JP5551123B2

JP5551123B2 - 高周波スイッチ及びその製造方法

Info

Publication number: JP5551123B2
Application number: JP2011159129A
Authority: JP
Inventors: 修一松田; 芳明安田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: JP2013026788A

Description

本発明は、周波数が低域（例えばＤＣ〜４ＧＨｚ）から高域（例えば４ＧＨｚ〜６０ＧＨｚ）まで使用可能な高周波スイッチ及びその製造方法に関する。

例えば開発中の携帯電話等の移動通信システムに採用される信号を解析する場合には、信号に含まれる様々な周波数成分を正確に測定できる信号解析装置として、周波数成分ごとの信号を表示・解析するスペクトラムアナライザが従来より用いられる。

ところで、この種のスペクトラムアナライザにおいて、ミリ波帯までの信号を解析する場合には、広帯域対応の高周波スイッチが必要になる。

そして、この種の広帯域対応の従来の高周波スイッチ５１としては、図３に示すように、伝送路にチョークコイル５２を使用したものが一般的に用いられていた。この高周波スイッチ５１では、チョークコイル５２として、形状を工夫した円錐形コイルを用いたり、円錐形コイル内に電波吸収体を挿入することで低域から高域まで伝送線路に影響しないように対策を講じていた。

また、従来の高周波スイッチとして、下記特許文献１に開示されるものが知られている。この特許文献１に開示される高周波スイッチは、ＰＩＮダイオードを並列にのみ用いて高耐電力特性を確保し、分岐部に接続される中心周波数で１／４波長の伝送線路と遮断ポートのＯＮ状態のＰＩＮダイオードとによるｆ特を、通過ポートの中心周波数で１／２波長の単一または複数の線路幅で構成された伝送線路と、中心周波数で１／４波長の先端がＤＣカットキャパシタにより高周波的にショートされたバイアス回路と併用する並列伝送線路（スタブ）とにより整合させ、小型、広帯域を実現するものである。

特開２００３−１７９４０２号公報

しかしながら、図３に示す従来の高周波スイッチ５１には、手巻きの円錐形コイルからなるチョークコイル５２が用いられており、その取付作業性が悪いという課題があった。しかも、手巻きによってチョークコイル５２を作製するため、巻きムラに固体差が生じ、ターン間隔のばらつきなどで周波数特性に影響を与えるなどの課題があった。

また、特許文献１に開示される高周波スイッチによれば、動作中心周波数の波長λｃを規定し、この周波数を中心として広帯域での動作を最適化することができる。しかし、特定の周波数向けではないスペクトラムアナライザにおいては、狭帯域の周波数特性により、信号が伝達しづらいポイントが発生し、測定結果に影響を与えるという課題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、従来に比べて、ＤＣから特定の周波数まで全く周波数特性を持たない高周波スイッチ及びその製造方法を提供するとともに周波数特性及び組立性の向上を図ることができる高周波スイッチ及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された高周波スイッチは、信号が入力される線状の伝送ライン２ａが表面に形成され、裏面全体にグランド面２ｂが形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記グランド面の一部がビアホール１１を介して前記表面に導出され、この導出されたグランド面の一部と前記伝送ラインとの間が膜抵抗１２により接続された入力基板２と、
前記入力基板からの信号が入力される線状の伝送ライン３ａ，４ａが表面に形成され、裏面全体にグランド面３ｂ，４ｂが形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記伝送ラインから所定距離隔てた位置に電極１３，１５が形成され、該電極と前記伝送ラインとの間が膜抵抗１４，１６により接続された２組の出力基板３，４と、
前記２組の出力基板のそれぞれの電極に電気的に接続されるとともにバイアス端子に接続される２組のコンデンサ５，６と、
前記バイアス端子への正負電圧の印加により、前記入力基板と前記２組の出力基板との間の伝送路を選択的に切り替えるピンダイオードスイッチ７とを備え、
前記膜抵抗における前記入力基板の伝送ラインと前記グランド面の一部との間の長さ、及び前記膜抵抗における前記２組の出力基板の伝送ラインとワイヤを含む電極との間の長さが電気長で使用最大周波数の半波長λ／２以下であることを特徴とする。

請求項２に記載された高周波スイッチの製造方法は、信号が入力される線状の伝送ライン２ａが表面に形成され、裏面全体にグランド面２ｂが形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記グランド面の一部がビアホール１１を介して前記表面に導出され、この導出されたグランド面の一部と前記伝送ラインとの間が膜抵抗１２により接続された入力基板２を配置するステップと、
前記入力基板からの信号が入力される線状の伝送ライン３ａ，４ａが表面に形成され、裏面全体にグランド面３ｂ，４ｂが形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記伝送ラインから所定距離隔てた位置に電極１３，１５が形成され、該電極と前記伝送ラインとの間が膜抵抗１４，１６により接続された２組の出力基板３，４を配置するステップと、
前記２組の出力基板のそれぞれの電極に電気的に接続されるとともにバイアス端子に接続される２組のコンデンサ５，６を配置するステップと、
前記バイアス端子への正負電圧の印加により、前記入力基板と前記２組の出力基板との間の伝送路を選択的に切り替えるピンダイオードスイッチ７を配置するステップと、
前記膜抵抗における前記入力基板の伝送ラインと前記グランド面の一部との間の長さ、及び前記膜抵抗における前記２組の出力基板の伝送ラインとワイヤを含む電極との間の長さを電気長で使用最大周波数の半波長λ／２以下にするステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、チョークコイルに代えて、膜抵抗が回路基板上に形成されるので、従来の高周波スイッチと比較して、周波数特性、組立性の向上を図ることができる。しかも、従来のような手巻きによるチョークコイルが不要なので、巻きムラの固体差によるターン間隔のばらつきなどで周波数特性に影響を与えることもない。さらに、伝送ラインからグランドまでの電気長がλ／２になる周波数において、電気長で使用最大周波数の半波長λ／２で成形することで使用周波数で影響を受けない（ショートスタブと同じ効果）。

本発明に係る高周波スイッチの一実施の形態を示す概略平面図である。（ａ）図１のＡ−Ａ線部分断面図である。（ｂ）図１のＢ−Ｂ線部分断面図である。従来の高周波スイッチの一例を示す概略平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。尚、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者などによりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれる。

図１は本発明に係る高周波スイッチの一実施の形態を示す概略平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線部分断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線部分断面図である。

本例の高周波スイッチ１は、周波数が低域から高域まで使用可能なスイッチであり、図１に示すように、入力基板２、第１の出力基板３、第２の出力基板４、第１のコンデンサ５、第２のコンデンサ６、ピンダイオードスイッチ７を備えて概略構成される。

入力基板２は、薄板状誘電体基板からなり、導体箔からなる伝送ライン２ａが表面に線状に蒸着形成されるとともに、導体箔からなるグランド面２ｂが裏面全体に蒸着形成されたマイクロストリップラインを構成している。線状の伝送ライン２ａの中央には、伝送ライン２ａから所定距離隔てた位置にビアホール１１が形成されている。ビアホール１１は、図２（ａ）に示すように、伝送ライン２ａとグランド面２ｂとの間を電気的に接続するためのメッキ穴で形成される。グランド面２ｂの一部は、入力基板２の裏面からビアホール１１内を通じて表面に導出して形成される。そして、伝送ライン２ａとグランド面２ｂの一部との間は、例えば窒化タンタルやニクロム等からなる膜抵抗１２を介して接続される。膜抵抗１２は、伝送ライン２ａおよびグランド面２ｂに先立って入力基板２の表面に蒸着形成される。また、膜抵抗１２は、５０Ωより高い値に設定され、使用される電源電圧に応じて適宜選択可能である。さらに、波長短縮率を加味した膜抵抗１２における伝送ライン２ａとグランド面２ｂの一部との間の長さは、電気長で最大使用周波数の半波長λ／２以下に設定される。

第１の出力基板３は、入力基板２と同様に、薄板状誘電体基板からなり、導体箔からなる伝送ライン３ａが表面に線状に蒸着形成されるとともに、導体箔からなるグランド面３ｂが裏面全体に蒸着形成されたマイクロストリップラインを構成している。また、第１の出力基板３には、図２（ｂ）に示すように、伝送ライン３ａの中央で伝送ライン３ａから所定距離隔てた位置に第２のコンデンサ６とワイヤボンディングするための電極１３が形成される。さらに、第１の出力基板３の伝送ライン３ａと電極１３との間は、例えば窒化タンタルやニクロム等からなる膜抵抗１４を介して接続される。膜抵抗１４は、伝送ライン３ａおよびグランド面３ｂに先立って第１の出力基板３の表面に蒸着形成される。また、膜抵抗１４は、５０Ωより高い値に設定され、使用される電源電圧に応じて適宜選択可能である。さらに、波長短縮率を加味した膜抵抗１４における伝送ライン３ａとワイヤを含む電極１３との間の長さは、電気長で最大使用周波数の半波長λ／２以下に設定される。

第２の出力基板４は、第１の出力基板３と同様の構成であって、薄板状誘電体基板からなり、導体箔からなる伝送ライン４ａが表面に線状に蒸着形成されるとともに、導体箔からなるグランド面４ｂが裏面全体に蒸着形成されたマイクロストリップラインを構成している。また、第２の出力基板４には、図２（ｂ）に示すように、伝送ライン４ａの中央で伝送ライン４ａから所定距離隔てた位置に第１のコンデンサ５とワイヤボンディングするための電極１５が形成される。さらに、第２の出力基板４の伝送ライン４ａと電極１５との間は、例えば窒化タンタルやニクロム等からなる膜抵抗１６を介して接続される。膜抵抗１６は、伝送ライン４ａおよびグランド面４ｂに先立って第２の出力基板４の表面に蒸着形成される。また、膜抵抗１６は、５０Ωより高い値に設定され、使用される電源電圧に応じて適宜選択可能である。さらに、波長短縮率を加味した膜抵抗１６における伝送ライン４ａとワイヤを含む電極１５との間の長さは、電気長で最大使用周波数の半波長λ／２以下に設定される。

第１のコンデンサ５は、不要な高周波成分を除去するもので、単板コンデンサからなり、第１の出力基板３の電極１３との間がワイヤボンディングされる。なお、第１のコンデンサ５は、不図示のバイアス端子との間がワイヤボンディングされており、バイアス端子から伝送ライン３ａを介して正の電圧又は負の電圧がバイアス電圧として選択的に印加される。

第２のコンデンサ６は、不要な高周波成分を除去するもので、第１のコンデンサ５と同様の単板コンデンサからなり、第２の出力基板４の電極１５との間が金ワイヤによりワイヤボンディングされる。なお、第２のコンデンサ６は、不図示のバイアス端子との間が金ワイヤによりワイヤボンディングされており、バイアス端子から伝送ライン４ａを介して正の電圧又は負の電圧がバイアス電圧として選択的に印加される。

ピンダイオードスイッチ７は、アノード同士が向き合って直列接続され、その交点と入力基板２の伝送ライン２ａとの間が金ワイヤによりワイヤボンディングされた２組のダイオード７ａ，７ｂを有している。ピンダイオードスイッチ７は、不図示の２つのバイアス端子から伝送ライン３ａ，４ａを介して正負のバイアス電圧を印加することにより、入力基板２の伝送ライン２ａから入力される信号の伝送路を第１の出力基板４側又は第２の出力基板５側に選択的に切り替えている。

そして、上記のように構成される高周波スイッチ１では、入力基板２の伝送ライン２ａの一端に信号が入力されると、その信号は伝送ライン２ａの他端からピンダイオードスイッチ７に伝送される。

ここで、ピンダイオードスイッチ７のダイオード７ａに順方向電流が流れるように第１の出力基板３側のバイアス端子に負の電圧を印加し、ピンダイオードスイッチ７のダイオード７ｂが逆電圧方向になるように第２の出力基板４側のバイアス端子に正の電圧を印加すると、第１の出力基板３の伝送ライン３ａが選択される。そして、ピンダイオードスイッチ７を介して第１の出力基板３の伝送ライン３ａの一端から入力した信号は、伝送ライン３ａの他端から例えばコネクタ、アンプ、他の回路等に出力される。

これに対し、ピンダイオードスイッチ７のダイオード７ｂに順方向電流が流れるように第２の出力基板４側のバイアス端子に負の電圧を印加し、ピンダイオードスイッチ７のダイオード７ａが逆電圧方向になるように第１の出力基板３側のバイアス端子に正の電圧を印加すると、第２の出力基板４の伝送ライン４ａが選択される。そして、ピンダイオードスイッチ７を介して第２の出力基板４の伝送ライン４ａの一端から入力した信号は、伝送ライン４ａの他端から例えばコネクタ、アンプ、他の回路等に出力される。

このように、本発明の高周波スイッチ１は、図３に示す従来の高周波スイッチ５１におけるチョークコイルに代えて、膜抵抗１２，１４，１６を回路基板２，３，４上に最小に作り込む構成なので、従来の高周波スイッチと比較して、周波数特性、組立性の向上を図ることができる。しかも、抵抗制御により、従来のような手巻きによるチョークコイルが不要になるので、巻きムラの固体差によるターン間隔のばらつきなどで周波数特性に影響を与えることもない。

１高周波スイッチ
２入力基板
２ａ伝送ライン
２ｂグランド面
３第１の出力基板
３ａ伝送ライン
３ｂグランド面
４第２の出力基板
４ａ伝送ライン
４ｂグランド面
５第１のコンデンサ
６第２のコンデンサ
７ピンダイオードスイッチ
７ａ，７ｂダイオード
１１ビアホール
１２，１４，１６膜抵抗
１３，１５電極

Claims

信号が入力される線状の伝送ライン（２ａ）が表面に形成され、裏面全体にグランド面（２ｂ）が形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記グランド面の一部がビアホール（１１）を介して前記表面に導出され、この導出されたグランド面の一部と前記伝送ラインとの間が膜抵抗（１２）により接続された入力基板（２）と、
前記入力基板からの信号が入力される線状の伝送ライン（３ａ），（４ａ）が表面に形成され、裏面全体にグランド面（３ｂ），（４ｂ）が形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記伝送ラインから所定距離隔てた位置に電極（１３），（１５）が形成され、該電極と前記伝送ラインとの間が膜抵抗（１４），（１６）により接続された２組の出力基板（３），（４）と、
前記２組の出力基板のそれぞれの電極に電気的に接続されるとともにバイアス端子に接続される２組のコンデンサ（５），（６）と、
前記バイアス端子への正負電圧の印加により、前記入力基板と前記２組の出力基板との間の伝送路を選択的に切り替えるピンダイオードスイッチ（７）とを備え、
前記膜抵抗における前記入力基板の伝送ラインと前記グランド面の一部との間の長さ、及び前記膜抵抗における前記２組の出力基板の伝送ラインとワイヤを含む電極との間の長さが電気長で使用最大周波数の半波長λ／２以下であることを特徴とする高周波スイッチ。
信号が入力される線状の伝送ライン（２ａ）が表面に形成され、裏面全体にグランド面（２ｂ）が形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記グランド面の一部がビアホール（１１）を介して前記表面に導出され、この導出されたグランド面の一部と前記伝送ラインとの間が膜抵抗（１２）により接続された入力基板（２）を配置するステップと、
前記入力基板からの信号が入力される線状の伝送ライン（３ａ），（４ａ）が表面に形成され、裏面全体にグランド面（３ｂ），（４ｂ）が形成されたマイクロストリップラインを構成し、前記伝送ラインから所定距離隔てた位置に電極（１３），（１５）が形成され、該電極と前記伝送ラインとの間が膜抵抗（１４），（１６）により接続された２組の出力基板（３），（４）を配置するステップと、
前記２組の出力基板のそれぞれの電極に電気的に接続されるとともにバイアス端子に接続される２組のコンデンサ（５），（６）を配置するステップと、
前記バイアス端子への正負電圧の印加により、前記入力基板と前記２組の出力基板との間の伝送路を選択的に切り替えるピンダイオードスイッチ（７）を配置するステップと、
前記膜抵抗における前記入力基板の伝送ラインと前記グランド面の一部との間の長さ、及び前記膜抵抗における前記２組の出力基板の伝送ラインとワイヤを含む電極との間の長さを電気長で使用最大周波数の半波長λ／２以下にするステップとを含むことを特徴とする高周波スイッチの製造方法。