JPH01233830A - マイクロ波スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マイクロ波スイッチ、特に、広い帯域におけ
る多極切替に好適なマイクロ波スイッチに関する。

［従来の技術］ 従来、多極型のマイクロ波スイッチは、共通ポートと複
数本の選択ポートとを有し、シリーズ・パラレル型にダ
イオードを接続してなるスイッチング素子を選択ポート
の各々に接続し、該選択ボ−トを上記スイッチング素子
を構成するシリーズダイオードを介して選択的に共通ポ
ートに接続する構成となっている１、なお、上記選択ポ
ートが１本の場合は、単に線路のオンオフを行なう単極
型のマイクロ波スイッチとなる。

この種のマイクロ波スイッチをマイクロストリップによ
り構成する場合は、基板の一方の面に、上記した共通ポ
ート、選択ポートおよびスイッチング素子を設け、他方
の面に、スイッチング素子のバイアス制御を行なう制御
回路を設ける構造となっている場合が多い、スイッチン
グ素子は、線路に直列に接続されるシリーズダイオード
と、線路に並列に接続され、線路をシャントするパラレ
ルダイオードとからなる。これらのダイオードとしては
、一般に、ＰＩＮダイオードが使用される。

マイクロ波スイッチは、各選択ポートにおけるシリーズ
ダイオードおよびパラレルダイオードに対するバイアス
を制御することによりスイッチの切替を行なう、すなわ
ち、接続すべき選択ポートについては、シリーズダイオ
ードを導通状態とし、パラレルダイオードを非導通状態
とするようにバイアスを設定し、接続しない他の選択ポ
ートについては、シリーズダイオードとパラレルダイオ
ードについてのバイアスをこれと逆の関係になるように
設定することにより、特定の選択ポートを選択的に共通
ポートに接続する。

従って、このような構成のマイクロ波スイッチは、ダイ
オードのバイアスを制御することにより、選択ポートを
選択的に共通ポートに接続でき、切替スイッチとして機
能する。

［発明が解決しようとする課１１１］ しかしながら、上記従来のマイクロ波スイッチにあつて
は、次のような問題かあワた。

第１に、゛従来のマイクロ波スイッチは、使用てきる周
波数帯域が狭いという問題があった。すなわち、高周波
域では反射が起こり、使用できないという問題があった
。これは、共通ポートと選択ポートとを接続するシリー
ズダイードの有する接合容量のために起こるものであっ
て、接合容量が大きくなるほど、高周波域での損失が大
きくなる傾向がある。

第２に、従来のマイクロ波スイッチは、極数を多くする
と、接続されるスイッチング素子として接続されるシリ
ーズダイオードの数が増えるため、その接合容量が個数
分並列接続されることとなり、上記したと同様の理由に
より、高周波域で反射損失か大きくなり、使用できない
という問題があった。

このように、従来のマイクロ波スイッチは、高周波域で
の使用に適さず、また、多極化にも適していないという
問題があり、これを解決する必要があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決すべくなされたもの
で、高周波域での反射損失の増大を抑え、極数が少ない
場合は勿論、多極化しても高周波域で使用できるマイク
ロ波スイッチを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決する手段として、共通ポート
と複数本の選択ポートとを有し、シリーズ・パラレル型
にダイオードを接続してなるスイッチング素子を選択ポ
ートの各々に接続し、該選択ポートを上記スイッチング
素子を構成するシリーズダイオードを介して選択的に共
通ポートに接続するマイクロ波スイ・ンチにおいて、上
記共通ポートに、上記スイッチング素子の有する接合容
量の影響を補正する整合回路を設け、該整合回路を、イ
ンダクタンス領域とキャパシタンス領域とを直列接続し
て構成すると共に、インダクタンス領域を上記シリーズ
ダイオード側に接続するよう配置したことを特徴とする
。

スイッチング素子は、線路に直列に接続されるシリーズ
ダイオードと、線路に並列に接続され、線路をシャント
するパラレルダイオードとからなる。これらのダイオー
ドとしては、接合容量の小さいダイオードを使用し、好
ましくは、ＰＩＮダイオードを使用する。

マイクロ波スイッチは、上記従来のスイッチと同様に、
各選択ポートにおけるシリーズダイ才一トおよびパラレ
ルダイオードに対するバイアスを制御することによりス
イッチの初任を行なう。すなわち、接続すべき選択ポー
トについては、シリーズダイオードな導通状態とし、パ
ラレルダイオードを非導通状態とするようにバイアスを
設定し、接続しない他の選択ポートについては、シリー
ズダイオードとパラレルダイオードについてのバイアス
をこれと逆の関係になるように設定することにより、特
定の選択ポートを選択的に共通ポートに接続する。

また、上記共通ポートと選択ポートは、両者の接続点を
中心として放射状に配置することが好ましい、この場合
において、共通ポートの中心部にある端部をリング状に
形成し、該リングと選択ポートとを、スイッチング素子
を構成するシリーズダイオードにより接続する構成とし
てもよい、これは、極数か多い場合に好適である。

さらに、１合回路は、インダクタンス領域とキャパシタ
ンス債城とを直列接続して構成するが。

これらの組合せは、整合がとれる範囲において任意であ
る０例えば、曲者のインダクタンスをし、後者のキャパ
シタンスをＣとすると、 Ｌ、＋Ｃ０ Ｃ＋　＋　Ｌ　Ｈ＋　Ｃ２＋　Ｌ　２ Ｌ、　＋（：、　＋Ｌ４　＋Ｃ４＋Ｌｓ　＋（：Ｓ等の
ように、種々の値を持つインダクタンスとキャパシタン
スとの組合せとすることができる。もっとも、配置に際
しては、共通ポートと選択ポートとの接続点にインダク
タンス領域を接続するよう配ｌする。

この場合、上記接続点に接続されるインダクタンス領域
を高インピーダンスに設定することか好ましい。

［作用］ 本発明は、共通ポートに、スイッチング素子を構成する
シリーズダイオードの有する接合容量の影響を補正する
整合回路を設けであるので、シリーズダイオードの接合
容量による高周波域での反射を抑えることができる。従
って、多極化して、スイッチング素子を多数個接続した
場合でも、それに対応して整合回路を設けることにより
、徒来困難であった高周波域での反射損失の増加を抑え
ることかできる。

また、該整合回路を、インダクタンス領域とキャパシタ
ンス領域とを直列接続して構成すると共に１．、ｌ：記
接続点にインダクタンス領域を接続するよう配置しであ
るので、細線状に形成てきるインダクタンス領域か、面
積の狭い中心部に位置することとなり、極数が多くなる
場合に、障害となることがない、この場合、上記接続点
に接続されるインダクタンス領域を高インピーダンスに
設定すると、インダクタンス領域かより細く形成できる
ので、好都合である。

また１本発明において、上記共通ポートと選択ポートと
を１両者の接続点を中心として放射状に配置することに
より、極数の多い場合の配置が容易となる。この場合に
おいて、共通ポートの中心部にある端部をリング状に形
成し、該リングと選択ポートとをシリーズダイオードに
より接続する構成とすれば、極数が多い場合により好適
である。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照して説明する。

く第１実施例の構成〉 第１因に本発明マイクロ波スイッチの第１実施例の概要
を等価回路により示す。

本実施例は、１〜１８ＧＨｚの範囲で無反射型スイッチ
として使用することがてきる例である。すなわち、本実
施例は、１本の共通ポートＰｃと。

８本の選択ポートＰｓ、〜Ｐｓａとを有し、該共通ポー
トＰＣと選択ポートＰｓｔ〜Ｐｓ、とを、バイアスによ
りオンオフ状態が変化するスイッチング素子を介して接
続し、上記スイッチング素子を選択的にオンオフさせて
、選択ポートＰｓ、〜ＰＳ、のいずれかを選択的に共通
ポートＰｃに接続するマイクロ波スイッチに適用した例
である。

本実施例において、共通ポートＰｃは、入力端子の部分
に設けられた直流遮断用コンデンサＣ１と、バイアス用
コイルＬ１およびコンデンサＣ２と、大振幅信号が入力
した場合の対策として設けられる逆バイアス用抵抗Ｒ１
と、整合回路ｌとを備えて構成される。

一方、選択ポートＰｓ＋〜Ｐ　Ｓ　ｇは、いずれも同一
の構成であって、スイッチング素子として機能するシリ
ーズダイオードＤＩ、パラレルダイオードＤ２およびり
、と、終端抵抗Ｒ２および該終端紙゛抗をバイパスする
バイパス用ダイオードＤ４からなる終端抵抗回路２と、
バイアス用コイルＬ２およびコンデンサＣ４と、出力端
子の部分に設けられた直流遮断用コンデンサＣ１とを備
えて構成される。

上記シリーズダイオードＤ、とじては、接合容量が小さ
いＰＩＮダイオードを使用する０本実施例では、ビーム
リード型ダイオードを使用し、マイクロストリップ線路
に接続する。

パラレルダイオードＤ２およびＤ３は、線路上ては好ま
しくはほぼｌ／４波長離して配置する。

本実施例ては、これらの素子としてＰＩＮタイオートチ
ップを使用している。

上記終端抵抗回路２に構成する終端抵抗Ｒ２は、５０Ω
の抵抗値を有し、上記パラレルダイオードＤ、の後方に
近接して、線路に直列に接続され、該ダイオードＤ３を
介して接地されて終端回路を構成する。上記パラレルダ
イオードＤ、との接続距離は、好ましくは、　０．５ｓ
＋ｍ以下とする。

また、この終端抵抗Ｒ２には、並列にバイパス用ダイオ
ードＤ４か接続される。その接続方向は４人力信号を終
端抵抗Ｒ，を経ることなく出力側に伝送できるように設
定される。

上記バイアス用コイルＬ２およびコンデンサＣ４とは、
直列に接続され、コンデンサＣ４の一端が接地される０
両者の接続点は、このスイッチのスイッチング素子、す
なわち、シリーズダイオードＤ１、パラレルダイオード
Ｄ２およびＤ２にバイアス電流を供給してスイッチのオ
ンオフを行なうドライバ回路（図示せず）に接続される
。このドライバ回路は、定電流供給回路を有しており、
スイ・ンチのオンオフに対応して出力の極性を変える構
成となっている。

上記整合回路ｌは、上記スイッチング素子であるシリー
ズダイオードＤ、の有する接合容量の影響を補正する回
路であって、インダクタンスとキャパシタンスとを直列
接続して構成する。具体的には、ストリップ線路上に、
インダクタンス領域とキャパシタンス領域とを形成する
。

次に、上記等価回路により表わされる本実施例のマイク
ロ波スイッチの物理的な構成について、第２図を参照し
て説明する。

本実施例は、第２図に示すように、はぼ中角形の基板４
に放射状にマイクロストリ・ノブ線路３を形成し、その
内、１本を共通ポートＰｃ、８木を選択ポートＰ　ｓ　
ｒ〜Ｐ　ｓ　ａとしである。各線路３には、各々ダイオ
ード、抵抗、コンデンサ、コイル等との接続部Ａ、Ｂ、
ＣおよびＤが設けである。また、各ポートＰｃ、Ｐｓ＋
〜Ｐ　ｓ　ａの外側の端部には、図示していないか、外
部線路との接続を行なうコネクタが設けられる。

接続部Ａは、共通ポートＰｃに設けられている、上記し
た直流遮断用コンデンサｃ１と、バイアス用コイルＬ、
およびコンデンサＣ２と、逆バイアス用抵抗Ｒ１とか接
続される。

接続部Ｂは、各ポートＰｃの端部に上記整合回路ｌか設
けられ、この共通ポートＰｃの端部と選択ポートＰｓ＋
〜Ｐｓ、の端部とが上記スイッチング用のシリーズダイ
オ−ＦＤ、を介してｖｃ統され、かつ、選択ポートＰｓ
、〜Ｐｓａの各端部に該シリーズダイオードＤＩの後方
でパラレルダイオードＤ２が接続される。

整合回路ｌは、第３図に示すように５本実施例では、Ｌ
　、、＋　Ｃｔ、十り、のように、インダクタンス領域
Ｌ　ｌ　ｌ　＊キャパシタンス領域Ｃ１１およびインダ
クタンス領域り、□を直列に接続して構成される。これ
らは、マイクロストリップ線路３の一部を構成し、スト
リップ導体の＠および長さを適当に設定することにより
、所望のインダクタンスおよびキャパシタンスに設定し
である０例えば、本実施例では、比誘電率２．２、厚さ
０．１２７ｍｍの誘電体上に、線路方向長さ０．９ｍｍ
　、幅０．０７ｍ＋ｉのストリップ導体を設けてインダ
クタンス領域Ｌ　１１とし。

続いて、線路方向長さ０．５４ｍ１、幅１．５２ｍ５の
ストリップ導体を設けてキャパシタンス領域Ｃ目とし、
さらに、線路方向長さ１．０−鴎１幅０．２７謹１のス
トリ・ンプ導体を設けてインダクタンス領域ＬＩ２とし
ている。

また、上記インダクタンス領域１１１ｉ　１１２は、前
者が高インピーダンスとなるように設定してあり、スト
リップ導体が細く形成される。そのため、共通ボー）Ｐ
ｃの端部側、すなわち、各選択ポートＰｓ＋〜Ｐｓａと
の接続点にインダクタンス領域Ｌ　ｒ　＋を接続するよ
う配置する。

シリーズダイオードＤ１とパラレルダイオードＤ２は、
共通ポートＰｃを構成するマイクロストリップ線路３の
端部３ａと、各選択ポートＰｓ＋〜Ｐｓａを構成するマ
イクロストリップ線路３の端部３ｂとの間に配置される
。マイクロストリップ線路３に対し、前者は直列に、後
者は並列に接続される。

シリーズダイオードＤ１は、ビームリート型ダイオード
によりストリップ導体の不連続部を橋絡するように接続
する。一方、パラレルダイオードＤ２は、ダイオードチ
ップを使用し、マイクロストリップ線路３のストリップ
導体に不連続部を設け、この不連続部に露出される誘電
体に基板４まで通じる孔を設け、この孔に上記ダイオー
ドチップを挿入して基板４にｕｉ統し、上部電極をリー
ド線によりストリップ導体と接続することにより実装す
る。これは、後述するパラレルダイオードＤ、も同様で
ある。

接続部Ｃは、各選択ポートρｓ１〜Ｐ　ｓ　ａを構成す
るマイクロストリップ線路３に、上記パラレルダイオ−
・ドＤ３と、これに近接して、終端抵抗Ｒ２とバイパス
用ダイオ−１’　Ｄ　４とを並列に接続した終端抵抗回
路２とが接続される。

接続部りは、各選択ポートＰｓ、〜Ｐｓａを構成するマ
イクロストリップ線路３に、バイアス用コイルＬｔおよ
びコンデンサＣ４と、出力端子の部分に設けられた直Ｉ
Ｉ１．ｉＸ断用コンデンサＣコとか接続される。第４図
に示すように、コンデンサＣユは、マイクロストリップ
線路３上に設けられる。一方、コンデンサＣ４は、マイ
クロストリップ線路３の外側に設けられ、コイルＬ２は
、このコンデンサＣ４とマイクロストリップ線路３とを
結んでいる。そして、コンデンサＣ４の先で、端子５を
介して、基板４の裏面側に設けである図示しないドライ
バ回路に接続される。

く第１実施例の作用〉 本実施例は、共通ポートＰｃといずれかの選択ポートＰ
　Ｓ　１〜Ｐ　Ｓ　ａとを、各選択ポートＰｓ。

〜Ｐｓａのスイッチング素子（シリーズダイオードＤ１
、パラレルダイオードＤ２およびり、）のオンオフによ
り接続する。これらのシリーズダイオードＤＩ＋　パラ
レルダイオードＤ２およびり。

のオンオフは、図示しないドライバ回路により制御され
る。

今、ある選択ポートを選択的にオンするものとすると、
上記のように構成した本実施例のマイクロ波スイッチは
、先ず、図示しないドライバ回路が選択された選択ポー
トの端子５を介して、当該選択ポートのマイクロストリ
ップ線路接地電位より低い電位で定電流を供給する。こ
れにより、当該選択ポートのシリーズダイオードＤ、か
順方向にバイアスされ、パラレルダイオードＤ２および
り、が逆バイアス状態となるため、スイッチかオン状態
となる。その結果、入力するマイクロ波電流は、コンデ
ンサＣ１、整合回路ｌ、シリーズダイオ−ｔ’Ｄ、　、
ダイオードＤ４およびコンデンサＣ３を経て出力側に流
れる。この場合、終端抵抗Ｒ２は、ダイオードＤ、でバ
イパスされるため。

これによる損失はない。

この時１選択されなかった選択ポートに対しては、上記
とは逆にバイアスをかける。そのため。

これらの選択ポートでは、シリーズダイオードＤ１が逆
方向にバイアスされ、パラレルダイオードＤ２およびＤ
ｌが順バイアス状態となるため、スイッチがオフ状態と
なる。その結果、これらのポートにはマイクロ波電流が
入力しない、この場合、出力側は、終端抵抗Ｒ２とパラ
レルタイオートＤ２およびＤ：ｌとにより終端回路か構
成されるため、出力側からのインビータンスか整合した
状態となり、出力側から入力するマイクロ波の反射が阻
止される。

ところて、本実施例の各選択ポートＰｓ＋〜Ｐｓａには
、いずれもシリーズダイオードＤ１か挿入接続されてお
り、各ポートＰｓ、〜Ｐ　ｓ　ａか並列になるため、各
接合容量が並列に接続されて、大きな容量となる。この
容量が大きくなるほど、高周波域における挿入損失を増
大する。しかし１本実施例では、いずれの選択ポートＰ
ｓ＋〜Ｐｓａか選択されても、共通ポートＰｃに整合回
路ｌが設けであるので、この挿入損失か補償され、周波
数特性が改善される。

第６図に本実施例のマイクロ波スイッチと同し構造のマ
イクロ波スイッチ（曲ｍＡ）と、これと同一の構造であ
って整合回路を設けていないマイクロ波スイッチ（曲線
Ｂ）とをモデル化してコンピュータによりシミュレーシ
ョンした結果を示す。なお、この解析では、オン状態に
ある１個のシリーズタイオートを除く、オフ状態の他の
７個のシリーズタイオートの接合容量を並列接続した合
成容量を０．１４ｐＦとしである。

同図曲線Ａにより示すように、整合回路を設けている本
実施例のマイクロ波スイッチは、　２ＧＩｌｚ〜１８　
Ｇ　１１　ｚの周波数域において、反射損失か２０ｄＢ
を超えない。これに対して、同図曲線Ｂにより示すよう
に、整合回路を設けていないマイクロ波スイッチは、　
２Ｇｌｌｚ　−１８Ｇｔｌｚの周波数域において２曲線
Ａより大きな反射損失を生じ、しかも１周波数の増大に
伴なって、損失が大きくなっている。両者を比較すれば
明らかなように、本実施例は、高周波域ての反射損失か
抑えられ、高周波域で使用できるマイクロ波スイッチを
実現することかできる。

く第２実施例〉 第５１２Ｉに本発明マイクロ波スイッチの第２実施例の
概要を示す。

本実施例は、選択ポートがＰｓ、〜Ｐｓｉ！まてあって
、極数が多い、そのため、共通ポートＰｃの端部の接続
部を、マイクロストリップ線路３の端部３Ｃをリンク状
に形成しである。

また、本実施例の整合回路１は、インダクタンス領域と
キャパシタンス領域とを、Ｌ　２＋＋　Ｃ、、−１−Ｌ
２□＋０２□の構成としである。

この他の構成は、上記第１実施例と異なるところはない
。また、作用についても、１記実施例と同様である。

く他の実施例〉 上記各実施例では、共通ポートを入力側とし。

選択ポートを出力側としているか１反射特性か変わるこ
とに問題かなげねば、入出力を逆に使用してもよい。

また、上記各実施例では、パラレルダイオードを２個設
けているか、２個に限るものてはなく、１個でも、３偏
置ｔてあってもよい、シリーズタイオードＤ１について
も同様てあって、２個以上直列に接続してもよい。

上記各実施例では、終端抵抗回路を設けているが、無反
射型としな（てもよい場合には、省略してもよい。

さらに１本発明は、極数を上記各実施例のものに限られ
ず、これらより多い極数でも、また、少ない極数でもよ
い。

例えば、マイクロストリップ線路にシリーズ・パラレル
型にダイオード接続してなるスイッチング素子を有する
単極のマイクロ波スイッチに、上記シリーズタイオート
の有する接合容量の影響を補正する整合回路を設けるこ
とかできる。この場合、整合回路を構成するインダクタ
ンス領域とキャパシタンス領域とは、上記したように設
定することかてきる。インダクタンス領域とキャパシタ
ンス領域の接続順序は、上記実施例と同様に、インダク
タンス領域を上記シリーズタイオート側に接続するよう
配置する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、高周波域ての反射
を抑え、極数が少ない場合は勿論、多極てあっても高周
波域で使用てきるマイクロ波スイッチを実現することか
てきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マイクロ波スイッチの第１実施例の１！
要を示す等価回路図、第２図は上記第１実施例の物理的
構造の概要を示す平面図、第３図は上記第１実施例の主
要部である接続部Ｂの構造を示す要部拡大平面図、第４
図は上記第１実施例の接続部りの構造を示す要部拡大平
面図、第５図１本発明マイクロ波スイッチの第２実施例
の主要部の構造を示す要部拡大平面図、第６図は第１実
施例のマイクロ波スイウチと同じ構造のマイクロ波スイ
ッチについて、整合回路を設けたものと設けていないも
のとをモデル化してコンピュータによりシミュレーショ
ンした結果を示すグラフである。 Ｃ３〜Ｃ３・・・コンデンサ Ｌ、、Ｌ２・・・コイル Ｄ、〜Ｄ　４−・・タイオート Ｒ，、Ｒ，・・・抵抗 Ｐｃ・・・共通ポート Ｐｓ、〜Ｐ　ｓ　、、・・・選択ポートド・・整合回路 ２・・・終端抵抗回路 ３・・・マイクロストリップ線路 ４・・・基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）共通ポートと複数本の選択ポートとを有し、シリ
   ーズ・パラレル型にダイオードを接続してなるスイッチ
   ング素子を選択ポートの各々に接続し、該選択ポートを
   上記スイッチング素子を構成するシリーズダイオードを
   介して選択的に共通ポートに接続するマイクロ波スイッ
   チにおいて、上記共通ポートに、上記シリーズダイオー
   ドの有する接合容量の影響を補正する整合回路を設け、 該整合回路を、インダクタンス領域とキャパシタンス領
   域とを直列接続して構成すると共に、インダクタンス領
   域を上記シリーズダイオード側に接続するよう配置した
   ことを特徴とするマイクロ波スイッチ。
2. （２）上記共通ポートと選択ポートとを、両者の接続点
   を中心として放射状に配置した請求項１記載のマイクロ
   波スイッチ。
3. （３）上記共通ポートと選択ポートとを、両者の接続点
   を中心として放射状に配置し、かつ、共通ポートの中心
   部にある端部をリング状に形成し、該リングと選択ポー
   トとをスイッチング素子を介して接続した請求項１記載
   のマイクロ波スイッチ。
4. （４）上記整合回路の、上記接続点に接続されるインダ
   クタンス領域を高インピーダンスに設定した請求項１、
   ２または３記載のマイクロ波スイッチ。