JP5521089B2 - 高周波スイッチ及び受信回路 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波信号の切替を行う高周波スイッチ及びこれを用いた受信回路に関するものである。

無線通信機やレーダ装置では、マイクロ波やミリ波などの高周波の搬送波を通信や探査に用いる信号で変調し、これを無線周波数（ＲＦ）信号として送信している。また、このようなＲＦ信号を受信する受信系では、ダイレクトコンバージョン受信方式や、スーパーヘテロダイン方式などの各種方式により、ミキサを用いてＲＦ信号を低い周波数の信号にダウンコンバートして処理している。

ＲＦ信号をダウンコンバートするのに用いるミキサには、ダブルバランス型、ギルバートセル型など各種のものが存在するが、これらのミキサではローカル信号の漏洩によるセルフミキシングの問題がある。各ミキサの回路が完全にバランスした理想的な状態ではこのような問題は起きないが、実際には各ミキサの回路を完全にバランスさせることは極めて困難である。そのため、ローカル信号がミキサのＲＦ入力端子から漏洩し、この信号がＬＮＡ（低雑音増幅回路）などの回路で反射されて再びミキサに入力される。ミキサに戻った漏洩信号は、ローカル信号と掛け合わされることでセルフミキシングと呼ばれる信号が発生する。

セルフミキシング信号には、スタティックな成分とダイナミックな成分がある。スタティックな成分は、回路中の各所の反射点に依存して発生する時間的に変動が無い成分である。また、ダイナミックな成分は、アンテナを取り巻く環境の変動に依存して受信アンテナの出力インピーダンスが変動する場合や、構成要素に時分割動作する回路が含まれている場合など、反射点の時間変化に起因して発生する成分である。

一例として、図１７に示す受信回路９００では、ローカル（ＬＯ）信号源９０１で生成されたＬＯ信号９０６がミキサ９０２から漏洩し、これが増幅器９０３を経由して受信アンテナ９０４に至り、ここで反射された反射波９０７が再びミキサ９０２に戻り、ここでＬＯ信号９０６と掛け合わされてセルフミキシング信号９０８が発生する。この場合、受信アンテナ９０４の出力インピーダンスが、周辺に配置されている部品等の影響を受けて変動すると、受信アンテナ９０４の反射特性が変化して反射波９０７が時間的に変動する。これにより、セルフミキシング信号９０８にダイナミック成分が含まれることになる。

また、図１８は、増幅器９０３とミキサ９０２との間に高周波スイッチ９１１が設けられた受信回路９１０を例示しており、高周波スイッチ９１１が時分割制御されて開閉を繰り返す構成となっている。この場合には、高周波スイッチ９１１で反射された反射波９１２が、ミキサ９０２でＬＯ信号９０６と掛け合わされてセルフミキシング信号９１３が発生する。高周波スイッチ９１１が時分割変動することから、セルフミキシング信号９１３にはダイナミック成分が含まれることになる。

セルフミキシング信号に含まれるスタティックな成分については、ＤＣカット、またはベースバンド信号の帯域が比較的広い場合にはＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、を設けることで、直流成分も含めてセルフミキシング信号を除去することが可能である。セルフミキシング信号を除去するように構成された受信回路の一例として、特許文献１では、図１９に示すように、増幅器９２２とミキサ９２３からなる基本回路と同様に構成されたダミー回路を設けており、それぞれで発生したセルフミキシング信号を相殺させるように構成されている。

一方、セルフミキシング信号のダイナミック成分は、時間的に変化する周波数成分を有する信号となるため、これに相当する遮断特性を持ったＨＰＦが必要となる。しかし、ＨＰＦを通過させたときにベースバンド信号から必要な情報量を喪失してしまうおそれがあるため、そのような場合にはＨＰＦを用いることができない。このような問題を解決する従来技術として、例えば非特許文献１に記載のものが知られている。

非特許文献１では、ローカル信号の漏れ信号が反射点に到達する前に低減させることを目的に、図２０に示すように、ミキサ９３１から漏れたリーク信号の反射点となるＬＮＡ９３２の前方（ミキサ９３１側）にバッファアンプ９３３を設けている。ＬＮＡ９３２の前方にバッファアンプ９３３を追加することで、リーク信号が反射点のＬＮＡ９３２に到達する前にバッファアンプ９３３で低減されるようにしている。また、特許文献１のダミー回路を設ける方法でも、適用する部位によってはダイナミック成分を相殺させることが可能となる。

高周波スイッチが設けられた回路の一例として、図１８に示した受信回路９１０を対象に、非特許文献１のように高周波スイッチの前方にバッファアンプを設ける場合（以下では従来事例１とする）、及び特許文献１のようなダミー回路（高周波スイッチを含む）を設ける場合（以下では従来事例２とする）について、セルフミキシング信号がどのように低減されるかを、図２１を用いて説明する。図２１は、セルフミキシング信号がそれぞれの手段で低減されることを模式的に示した説明図である。

図２１（ａ）は、ＬＯ信号源９０１で生成されるＬＯ信号の一例を示している。ここでは、スイッチ９１１がオン（閉）の時間長とオフ（開）の時間長とを等しくして周期Ｔでオン／オフするものとする。スイッチ９１１がオンのときにこれを通過した希望信号の波形を図２１（ｂ）の左図に、またこれをＬＯ信号でダウンコンバートしたベースバンド信号のスペクトラムを図２１（ｂ）の右図にそれぞれ示す。希望信号とは別に、ＬＯ信号がミキサ９０２からリークしてスイッチ９１１で反射され、再びミキサ９０２に戻る反射波の波形を図２１（ｃ）の左図に、またこれをＬＯ信号でダウンコンバートしたセルフミキシング信号のスペクトラムを図２１（ｃ）の右図に示す。図２１（ｂ）、（ｃ）の右図に示すスペクトラムは、左図に示す信号波形の包絡線で形成される信号のスペクトラムとなっている。

スイッチ９１１の反射特性は、スイッチ９１１がオフのときに大きく、オンのときは小さくなることから、ミキサ９０２からのリーク信号は、図２１（ｃ）の左図に示すように、スイッチ９１１がオフのときに大きく反射され、スイッチ９１１がオンのときにはほとんど反射されずに通過してしまう。また、スイッチ９１１が同じ時間長でオンとオフを繰り返していることから、スイッチ９１１で反射された反射波から発生するセルフミキシング信号のスペクトラム（図２１（ｃ）の右図）は、図２１（ｂ）の右図に示す希望信号のスペクトラムにほぼ等しくなっている。このように、希望信号のスペクトラムとセルフミキシング信号のスペクトラムが同じような周波数成分を持つ場合には、周波数軸上で両者を区別することはできない。そのため、フィルタを用いてセルフミキシング信号を除去することができない。

これに対し、スイッチ９１１とミキサ９０２との間にバッファアンプを設ける従来事例１の場合には、該バッファアンプでスイッチ９１１に達するリーク信号が低減されるため、図２１（ｄ）の左図に示すように、ミキサ９０２に戻ってくる反射波の電力が大幅に低減される。また、図２１（ｄ）の右図に示すセルフミキシング信号のスペクトルにおいても、各周波数成分が大幅に低減されている。

スイッチ９１１を含むダミー回路を設ける従来事例２の場合には、図２１（ｅ）の左図に示すように、基本回路側で発生するセルフミキシング信号がダミー回路側で発生する逆位相のダミー信号でキャンセルされ、これによりセルフミキシング信号の電力が大幅に低減される。また、図２１（ｅ）の右図に示すセルフミキシング信号のスペクトルにおいても、各周波数成分が大幅に低減されている。

特開２００７−２０８４６６号公報

S. Tanaka et al. "GSM/DCS1800 Dual Band Direct-Conversion Transceiver IC with a DC Offset Calibration System," IEEE, Proceedings of the 27th ESSCIRC pp.492-495 Sep.2001

しかしながら、バッファアンプを追加する従来事例１の場合は、セルフミキシング信号の低減に効果があるものの、バッファアンプを追加することで部品点数が増加し、寸法の増大や消費電力の増加等の問題がある。特に、ＲＦ信号周波数が、準ミリ波、ミリ波などの高周波帯の信号を用いる無線機やレーダ装置では、部品コスト、バッファ性能、電力効率等の観点からバッファアンプを追加するのは好ましくない。

ダミー回路を設ける従来事例２の場合でも、従来事例１と同様に部品点数、回路規模、消費電力等の問題がある。また、この方法では、ダイナミックなセルフミキシング信号の発生箇所がミキサから離れるほどダミー回路の構成要素が増えることになり、適用することがさらに難しくなるといった問題もある。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成でセルフミキシング信号の発生を低減する高周波スイッチ及びこれを用いた受信回路を提供することを目的とする。

本発明の高周波スイッチの第１の態様は、入力端子から入力した高周波信号を出力端子に導通させる導通状態と遮断する遮断状態とを切り替える高周波スイッチであって、ゲート端子が前記入力端子側に接続され、ドレイン端子が前記出力端子側に接続され、ソース端子が接地された電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのゲート端子側に接続されるゲートバイアス電圧調整手段とドレイン端子側に接続されるドレインバイアス電圧調整手段の少なくともいずれか一方と、前記ゲート端子と前記入力端子との間及び前記ドレイン端子と前記出力端子との間の少なくともいずれか一方に接続される整合回路と、を備え、前記導通状態における反射特性と前記遮断状態における反射特性とが略等しくなるように前記整合回路が調整されていることを特徴とする。

本発明の高周波スイッチの他の態様は、前記整合回路は、入力側と出力側の間に直列に接続されたインダクタと、一端が前記インダクタと出力側の間に並列に接続され他端が接地されたコンデンサと、を備えることを特徴とする。

本発明の受信回路の第１の態様は、受信アンテナで受信された高周波信号を入力し、これを所定のベースバンド信号に変換する受信回路であって、前記高周波信号を入力する第１または第２の態様に記載の高周波スイッチと、前記高周波スイッチの出力端子側に高周波信号入力端が接続されたミキサと、前記ミキサの低周波信号出力端側に接続された直流遮断手段と、前記ミキサのローカル信号入力端側に接続された局部発振器と、を備え、前記高周波スイッチによる前記高周波信号の導通と遮断との切り替えを行う制御周波数が、前記ベースバンド信号の周波数の少なくとも一部と一致していることを特徴とする。

本発明によれば、該高周波スイッチの開閉動作に伴う反射特性の変化を抑制することで、簡単な構成でセルフミキシング信号の発生を低減する高周波スイッチ及びこれを用いた受信回路を提供することができる。

本発明の参考例に係る高周波スイッチの構成を示すブロック図である。 従来の反射型の高周波スイッチの構成を示すブロック図である。 参考例の高周波スイッチ及び従来の高周波スイッチの反射特性を示すスミスチャートである。 本発明の参考例に係る復調回路を示すブロック図である。 参考例の高周波スイッチによるセルフミキシング信号の低減を、信号波形及び周波数スペクトラムを用いて説明する説明図である。 スイッチのオン／オフに伴う反射特性及びセルフミキシング信号強度の変化を説明する説明図である。 比較例の受信回路の構成を示すブロック図である。 参考例の高周波スイッチの反射特性の変化が、セルフミキシング信号の強度に与える影響を説明する説明図である。 参考例の高周波スイッチの反射特性の変化をパラメータとしたときのセルフミキシング信号強度の変化を示すグラフである。 電界効果トランジスタを用いた本発明の実施形態の高周波スイッチの構成を示すブロック図である。 入力整合回路の一例を示す回路図である。 整合回路を備えない従来の電界効果トランジスタを用いた高周波スイッチの反射特性を示すグラフである。 導通時の利得整合が行われた従来の電界効果トランジスタを用いた高周波スイッチの反射特性を示すグラフである。 本発明の実施形態の高周波スイッチの反射特性を示すグラフである。 本発明の実施形態の高周波スイッチの反射特性の変化量をパラメータとしたときのセルフミキシング信号強度の変化を示すグラフである。 導通時の利得整合を行いさらにバッファアンプを用いた従来の受信回路と本発明の実施形態の高周波スイッチとのセルフミキシング信号強度の比較を示すグラフである。 従来の受信回路におけるセルフミキシング信号の発生を説明する説明図である。 高周波スイッチを備えた受信回路におけるセルフミキシング信号の発生を説明する説明図である。 ダミー回路を設けてセルフミキシング信号を相殺させるようにした従来の受信回路の説明図である。 バッファアンプでセルフミキシング信号を低減するようにした従来の受信回路の説明図である。 セルフミキシング信号の発生を信号波形及び周波数スペクトラムを用いて説明する説明図である。

本発明の好ましい実施の形態における高周波スイッチ及びこれを用いた受信回路について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明は、開閉状態によらず反射特性が略一定となるように構成された高周波スイッチ、及び該高周波スイッチを用いた受信回路に関するものである。このような受信回路は、無線通信機やレーダ装置の受信回路に適用するのに好適である。

本発明の参考例に係る高周波スイッチを、図１を用いて説明する。図１は、本参考例の高周波スイッチ１００の構成を示すブロック図である。本参考例の高周波スイッチ１００は、入力端１０１と出力端１０２との間で直列に接続されたＰＩＮダイオード１０３、１０４と、ＰＩＮダイオード１０３と１０４との間に並列に接続された３つのＰＩＮダイオード１１１〜１１３と、コンデンサ１２１及び抵抗１２２で構成された第１の整合回路１２０と、コンデンサ１３１及び抵抗１３２で構成された第２の整合回路１３０とを備えている。なお、並列に接続されたＰＩＮダイオードは、必要な高周波特性によって数量を適宜変更すればよく、３つに限定されるものではない。

高周波スイッチ１００をオン（導通状態）にするときは、ＰＩＮダイオード１０３、１０４をオンにする一方、ＰＩＮダイオード１１１〜１１３をすべてオフにする。また、高周波スイッチ１００をオフ（遮断状態）にするときは、ＰＩＮダイオード１０３、１０４をオフにする一方、ＰＩＮダイオード１１１〜１１３をすべてオンにする。本参考例の高周波スイッチ１００では、整合回路１２０及び１３０を適切に調整することで、導通時／遮断時にかかわらず、入力端１０１から入力された高周波信号が高周波スイッチ１００で反射されないようにすることができ、吸収型のスイッチに構成されている。

本参考例の高周波スイッチ１００との比較のために、従来の反射型の高周波スイッチの構成を図２に示す。同図に示す従来の高周波スイッチ９４０は、入力端９４１と出力端９４２との間に３つのＰＩＮダイオード９４５〜９４７が並列に接続されている。高周波スイッチ９４０がオンのときは、ＰＩＮダイオード９４５〜９４７がオフにされ、高周波スイッチ９４０がオフのときは、ＰＩＮダイオード９４５〜９４７がオンにされてショートされた状態となる。ＰＩＮダイオード９４５〜９４７がショートされた状態では、入力端９４１側、出力端９４２側のいずれから入力される信号も全反射される。なお、並列に接続されたＰＩＮダイオードは、必要な高周波特性によって数量を適宜変更すればよく、３つに限定されるものではない。

本参考例の高周波スイッチ１００及び従来の高周波スイッチ９４０について、それぞれの反射特性を図３に示す。図３（ａ）は、高周波スイッチ１００の反射特性を示すスミスチャートであり、図３（ｂ）は、高周波スイッチ９４０の反射特性を示すスミスチャートである。図３（ａ）に示す高周波スイッチ１００の反射特性では、高周波スイッチ１００のオン／オフにかかわらず、インピーダンスが特性インピーダンスに整合されており、ともに反射がないことを示している。このように、本参考例の高周波スイッチ１００では、反射特性が、オン／オフにかかわらず一定となるように構成されている。

高周波スイッチ１００がオンのときもオフのときも、反射特性を常に一定にするために、第１の整合回路１２０及び第２の整合回路１３０が備えられている。第１の整合回路１２０及び第２の整合回路１３０を構成しているコンデンサ１２１、１３１の容量、及び抵抗１２２、１３２の抵抗値を調整することで、導通時のインピーダンス及び遮断時のインピーダンスを、ともに特性インピーダンスに整合させることができる。なお、本参考例の第１の整合回路１２０及び第２の整合回路１３０は、ともにコンデンサと抵抗を組みわせて構成されているが、これに限定されるものではない。

これに対し、図３（ｂ）に示す従来の高周波スイッチ９４０の反射特性では、高周波スイッチ９４０がオンのときはインピーダンスが特性インピーダンスに一致して反射が生じないのに対し、オフのときには全反射されることが示されている。すなわち、従来の高周波スイッチ９４０では、オンのときとオフのときとでインピーダンスが変化しており、それに伴って高周波スイッチ９４０で反射される反射波には、高周波スイッチ９４０の制御周波数に相当するダイナミック成分が含まれることになる。

上記説明のように、本参考例の高周波スイッチ１００では、オン／オフにかかわらず反射特性を十分小さくすることができる。また、反射がある場合でもオンとオフとで反射特性が一定となるように調整することができ、高周波スイッチ１００で反射された反射波でセルフミキシング信号が生成されても、該ミキシング信号にダイナミック成分が含まれないようにすることができる。

本参考例に係る受信回路を、図４を用いて説明する。図４は、本参考例の高周波スイッチ１００を用いた受信回路１０を示すブロック図である。受信回路１０は、高周波スイッチ１００に加えてミキサ１１と、局部発振器１２と、増幅器１３と、コンデンサ１４とを備えており、受信アンテナ２０に接続されている。

受信回路１０は、受信アンテナ２０で受信した受信信号を増幅器１３で増幅し、高周波スイッチ１００を経由してミキサ１１に入力される。ミキサ１１に入力された受信信号は、局部発振器１２から入力されるＬＯ信号と掛け合わされてベースバンド信号にダウンコンバートされる。コンデンサ１４は、ミキサ１１から出力される信号のうち直流成分を遮断させて出力する。このようにして復調されたベースバンド信号は、所定の信号処理部で処理されてデータが取り出される。

高周波スイッチ１００は、ベースバンド信号の周波数帯の少なくとも一部と重複する周波数で制御される。本参考例の高周波スイッチ１００は、オンとオフとで反射特性が一定となるように構成されていることから、ミキサ１１からＬＯ信号が漏洩して高周波スイッチ１００に達しても、高周波スイッチ１００で反射された反射波にはダイナミック成分が含まれていない。特に、本参考例では高周波スイッチ１００が吸収型のスイッチに構成されていることから、高周波スイッチ１００で反射される反射波が十分に低減されている。

上記のように、時分割動作する高周波スイッチ１００の反射特性が一定となっていることから、ミキサ１１から漏洩したＬＯ信号が高周波スイッチ１００で反射されたとしても、反射波にはダイナミック成分がほとんど含まれていない。また、直流成分については、直流遮断手段であるコンデンサ１５で遮断することができる。

高周波スイッチ１００で反射されてミキサ１１に戻る反射波の波形、及びこの反射波がミキサ１１でＬＯ信号と掛け合わされて発生するセルフミキシング信号のスペクトルの一例を図５に示す。図５（ａ）は、高周波スイッチ１００で反射された反射波の波形を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、高周波スイッチ１００で反射された反射波をミキサ１１でダウンコンバートしたセルフミキシング信号のスペクトルである。反射特性が一定となっている本参考例の高周波スイッチ１００を用いることでダイナミック成分が低減され、コンデンサ１６で直流成分も低減される。その結果、図５に示すように、ミキサ１１に戻るリーク信号は十分低減されており、セルフミキシング信号のスペクトルにも希望信号と同じ高周波成分がほとんど含まれていない。

本参考例の高周波スイッチ１００では、スイッチオフ時の反射量をＲOFF、スイッチオン時の反射量をＲONとしたとき、｜ＲON／ＲOFF｜が略１となるように整合回路１２０、１３０が調整されている。

本参考例の高周波スイッチ１００を備えた受信回路１０と、従来の反射型のスイッチを備えた受信回路について、それぞれのスイッチのオン／オフに伴う反射特性及びセルフミキシング信号強度の変化を、模式的に図６に示す。従来のスイッチを備えた受信回路として、図７（ａ）に示すようなセルフミキシング信号を低減させる手段を持たない構成の受信回路９５０（比較例１とする）と、図７（ｂ）に示すようなバッファアンプを備えた受信回路９６０（比較例２とする）を対象に、本参考例の受信回路１０と比較する。

以下では、一例としてローカル信号がミキサ１１のＲＦ入力端子から漏洩するレベルを０ｄＢｍ、ミキサ１１の変換損失を０ｄＢとする。また、従来の反射型のスイッチ９５１の反射特性を、導通時に−２０ｄＢ、遮断時に０ｄＢとする。バッファアンプ９６１のアイソレーション性能（バッファ量）は、２０ｄＢとする。さらに、本参考例の高周波スイッチ１００の反射特性を、オン時／オフ時とも−２０ｄＢとする。

図６（ａ）は、比較例１の受信回路９５０におけるスイッチ９５１の反射特性（上段）、及びセルフミキシング信号強度（下段）、のそれぞれの変化を示している。ここでは、スイッチ９５１の反射特性がオフのときに０ｄＢ（完全反射）、オンのときに−２０ｄＢとしており、これによりセルフミキシング信号の強度がオフのときに０ｄＢｍ（完全反射）、オンのときに−２０ｄＢｍに変化するとしている。

比較例２の受信回路９６０では、上記の反射特性を有するスイッチ９５１の手前にバッファアンプ９６１が設けられており、図６（ｂ）は、スイッチ９５１をオン／オフしたときのスイッチ９５１の反射特性（上段）、及びセルフミキシング信号強度（下段）、のそれぞれの変化を示している。スイッチ９５１の反射特性の変化は図６（ａ）に示したものと同じであるが、セルフミキシング信号の強度は、図６（ｂ）に示したものに比べて−２０ｄＢｍ低減されており、スイッチ９５１がオフのときに−２０ｄＢｍ、オンのときに−４０ｄＢｍに変化している。

これに対し、本参考例の高周波スイッチ１００を備えた受信回路１０では、図６（ｃ）の上段に示すように、高周波スイッチ１００がオフのときにも反射特性が−２０ｄＢとなり、オン／オフにかかわらず反射特性が一定となっている。その結果、セルフミキシング信号の強度は、図６（ｃ）の下段に示すように、高周波スイッチ１００のオン／オフにかかわらず常に一定となっている。

上記では、本参考例の高周波スイッチ１００が、オン／オフによらず反射特性が常に一定であるとしていたが、温度変動や製造上のばらつき等によって反射特性の変化を十分に低減できない場合も考えられる。そこで、高周波スイッチ１００がオン時とオフ時とで反射特性に差が生じる場合について、以下に説明する。高周波スイッチ１００の反射特性がオン／オフで差が生じるときの反射特性及びセルフミキシング信号強度のそれぞれの変化を図８に示す。ここでは、高周波スイッチ１００のオン／オフで生じる反射特性の差をＸｄＢで表している。図８は、反射特性がオン／オフでＸｄＢ変化するのに伴って、セルフミキシング信号の強度もＸｄＢ変化することを示している。

高周波スイッチ１００のオン／オフによる反射特性の変化Ｘをパラメータとしたときの、セルフミキシング信号強度の変化を図９に示す。図９において、例えば高周波スイッチ１００の反射特性がオン時とオフ時で５ｄＢ（Ｘ＝５ｄＢ）変化する場合には、セルフミキシング信号が１０ｍＶ程度生じることがわかる。しかし、バッファアンプを１台設ける場合には２０ｍＶのセルフミキシング信号が生じることから、バッファアンプを１台設ける場合よりもさらにセルフミキシング信号を抑制することができる。このように、本参考例の高周波スイッチ１００は、反射特性がオン時とオフ時で完全に一致していない場合でも、上記のようにセルフミキシング信号を低減する効果が得られる。

本発明の高周波スイッチは、電界効果トランジスタを用いて簡単な構成で提供することができる。以下では、電界効果トランジスタを用いて構成した本発明の高周波スイッチの実施形態を、図１０を用いて説明する。図１０は、電界効果トランジスタ２１０を用いて構成した実施形態の高周波スイッチ２００のブロック図である。高周波スイッチ２００は、電界効果トランジスタ２１０を増幅器として動作させ、トランジスタの増幅率を制御することにより、信号の導通／遮断を切り替え可能にしている。

電界効果トランジスタ２１０は、ゲート端子２１１が入力整合回路２２０を介して入力端子２０１に接続され、ドレイン端子２１２が出力整合回路２３０を介して出力端子２０２に接続されている。トランジスタの増幅率の制御は、ゲートバイアス電圧、ドレインバイアス電圧の少なくとも一つを調整することによって行われるため、電界効果トランジスタ２１０のゲート端子２１１に接続されたゲートバイアス電圧調整手段２４０、及び電界効果トランジスタ２１０のドレイン端子２１２に接続されたドレインバイアス電圧調整手段２５０を備えている。ゲートバイアス電圧調整手段２４０及びドレインバイアス電圧調整手段２５０のうち、いずれか一方のみを備えるようにしてもよい。

本実施形態の高周波スイッチ２００では、電界効果トランジスタ２１０の導通状態における反射係数をΓon、遮断状態における反射係数をΓoffとしたとき、入力整合回路２２０、出力整合回路２３０のＳパラメータの少なくとも一方が、

を満たすように調整されている。

出力整合回路２３０の一例を図１１に示す。同図に示す出力整合回路２３０は、直列に接続されたインダクタ２３１と並列に接続されたコンデンサ２３２との２素子で構成されている。電界効果トランジスタ２１０の反射係数Γon及びΓoffは、その値が事前に決まっていることから、整合回路２３０のパラメータであるインダクタ２３１のインダクタンス、及びコンデンサ２３２の容量を調整することで、式（１）を満たすようにする。なお、ここでは出力整合回路２３０の構成について説明したが、入力整合回路２２０についても同様に構成することができる。

本実施形態の高周波スイッチ２００の反射特性と、従来の電界効果トランジスタを用いた高周波スイッチの反射特性との比較を以下に説明する。ここでは、電界効果トランジスタとして高周波用ＧａＡｓ電界効果トランジスタを用い、２０ＧＨｚ帯のスイッチとして動作させる場合を例に説明する。高周波スイッチ２００は、参考例の高周波スイッチ１００と同様に、受信アンテナ２０とミキサ１１との間に配置されることから、セルフミキシング信号の強度に影響する電界効果トランジスタ２１０の出力端側の反射特性を対象に説明する。

図１２は、整合回路２２０，２３０を備えない電界効果トランジスタを用いた従来のスイッチ（従来型スイッチ１とする）の反射特性を示しており、（ａ）はデシベル表記、（ｂ）はインピーダンス表記で示したものである。いずれからも、従来型スイッチ１では、オフ時の反射特性が大きく、オン時の反射特性との間で大きな差がみられる。周波数２０ＧＨｚでは、オン時の反射特性が略−１２．９ｄＢであるのに対し、オフ時の反射特性は略−１．２０ｄＢとなり、両者に１０ｄＢ以上の差がみられる。

また、従来の電界効果トランジスタを用いて導通時の利得が整合するように調整したスイッチ（従来型スイッチ２とする）の反射特性を図１３に示す。ここでも、（ａ）にデシベル表記、（ｂ）にインピーダンス表記の反射特性を示している。従来型スイッチ２の場合には、導通時の反射が十分に抑制されて利得が大きくなるように調整されているものの、遮断時の反射は従来型スイッチ１と同様に大きい。周波数２０ＧＨｚでは、導通時の反射特性が略−５４．８ｄＢと十分小さいのに対し、遮断時の反射特性は略−０．９３ｄＢとなり、導通時の反射特性と大きな差がある。

これに対し、本実施形態の高周波スイッチ２００は、図１４に示すような反射特性を有している。図１４は、高周波スイッチ２００の反射特性を示しており、（ａ）はデシベル表記であり、（ｂ）はインピーダンス表記である。本実施形態の高周波スイッチ２００では、整合回路２２０、２３０を用いて導通時の反射特性と遮断時の反射特性が略等しくなるように調整されている。図１４（ａ）より、周波数２０ＧＨｚにおける反射特性は、導通時に略−４．１ｄＢ、遮断時も略−４．１ｄＢとなっており、高周波スイッチ２００のオン／オフによって反射特性が変化しないようにしている。これにより、セルフミキシング信号にダイナミック成分が含まれないようにしている。

つぎに、本実施形態の高周波スイッチ２００の反射特性の変化がセルフミキシング信号の強度に与える影響を以下に説明する。ここでも、ローカル信号がミキサのＲＦ入力端子から漏洩するレベルを０ｄＢｍ、ミキサの変換損失を０ｄＢ、バッファアンプのアイソレーション性能を２０ｄＢとする。高周波スイッチ２００の反射特性の変化量をパラメータとしたときのセルフミキシング信号強度の変化を図１５に示す。図１５（ａ）では、比較対象として従来型スイッチ１の手前に２０ｄＢのバッファアンプを配置したときのセルフミキシング信号の強度を示しており、図１５（ｂ）では、比較対象として従来型スイッチ２の手前に２０ｄＢのバッファアンプを配置したときのセルフミキシング信号の強度を示している。

高周波スイッチ２００を用いた場合には、反射特性の変化量に略比例してセルフミキシング信号強度が増加している。図１５（ａ）では、本実施形態の高周波スイッチ２００の反射特性の変化量が、従来型スイッチ１に２０ｄＢのバッファアンプを配置した場合のセルフミキシング信号強度と一致する反射特性の変化量（略０．９ｄＢ）以下であれば、高周波スイッチ２００の方が従来技術による対策に比べ、セルミキシング信号を低減できることを示している。同様に図１５（ｂ）では、本実施形態の高周波スイッチ２００の反射特性の変化量が、従来型スイッチ２に２０ｄＢのバッファアンプを配置した場合のセルフミキシング信号強度と一致する反射特性の変化量（略１．３ｄＢ）以下であれば、高周波スイッチ２００の方が従来技術による対策に比べ、セルフミキシング信号を低減できることを示している。

よって、電界効果トランジスタ２１０あるいは整合回路２２０、２３０等が、温度変動や製造上のばらつき等によって反射特性が変化したとしても、その変化量が０．９ｄＢまたは１．３ｄＢ程度以下であれば、本実施形態の高周波スイッチ２００の方がセルフミキシング信号を低減できることがわかる。高周波スイッチ２００を用いて受信回路を構成するときは、その前方にバッファアンプを設ける必要がないことから、簡単な構成の受信回路を提供することができる。

従来型スイッチ１及び従来型スイッチ２の手前に配置するバッファアンプは、周波数が高くなるにつれて、順方向の利得が低減するとともに逆方向のアイソレーションが劣化することが知られており、バッファ効果が低減してしまう。図１６に、導通時の利得整合を行った電界効果トランジスタスイッチ（従来型スイッチ２）を適用した従来の受信回路に、さらにバッファアンプを適用し、バッファアンプのバッファ量をパラメータとしたときのセルフミキシング信号の強度と、高周波スイッチ２００を適用した受信回路でのセルフミキシング信号強度とを比較して示す。

図１６では、比較例として、バッファアンプのバッファ効果を１５ｄＢ、２０ｄＢ、２５ｄＢ、３０ｄＢとしたときの従来型スイッチ２を用いた受信回路でのセルフミキシング信号強度を示している。バッファアンプのバッファ効果は高周波ほど得られなくなることから、低周波から高周波に変化するのに伴ってバッファ効果が３０ｄＢから１５ｄＢに低下するものとしている。これより、本実施形態の高周波スイッチ２００に許容される反射特性変化量、すなわち高周波スイッチ２００を用いた方がセルフミキシング信号を低減できる反射特性変化量は、高周波になるほど大きくなる。よって、受信信号が高周波（例えばミリ波帯、準ミリ波帯）になるほど、高周波スイッチ２００によるセルフミキシング信号の低減効果が顕著になり、電界効果トランジスタや整合回路等に対して許容される温度変動、製造上のばらつき等をより大きくできる。

上記説明のように、セルフミキシング信号を低減させるためには、従来のスイッチ及び受信回路では例えばバッファアンプとしてのトランジスタや、ダミー回路としてのミキサなどを追加する必要があるのに対し、本発明の高周波スイッチ及び受信回路では、整合回路のみで対応できるため簡単な構成とすることができ、低コスト化を図ることができる。整合回路を構成する素子には、チップ部品等の集中定数部品、及びマイクロストリップ線路を用いたスタブ等の分布定数部品のいずれを用いることもできる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る高周波スイッチ及び受信回路の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における高周波スイッチ等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ 受信回路
１１ ミキサ
１２ 局部発振器
１３ 増幅器
２０ 受信アンテナ
１００、２００ 高周波スイッチ
１０１、２０１ 入力端
１０２、２０２ 出力端
１０３、１０４、１１１〜１１３ ＰＩＮダイオード
１４、１２１、１３１、２３２ コンデンサ
１２０ 第１の整合回路
１２２、１３２ 抵抗
１３０ 第２の整合回路
２１０ 電界効果トランジスタ
２１１ ゲート端子
２１２ ドレイン端子
２２０ 入力整合回路
２３０ 出力整合回路
２３１ インダクタ
２４０ ゲートバイアス電圧調整手段
２５０ ドレインバイアス電圧調整手段

Claims (2)

1. 受信アンテナで受信された高周波信号を入力し、これを所定のベースバンド信号に変換する受信回路であって、
   前記高周波信号を入力端子側に入力する高周波スイッチと、
   前記高周波スイッチの出力端子側に高周波信号入力端が接続されたミキサと、
   前記ミキサの低周波信号出力端側に接続された直流遮断手段と、
   前記ミキサのローカル信号入力端側に接続された局部発振器と、を備え、
   前記高周波スイッチは、
   ゲート端子が前記入力端子側に接続され、ドレイン端子が前記出力端子側に接続され、ソース端子が接地された電界効果トランジスタと、
   前記電界効果トランジスタのゲート端子側に接続されるゲートバイアス電圧調整手段とドレイン端子側に接続されるドレインバイアス電圧調整手段の少なくともいずれか一方と、
   前記ゲート端子と前記入力端子との間及び前記ドレイン端子と前記出力端子との間の少なくともいずれか一方に接続される整合回路と、
   を備えて導通状態における反射特性と遮断状態における反射特性とが略等しくなるように前記整合回路が調整されており、
   前記高周波スイッチによる前記高周波信号の導通と遮断との切り替えを行う制御周波数が、前記ベースバンド信号の周波数の少なくとも一部と一致している
   ことを特徴とする受信回路。
2. 前記整合回路は、入力側と出力側の間に直列に接続されたインダクタと、一端が前記インダクタと出力側の間に並列に接続され他端が接地されたコンデンサと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の受信回路。
   
   

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