１０Ａａの中心周波数とが同じになるようにしている。

同様に、第２並列共振回路２８ｂの第２１インダクタＬ２１の各定数を調整して、第２ＰＩＮダイオードＤ２のオフ時の第２並列共振回路２８ｂの共振周波数と、アンテナスイッチ１０Ａａの中心周波数とが同じになるようにしている。

従って、例えば第１スイッチ回路２０ａがオン、すなわち、複数の第１ＰＩＮダイオードＤ１がすべてオンになると、第１λ／４伝送路２２ａとＧＮＤ間の抵抗は、１つのオン抵抗よりも低い抵抗が接続された形となる。従って、上述した式（ｅ）からもわかるように、第１λ／４伝送路２２ａにおける第１信号ライン３４ａ側の端部のインピーダンスは、１つのオン抵抗の場合よりも高いインピーダンスとなる。すなわち、理想的な開放状態に近づくことになる。

逆に、第１スイッチ回路２０ａがオフ、すなわち、複数の第１ＰＩＮダイオードＤ１がすべてオフになると、結果的に第１λ／４伝送路２２ａとＧＮＤ間にはそれぞれ高抵抗であるオフ抵抗のみが接続された形となる。従って、第１λ／４伝送路２２ａにおける第１信号ライン３４ａ側の端部のインピーダンスは、上述した（ｅ）式からもわかるように、高抵抗に応じた低いインピーダンスになる。つまり、信号伝送時のスイッチ回路の通過損失をより低減することができる。

次に、第２変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｂについて図８及び図９を参照しながら説明する。

このアンテナスイッチ１０Ａｂは、図８に示すように、上述した第１アンテナスイッチ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、第１λ／４信号伝送路１６ａを構成要素の１つとし、送信信号の反射波を検出する方向性結合器３６を有する点で異なる。

この方向性結合器３６は、上述した第１λ／４信号伝送路１６ａと、該第１λ／４信号伝送路１６ａに対向して配置されたλ／４線路３８と、該λ／４線路３８の一端に接続された反射波出力端子４０と、λ／４線路３８の他端に接続された終端抵抗４２とを有する。なお、終端抵抗４２の他端は接地とされている。

ここで、方向性結合器３６の動作原理について図９を参照しながら説明する。先ず、方向性結合器３６の第１端φ１〜第４端φ４について以下のように定義する。すなわち、第１λ／４信号伝送路１６ａの送信端子１４側の端部を第１端φ１、第１λ／４信号伝送路１６ａのアンテナ接続端子１２側の端部を第２端φ２、λ／４線路３８の送信端子１４側の端部を第３端φ３、λ／４線路３８のアンテナ接続端子１２側の端部を第４端φ４とする。

このとき、方向性結合器３６の第１端φ１に、送信端子１４からの送信信号による進行波電力Ｐａが加えられると、第２端φ２に進行波が現れ、第３端φ３に進行波電力Ｐａに比例した電力ｄＰａの電波（信号）が現れる。そして、アンテナで反射が発生して、方向性結合器３６の第２端φ２に反射波電力Ｐｂが加わると、第１端φ１に反射波が現れ、第４端φ４に反射波電力Ｐｂに比例した電力ｄＰｂの電波（信号）が現れる。つまり、方向性結合器３６の第４端φ４につながる反射波出力端子４０から反射波電力Ｐｂに比例した信号が出力されることになり、反射波を検出することが可能となる。

すなわち、送信信号の出力時に、アンテナで反射が生じた場合、方向性結合器３６の反射波出力端子４０から反射波に比例した信号を取り出すことができ、反射波を検出することが可能となる。この場合、第１λ／４信号伝送路１６ａにλ／４線路３８を対向して配置するだけでよいため、部品点数を増加させることなく、送信信号の反射波を検出することができる。

このように、第２変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｂにおいては、１つのアンテナスイッチであっても、送信信号の反射波を検出することができることから、反射波検出機能付きの送信システムあるいは送受信システムの部品点数の低減、サイズの小型化をより促進することができ、製造コストの低廉化、伝送ロスの低減化も図ることができる。

次に、第３変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｃは、図１０に示すように、上述した第２変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｂとほぼ同様の構成を有するが、方向性結合器３６が以下のように構成されている点で異なる。

すなわち、方向性結合器３６は、第１λ／４信号伝送路１６ａと、該第１λ／４信号伝送路１６ａに対向して配置されたλ／４線路３８とを有し、第３端φ３（λ／４線路３８の送信端子１４側端部）に進行波出力端子４４が接続され、第４端φ４（λ／４線路３８のアンテナ接続端子１２側端部）に反射波出力端子４０が接続されている。

これにより、方向性結合器３６の第３端φ３につながる進行波出力端子４４から進行波電力Ｐａ（図９参照）に比例した信号が出力され、方向性結合器３６の第４端φ４につながる反射波出力端子４０から反射波電力Ｐｂに比例した信号が出力されることになり、送信信号の反射波及び進行波を検出することができる。

次に、第４変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｄは、図１１に示すように、上述した第２変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｂとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、例えばアンテナ接続端子１２寄りの第１λ／４信号伝送路１６ａを構成要素の１つとし、送信信号の反射波を検出する第１方向性結合器３６ａと、送信端子１４寄りの第１λ／４信号伝送路１６ａを構成要素の１つとし、送信信号の進行波を検出する第２方向性結合器３６ｂとを有する。

第１方向性結合器３６ａは、上述した第１λ／４信号伝送路１６ａと、該第１λ／４信号伝送路１６ａに対向して配置された第１λ／４線路３８ａと、該第１λ／４線路３８ａの一端（第４端φ４）に接続された反射波出力端子４０と、第１λ／４線路３８ａの他端（第３端φ３）に接続された第１終端抵抗４２ａとを有する。

第２方向性結合器３６ｂは、上述した第１λ／４信号伝送路１６ａと、該第１λ／４信号伝送路１６ａに対向して配置された第２λ／４線路３８ｂと、該第２λ／４線路３８ｂの一端（第３端φ３）に接続された進行波出力端子４４と、第２λ／４線路３８ｂの他端（第４端φ４）に接続された第２終端抵抗４２ｂとを有する。なお、第１終端抵抗４２ａ及び第２終端抵抗４２ｂの各他端は接地とされている。

この場合、第２方向性結合器３６ｂの第３端φ３につながる進行波出力端子４４から進行波電力Ｐａ（図９参照）に比例した信号が出力され、第１方向性結合器３６ａの第４端φ４につながる反射波出力端子４０から反射波電力Ｐｂに比例した信号が出力されることになるため、送信信号の反射波及び進行波を検出することができる。

しかも、反射波出力端子４０に接続されるモニタ回路（反射波検出回路）の特性と、進行波出力端子４４に接続されるモニタ回路（進行波検出回路）の特性が異なっていても、各モニタ回路の特性に、第１方向性結合器３６ａ及び第２方向性結合器３６ｂの出力特性をそれぞれ独立に設定することができるため、方向性結合器の設計の自由度を上げることができる。

次に、第５変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｅについて図１２を参照しながら説明する。

このアンテナスイッチ１０Ａｅは、図１２に示すように、上述した第１アンテナスイッチ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、受信端子１８に隣接する第２スイッチ回路２０ｂの第２１インダクタＬ２１に対して、受信側終端形成用抵抗Ｒｒが並列に接続されている点で異なる。

ここで、第２スイッチ回路２０ｂの動作を主体に説明すると、第２スイッチ回路２０ｂは、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２順方向電圧が印加されることで、第２ＰＩＮダイオードＤ２がオンとなり、そのときの第２スイッチ回路２０ｂの等価回路は図１３Ａに示すようになる。すなわち、第２λ／４伝送路２２ｂとＧＮＤ間に、等価的にインダクタンスＬａと第２ＰＩＮダイオードＤ２のオン抵抗Ｒｏと受信側終端形成用抵抗Ｒｒが並列に接続された回路が直列に接続された形態となる。

反対に、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２逆方向電圧が印加されることで、第２ＰＩＮダイオードＤ２がオフとなり、そのときの第２スイッチ回路２０ｂの等価回路は図１３Ｂに示すようになる。すなわち、第２λ／４伝送路２２ｂとＧＮＤ間に、インダクタンスＬａと第２ＰＩＮダイオードＤ２の空乏層による寄生容量Ｃｆと第２ＰＩＮダイオードＤ２のオフ抵抗Ｒｆと受信側終端形成用抵抗Ｒｒによる並列共振回路が直列に接続された形態となる。

この場合も、アンテナスイッチ１０Ａｅの中心周波数ｆｏと、寄生容量Ｃｆ、オフ抵抗Ｒｆ及びインダクタンスＬａからなる並列共振回路の共振周波数を一致させるようにインダクタンスＬａの値を設定してある。

第２スイッチ回路２０ｂは、上述したように、受信側終端形成用抵抗Ｒｒが並列に接続された形態となるが、オン抵抗Ｒｏと受信側終端形成用抵抗Ｒｒの大小関係が、Ｒｏ＜＜Ｒｒであるため、オン動作時には影響を与えない。また、オフ抵抗Ｒｆと受信側終端形成用抵抗Ｒｒの大小関係が、Ｒｆ＞＞Ｒｒであるため、信号ライン側のインピーダンスは受信側終端形成用抵抗Ｒｒで決定される。

具体的に説明すると、例えば第２λ／４伝送路２２ｂの特性インピーダンスを５０オームとし、受信側終端形成用抵抗Ｒｒを５０オームとしたとき、オフ抵抗Ｒｆ（例えば１０ｋオーム）と受信側終端形成用抵抗Ｒｒとの合成抵抗（Ｒｆ／／Ｒｒ）は、４９．７５１オームとなるから、第２λ／４伝送路２２ｂの信号ライン側のインピーダンスは、上述の式（ｅ）から、５０×５０／４９．７５１＝５０．２５０オームで終端されることになる（終端抵抗が５０．２５０オームとなる）。実際には、終端抵抗が例えば５０オームとなるように、受信側終端形成用抵抗Ｒｒの値を決定する。

オン時は、オン抵抗Ｒｏ＝１オームとすると、オン抵抗Ｒｏと受信側終端形成用抵抗Ｒｒとの合成抵抗（Ｒｏ／／Ｒｒ）は、０．９８０４オームとなるから、第２λ／４伝送路２２ｂの信号ライン側のインピーダンスは、上述の式（ｅ）から、５０×５０／０．９８０４＝２５５０オームとなる。

従って、例えば第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１順方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオン、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２逆方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオフになると、図１４に示すような等価回路となり、送信端子１４のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続され、受信端子１８には例えば５０オームの終端抵抗Ｒｅが接続されることになる。これによって、送信端子１４に供給された送信信号Ｓａがアンテナ接続端子１２を通じて送信されることになる。つまり、送信端子１４からアンテナ接続端子１２にかけての第１信号ライン３４ａが信号伝送側となり、受信端子１８からアンテナ接続端子１２にかけての第２信号ライン３４ｂが信号遮断側となる。

仮に、受信側終端形成用抵抗Ｒｒが存在しないとすると、上述したように、第２λ／４伝送路２２ｂの信号ライン側のインピーダンスは小さな値となり、理想的には短絡状態となる。つまり、オフ時の受信側のインピーダンスが０オームとなり、全反射となるため、受信端子１８に接続される受信アンプの動作が不安定になる場合がある。

しかし、この第５変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｅでは、受信端子１８に隣接する第２スイッチ回路２０ｂの第２１インダクタＬ２１に受信側終端形成用抵抗Ｒｒを並列に接続するようにしたので、上述したように、オフ時の受信側のインピーダンスが終端抵抗Ｒｅの値、例えば５０オームとなって、他の回路とインピーダンスの整合をとることができ、受信端子１８に接続される受信アンプの動作を安定にさせることができる。

上述とは反対に、第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１逆方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオフ、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２順方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオンになると、図６に示すような等価回路となり、受信端子１８のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続されることになる。これによって、アンテナにて受信した受信信号Ｓｂがアンテナ接続端子１２に供給され、該受信端子１８から出力されることになる。つまり、送信端子１４からアンテナ接続端子１２にかけての第１信号ライン３４ａが信号遮断側となり、受信端子１８からアンテナ接続端子１２にかけての第２信号ライン３４ｂが信号伝送側となる。このため、受信時において、受信側終端形成用抵抗Ｒｒによる影響はない。

次に、第６変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｆは、図１５に示すように、上述した第５変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｅとほぼ同様の構成を有するが、さらに、送信端子１４に隣接する第１スイッチ回路２０ａの第１１インダクタＬ１１に対して、送信側終端形成用抵抗Ｒｔが並列に接続されている点で異なる。

従って、例えば第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１順方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオン、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２逆方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオフになると、図１４に示すような等価回路となり、送信端子１４のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続され、受信端子１８には例えば５０オームの終端抵抗Ｒｅが接続されることになる。この場合、オフ時の受信側のインピーダンスが終端抵抗Ｒｅの値、例えば５０オームとなって、他の回路とインピーダンスの整合をとることができ、受信端子１８に接続される受信アンプの動作を安定にさせることができる。

上述とは反対に、第１制御端子２４ａに、第１制御電圧Ｖｃ１として第１逆方向電圧が印加されて第１ＰＩＮダイオードＤ１がオフ、第２制御端子２４ｂに、第２制御電圧Ｖｃ２として第２順方向電圧が印加されて第２ＰＩＮダイオードＤ２がオンになると、図１６に示すような等価回路となり、受信端子１８のみがアンテナ接続端子１２に高周波的に接続され、送信端子１４には例えば５０オームの終端抵抗Ｒｅが接続されることになる。この場合、オフ時の送信側のインピーダンスが終端抵抗Ｒｅの値、例えば５０オームとなって、他の回路とインピーダンスの整合をとることができる。

次に、第２の実施の形態に係るアンテナスイッチ（以下、第２アンテナスイッチ１０Ｂと記す）について図１７を参照しながら説明する。

この第２アンテナスイッチ１０Ｂは、図１７に示すように、上述した第１アンテナスイッチ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードにバイアス電圧Ｖｃｃが印加される点で異なる。

すなわち、この第２アンテナスイッチ１０Ｂは、送信端子１４とそれに隣接する第１λ／４信号伝送路１６ａとの間、アンテナ接続端子１２とそれに隣接する第１λ／４信号伝送路１６ａとの間、アンテナ接続端子１２とそれに隣接する第２λ／４信号伝送路１６ｂとの間、受信端子１８とそれに隣接する第２λ／４信号伝送路１６ｂとの間に、それぞれキャパシタＣａ〜Ｃｄが接続されている。このキャパシタＣａ〜Ｃｄは、後述するＰＩＮダイオードをオン／オフする電流やバイアス端子３２を介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサで、高周波的にはショートとして働く。

また、２つの第１スイッチ回路２０ａのうち、アンテナ接続端子１２寄りの第１スイッチ回路２０ａに第１制御回路４６ａが接続され、２つの第２スイッチ回路２０ｂのうち、アンテナ接続端子１２寄りの第２スイッチ回路２０ｂに第２制御回路４６ｂが接続されている。

第１制御回路４６ａは、第１スイッチ回路２０ａの第１ＰＩＮダイオードＤ１の各アノードに、第１制御電圧Ｖｃ１を印加する回路であり、この例では、第１スイッチ回路２０ａの第１１インダクタＬ１１と第１１キャパシタＣ１１との接点とＧＮＤ（グランド）間に接続された第４１インダクタＬ４１と第４１キャパシタＣ４１の直列回路と、第４１インダクタＬ４１と第４１キャパシタＣ４１との接点に接続された第１制御端子２４ａとを有する。第４１キャパシタＣ４１は、第１制御端子２４ａを介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサとして働く。また、第４１インダクタＬ４１は、第１制御端子２４ａに供給された直流電流を第１ＰＩＮダイオードＤ１の各アノードに供給するためのチョークコイルとして機能する。これにより、第１制御端子２４ａに第１制御電圧Ｖｃ１を印加することによって、第１ＰＩＮダイオードＤ１の各アノードは、第１制御電圧Ｖｃ１が印加されることになる。

第１ＰＩＮダイオードＤ１のカソードには、他端が自由端（抵抗が無限大）とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）が接続されているので、そのインピーダンス変換作用により、第１ＰＩＮダイオードＤ１のカソード側は高周波的に接地とされ、従って、第１ＰＩＮダイオードＤ１と第１１インダクタＬ１１及び第１１キャパシタＣ１１の直列回路とを組み合わせた回路は、第１並列共振回路２８ａを構成することになる。

同様に、第２制御回路４６ｂは、第２スイッチ回路２０ｂの第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードに、第２制御電圧Ｖｃ２を印加する回路であり、この例では、第２スイッチ回路２０ｂの第２１インダクタＬ２１と第２１キャパシタＣ２１との接点とＧＮＤ（グランド）間に接続された第４２インダクタＬ４２と第４２キャパシタＣ４２の直列回路と、第４２インダクタＬ４２と第４２キャパシタＣ４２との接点に接続された第２制御端子２４ｂとを有する。第４２キャパシタＣ４２は、第２制御端子２４ｂを介して供給される直流電流を阻止するためのコンデンサとして働く。また、第４２インダクタＬ４２は、第２制御端子２４ｂに供給された直流電流を第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードに供給するためのチョークコイルとして機能する。これにより、第２制御端子２４ｂに第２制御電圧Ｖｃ２を印加することによって、第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードは、第２制御電圧Ｖｃ２が印加されることになる。

第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソードには、他端が自由端（抵抗が無限大）とされたλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）が接続されているため、第２ＰＩＮダイオードＤ２のカソード側は高周波的に接地とされ、従って、第２ＰＩＮダイオードＤ２と第２１インダクタＬ２１及び第２１キャパシタＣ２１の直列回路とを組み合わせた回路は、第２並列共振回路２８ｂを構成することになる。

一方、第１スイッチ回路２０ａの第１２インダクタＬ１２と第１２キャパシタＣ１２との接点に接続される端子、第２スイッチ回路２０ｂの第２２インダクタＬ２２と第２２キャパシタＣ２２との接点に接続される端子はそれぞれバイアス端子３２となり、該バイアス端子３２にバイアス電圧Ｖｃｃが印加されることによって、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各カソードにバイアス電圧Ｖｃｃが印加されることになる。

この第２アンテナスイッチ１０Ｂにおいては、第１ＰＩＮダイオードＤ１及び第２ＰＩＮダイオードＤ２の各カソードにバイアス電圧Ｖｃｃが印加され、第１ＰＩＮダイオードＤ１の各アノードに第１制御電圧Ｖｃ１が印加され、第２ＰＩＮダイオードＤ２の各アノードに第２制御電圧Ｖｃ２が印加されることから、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１、第２制御電圧Ｖｃ２の大小関係が
０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２
のとき、第１スイッチ回路２０ａがオン、第２スイッチ回路２０ｂがオフとなる。

反対に、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１、第２制御電圧Ｖｃ２の大小関係が
０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１
のとき、第１スイッチ回路２０ａがオフ、第２スイッチ回路２０ｂがオンとなる。

つまり、第１制御電圧Ｖｃ１について、０Ｖ＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃである場合に第１順方向電圧となり、第２制御電圧Ｖｃ２について、０Ｖ＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃである場合に第２順方向電圧となる。同様に、第１制御電圧Ｖｃ１について、０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ又は０Ｖ＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１である場合に第１逆方向電圧となり、第２制御電圧Ｖｃ２について、０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ又は０Ｖ＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２である場合に第２逆方向電圧となる。

この第２アンテナスイッチ１０Ｂにおいても、第１アンテナスイッチ１０Ａと同様に、アンテナスイッチとして使用する帯域において、オン時の通過損失の最小化、オフ時のアイソレーションの最大化を適切に設定することができる。結果的に、スイッチ回路に伴う伝送信号に対する損失を低減することができると共に、スイッチ回路のオフ時の減衰量を適切に確保することができる。

また、バイアス電圧Ｖｃｃ、第１制御電圧Ｖｃ１及び第２制御電圧Ｖｃ２として、いずれも正電圧に設定し、又は負電圧に設定することができることから、正電源と負電源の両方を使う必要がなく、単一の電源（正電源又は負電源）で済み、ＰＩＮダイオードに逆バイアスをかけることで、接合容量の小さい領域で使うことができ、また、部品点数の増加、回路構成の複雑化を招くことがなく、しかも、スイッチ切換速度が低下することがない。

なお、第２アンテナスイッチ１０Ｂにおいても、上述した第１変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａａ〜第６変形例に係るアンテナスイッチ１０Ａｆと同様の構成を採用することができる。

上述の例では、各種信号伝送路として、小型化等の点で優れる第１λ／４信号伝送路１６ａ、第２λ／４信号伝送路１６ｂを用いたが、３λ／４信号伝送路等を用いてもよい。また、各種伝送路として、小型化等の点で優れる第１λ／４伝送路２２ａ、第２λ／４伝送路２２ｂを用いたが、３λ／４伝送路等を用いてもよい。また、共振素子あるいは共振ラインとして、小型化等の点で優れるλ／４共振素子２６（あるいはλ／４共振ライン）を用いたが、３λ／４共振素子（あるいは３λ／４共振ライン）等を用いてもよい。

なお、本発明に係る高周波スイッチは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

第１アンテナスイッチの構成を示す回路図である。 図２Ａは第１アンテナスイッチにおいて、第１ＰＩＮダイオードをオンにしたときの第１スイッチ回路の等価回路を示す図であり、図２Ｂは第１ＰＩＮダイオードをオフにしたときの第１スイッチ回路の等価回路を示す図である。 図３Ａは第１ＰＩＮダイオードのオン時における中心周波数付近の第１スイッチ回路の等価回路を示す図であり、図３Ｂは第１ＰＩＮダイオードのオフ時における中心周波数付近の第１スイッチ回路の等価回路を示す図である。 伝送線路の入力側と出力側のインピーダンスの関係を説明するための図である。 第１アンテナスイッチにおいて、第１スイッチ回路をオン、第２スイッチ回路をオフにしたときの等価回路を示す図である。 第１アンテナスイッチにおいて、第１スイッチ回路をオフ、第２スイッチ回路をオンにしたときの等価回路を示す図である。 第１変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 第２変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 方向性結合器の動作を示す説明図である。 第３変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 第４変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 第５変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 図１３Ａは第５変形例に係るアンテナスイッチにおいて、第２ＰＩＮダイオードをオンにしたときの第２スイッチ回路の等価回路を示す図であり、図１３Ｂは第２ＰＩＮダイオードをオフにしたときの第２スイッチ回路の等価回路を示す図である。 第５変形例に係るアンテナスイッチにおいて、第１スイッチ回路をオン、第２スイッチ回路をオフにしたときの等価回路を示す図である。 第６変形例に係るアンテナスイッチの構成を示す回路図である。 第６変形例に係るアンテナスイッチにおいて、第１スイッチ回路をオフ、第２スイッチ回路をオンにしたときの等価回路を示す図である。 第２アンテナスイッチの構成を示す回路図である。 高周波スイッチを利用した第１送受信方式を示す説明図である。 高周波スイッチを利用した第２送受信方式を示す説明図である。 比較例に係るアンテナスイッチを示す回路図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ａａ〜１０Ａｆ、１０Ｂ…アンテナスイッチ
１２…アンテナ接続端子 １４…送信端子
１６ａ…第１λ／４信号伝送路 １６ｂ…第２λ／４信号伝送路
１８…受信端子 ２０ａ…第１スイッチ回路
２０ｂ…第２スイッチ回路 ２２ａ…第１λ／４伝送路
２２ｂ…第２λ／４伝送路 ２４ａ…第１制御端子
２４ｂ…第２制御端子
２６…λ／４共振素子（あるいはλ／４共振ライン）
２８ａ…第１並列共振回路 ２８ｂ…第２並列共振回路
３０…バイアス回路 ３２…バイアス端子
３６…方向性結合器 ４６ａ…第１制御回路
４６ｂ…第２制御回路 Ｄ１…第１ＰＩＮダイオード
Ｄ２…第２ＰＩＮダイオード

Claims (9)

1. 送信端子からの送信信号を伝送させる１以上の第１信号伝送路に対して、第１ＰＩＮダイオードを含む第１スイッチ回路がそれぞれ並列に接続され、受信信号を受信端子に伝送させる１以上の第２信号伝送路に対して、第２ＰＩＮダイオードを含む第２スイッチ回路がそれぞれ並列に接続された高周波スイッチにおいて、
   前記第１スイッチ回路は、第１伝送路と１以上の前記第１ＰＩＮダイオードを含む回路とが直列に接続され、且つ、前記第１ＰＩＮダイオードのアノードが前記第１伝送路に接続され、
   前記第２スイッチ回路は、第２伝送路と１以上の前記第２ＰＩＮダイオードを含む回路とが直列に接続され、且つ、前記第２ＰＩＮダイオードのアノードが前記第２伝送路に接続され、
   各前記ＰＩＮダイオードのカソードがそれぞれ高周波的に接地とされ、
   各前記ＰＩＮダイオードのカソードに、他端が自由端とされた共振素子あるいは共振ラインが接続され、
   前記第１ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか一方に、第１制御電圧が供給される第１制御端子が電気的に接続され、
   前記第２ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか一方に、第２制御電圧が供給される第２制御端子が電気的に接続され、
   各前記ＰＩＮダイオードのアノード又はカソードのいずれか他方に、一定のバイアス電圧を印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする高周波スイッチ。
2. 請求項１記載の高周波スイッチにおいて、
   前記第１制御電圧をＶｃ１、前記第２制御電圧をＶｃ２、前記バイアス電圧をＶｃｃとしたとき、
   ０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１のとき、前記第１スイッチ回路がオン、前記第２スイッチ回路がオフとなり、
   ０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２のとき、前記第１スイッチ回路がオフ、前記第２スイッチ回路がオンとなることを特徴とする高周波スイッチ。
3. 請求項１記載の高周波スイッチにおいて、
   前記第１制御電圧をＶｃ１、前記第２制御電圧をＶｃ２、前記バイアス電圧をＶｃｃとしたとき、
   ０Ｖ＜Ｖｃ２＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ１又は０Ｖ＞Ｖｃ１＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ２のとき、前記第１スイッチ回路がオン、前記第２スイッチ回路がオフとなり、
   ０Ｖ＜Ｖｃ１＜Ｖｃｃ＜Ｖｃ２又は０Ｖ＞Ｖｃ２＞Ｖｃｃ＞Ｖｃ１のとき、前記第１スイッチ回路がオフ、前記第２スイッチ回路がオンとなることを特徴とする高周波スイッチ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   動作周波数帯の中心周波数がｆｏ、該中心周波数ｆｏに対応する波長がλであり、
   前記第１スイッチ回路は、前記第１信号伝送路に対して、前記第１伝送路と１以上の前記第１ＰＩＮダイオードを含む並列共振回路とが直列に接続され、
   前記第２スイッチ回路は、前記第２信号伝送路に対して、前記第２伝送路と１以上の前記第２ＰＩＮダイオードを含む並列共振回路とが直列に接続され、
   前記並列共振回路は、前記ＰＩＮダイオードのオフ時の共振周波数と前記中心周波数ｆｏとが同じになるように定数が設定されていることを特徴とする高周波スイッチ。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   前記第１信号伝送路を構成要素として含み、少なくとも前記送信信号の反射波を検出する方向性結合器を有することを特徴とする高周波スイッチ。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   少なくとも前記受信端子に接続された前記第２信号伝送路に対して並列に接続された前記第２スイッチ回路における前記第２ＰＩＮダイオードに対して、終端形成用抵抗が並列に接続されていることを特徴とする高周波スイッチ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   前記第１信号伝送路及び前記第２信号伝送路はそれぞれλ／４信号伝送路であることを特徴とする高周波スイッチ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   前記第１伝送路及び前記第２伝送路はそれぞれλ／４伝送路であることを特徴とする高周波スイッチ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の高周波スイッチにおいて、
   前記共振素子あるいは共振ラインはそれぞれλ／４共振素子あるいはλ／４共振ラインであることを特徴とする高周波スイッチ。

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