JPH04502093A - 高周波スイッチ - 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】 ヒ化ガリウム・アンテナ・スイッチ 背景技術 発明の分野 本発明は、電子スイッチに関する。さらに詳しくは、無線周波数（ＲＦ）信号の 切り換えに適したヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）電界効果トランジスタ・スイッチに 関する。

従来技術の説明 電子スイッチにＧａＡｓ　）ランジスタを用いることは、よく知られている。一 般的に、ＣＩＩＡＩ）ランジスタはＰＩＮダイオードよりも好まれるが、これは Ｇ＠Ａｓ　）ランジスタがモノリシック集積回路に容易に一体化できること、お よびオン状態でごくわずかな電力を放散するためである。

さらに、ＧａＡｓ　）ランジスタは、その高周波動作特性により、他の電界効果 トランジスタよりも好まれる。

しかし、ＧａＡｓトランジスタを使用することは、いくつかの生来的な欠点のた めに非実用的であったり、不可能であることが多い、このような欠点のひとつと して、ＧａＡｓ電界効果トランジスタが空乏モード・デバイスであるためにトラ ンジスタをオフ状態に切り換えるにはゲート端子とソース端子との間に（Ｎチャ ンネル・デバイスの場合）負のバイアス電圧を必要とする点があげられる。この ため、スイッチを動作させるためには、電源を追加しなければならない、第２に 、現在入手可能なＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｉ・ランジスヤのドＬｌ−ン・ソース間破壊 電圧は約１８ボルトである。この破壊電圧を越えるど、不可逆的な損傷を起こす 、その結果、Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　ｆ−ランジスタを使う場合、スイッチを損傷ある いは破壊せずに切り換えることのできる信号の電圧は、（５０オームの負荷で） 約３ワツトまでにすぎない。

しかしながら　王妃に述べるＧａＡｓスイッチは、ざらに高い電力信号の切り挨 えができるだけでな（、必要なパ、イアスミ圧をスイッチへの入力信号から直接 引き出すごとにより、バイアス電圧源を追加する必要もない。

発明の概要 本発明に従って、電圧成分と１ｆ流成分とを有するＲＦ信りが処理されて、電圧 成分は小さくなり、同時に電流成分は大きくなって、ＲＦ倍信号電力は実質的に 一定に保たれる。この処理されたＲＦ倍信号、ＧａＡｓスイッチ装置をｂ４傷す ることなく切り撲えることができる９これは、処理されたＲＦ倍信号電圧成分が 小さくなったためである７そのスイッチ装置に続き、処理されたＲＦ倍信号変摸 されて。

電圧成分が大きくなり、同時に電流成分が小さくなって、元のＲＦ倍信号実質的 に再生される。

本発明の他の側面においては、ＲＦ倍信号本発明の好適な構造により実質的に濾 波（フィルタリング）されて、スイッチ以後に浦波を行う必要がなくなる。

図面の簡単な説明 図は、本発明の好適な実施例の概略図である。

実施例の説明 図に示すのは、本発明の概略図である０本発明に従って、ＲＦ倍信号駆動装置（ 図示せず）から端子１０で受信される。該駆動装置は、ＲＦｇ力増幅器から構成 されることが好ましい、ＲＦ倍信号、電圧成分とＩＥ電流成分から構成され、そ の数学的な積はＲＦ倍信号電力を表すことが知られている。

端子１０で受信されたＲＦ倍信号、入力ボートと出力ボートとを有する第１トラ ンジスタ１２に印加されることにより処理される（入力ボート１４はコンデンサ １１を介して端子１０に接続され、その価はＲＦ倍信号周波数において実質的な シシートが起こるように選択される）、入力ボート１４のインピーダンスは、出 力ボートのインピーダンスよりも高くなければならない１本発明の一つの実施例 では、入カポ−・ト１４のインピーダンスは５０オームで、出力ボートのインピ ーダンスは６．２５オームである１通常、入カポ−）１４のインピーダンスは、 端子１０に接続された駆動装置（図示されず）の出力インピーダンスに合致する ように選択される。入カポ・−ト・インピーダンスの出力ボート・インピーダン スに対する比率は、変圧器１２の出力ボートのおけるＲＦ倍信号電圧成分が充分 小さくなり、かつスイッチ装置Ｊ６の破壊電圧を越えないような値が選択される 。ＲＦ倍信号電圧成分が小さくなっても、変圧器１２の出カポ−１・・における 電流成分は、比例して大きくなり５人力と出力電力とが、いくらかの挿入損失を 差し引いて、実質的に等しくなる。

変圧器１２は、１／４波長伝送線路装潰、たとえば、既知のストリップ線路また はマイクロストリップ装置などが好ましい、適切な入力インピーダンスおよび出 力インピーダンスを与えるためには、伝送線路の物理的パラメータ、たとえば、 伝送線路の幅および基板１８の高さまたは比誘１￥−などは、既知の設計の原則 にしたがって選択するとよい、高周波数では伝送線路装置が好ましいが、インピ ーダンスを変成する他の既知の装置、たとえばよく知られている集中素子インピ ーダンス変成回路などを用いてもよい。

トランジスタ１６は、第１電子スイツチから構成され、Ｍ１変圧蕎１２の出力を Ｖｃｃ　（すなわち直流電圧電位）に結合させるように配列されている。直流電 圧電位は、ＲＦ倍信号どの交流信号に対する接地を表すことが、当業者にはおわ かりいただけるであろう、このため、トランジスタ１６がオンになると、変圧器 １２の出力をＡＣ接地にショートする。これによって、受信されたＲＦ倍信号そ れ以上進むことを防ぐ、トランジスタ１６は、後述されるトランジスタ２０．２ ２と同様に、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）電界効果トランジスタであることが好ま しい、バイポーラ・トランジスタ、ＧａＡｓ以外の材料がら作られた電界効果ト ランジスタまたは機械的なリレーなど、他の既知のデバイスを用いてもよい。

また、トランジスタ１６は第２変圧器２４の入力ボートに結合されており、この 変圧器はアンテナ２６に結合された出力ボート２８を有している。入力ボート（ 変圧器１２の出力ボートに接続されたボート）におけるインピーダンスは、出力 ボート２８のインピーダンスよりも低くなければならず、理想としては入力ボー トのインピーダンスが変圧器１２の出力のインピーダンスと一致することが望ま しい６本発明の一例の実施例において、出力ボート２８のインピーダンスは５０ オームで、入力ボートのインピーダンスは６．２５オームである。

変圧器２４は、２本の他の伝送ｌｉｔ　（３０，３２）と平行に配置され、相互 に並置された伝送線装置が形成されることが好ましい、ご承知のように、相互に 並置された伝送線の導体は、互いに電磁的に結合されている。このため変圧器２ ４に印加された信号は、伝送線３０にまず磁気的に送られ、そこから、伝送線３ ２に送られる。伝送線３２には。

便宜上中間点で選択された出力ボート３４がある。伝送線３２の出力ボート３４ のインピーダンスを設定するには、伝送線３２の物理的パラメータを既知の設計 原則にしたがって選択するとよい、たとえば、特定の幅を選択するか、基板１８ の高さまたは比誘電率を変えるか、あるいは様々な伝送Ｉ！（３０，３２）と変 圧器２４との特定の間隔を選択するなどの方法による。

トランジスタ２０は、第２電子スイツチから構成される。

トランジスタ２０のソース端子は、ＡＣ接地（すなわちＶＣＣ）に接続されてお り、一方、ドレーンは伝送線３０の一端に結合されている。トランジスタ２０の ゲート端子は、制ｍ端子に接続されている０図では、電界効果トランジスタは２ 方向デバイスであることを想定しているので、トランジスタのどの端がソースで あり、どちらの端がドレーンであるかは、全く任意である。トランジスタ２０は 、オンになると、伝送１１３０の一端をＡＣ接地（ＶＣＣ＞に結合する。これに より、信号は実質的に絶縁され、伝送線３２に対する電磁結合が小さくなる。こ れは伝送線３０の他端が、ＶＣＣ（ＡＣ接地）に直接結合されているためである 。このため１両端を実質的に接地すると、伝送線３０は電磁信号結合を実質的に 小さくする。

トランジスタ２２は、！３Ｅ子スイッチから構成される。

このスイッチは、伝送線３２の出力ボート３４と端子３８との間に起債され、端 子３８は１本発明に従って、受信機（図示されず）に結合されている。トランジ スタ２２のゲート端子は、制ｍ端子３７に結合されている。トランジスタ２２（ または２２°）は、オンになると、伝送線３２（または３２°）の出力を端子３ ８に結合する。端子３８は、ＲＦ受信機に結合されていることが好ましい、トラ ンジスタ２２（または２２゛）は、オフになると、端子３８を、伝送線３２（ま たは３２゛）の出力ボート３４（または３４′）において信号から絶縁する。

第２電源の必要をなくするために１本発明は端子ｌＯで受信されるＲＦ信号から 、負の電圧電位を導出している。

ダイオード４０．抵抗４２．４４およびコンデンサ４６がら構成される半波整流 器およびフィルタ回路により、このように負の電圧電位を導出することができる 。これにより、負の電圧電位がトランジスタ４８のコレクタに供給される。

つまり、抵抗４２．４４により、ダイオード４０のアノード電圧を低下させる分 圧回路が形成される。抵抗４２，４４の値は、端子ｌＯの最大電圧に依存し、ト ランジスタ１６のゲート電圧がトランジスタを「ピンチオフ」するのに十分であ り、しかもトランジスタ１６のゲート・ソース間破壊電圧を越えないような値が 選択される。コンデンサ４６は、フィルタ・コンデンサから構成され、その値は 本発明の目的動作周波数に依存する。ダイオード４０は、ショットキー・ダイオ ードであることが好ましいが、他のダイオードでもよい、さらに、半波整流器が 図示されているが。

他の既知のＡＣ／ＤＣ変換回路、たとえば、全波整流回路や機能的にそれと同等 なものを用いてもよい。

図に示されるように１本発明は２つの相補的な部分として実現され、入力端子１ ０で受信されたＲＦ信号はアンテナ２６または２６′に送られ、アンテナ２６ま たは２６′により受信された信号は端子３８に送られる０本発明は対称的な構成 であるために、モノリシック集積回路として実現することが容易である。これら の対称的な素子（°の付いた参照番号の素子）は２上述の素子と実質的に同一で あり、その機能方法も同じである。

本発明の好適な用途は、無線トランシーバ用のアンテナ・スイッチである。もち ろん、本発明を用いてＡＣ信号であればどのようなものでも切り換えることがで きる０図には好適な実施例を示しているが、ここでは端子ｌＯは無線送信機 のＲＦ電力増幅器段の出力に接続され、端子３８は無線受信機のＲＦ大入力接続 されている０本発明を用いて、任意の信号をアンテナ２６または２６′を介して 送信することができ、アンテナ２６または２６°で受信された信号を無線受信機 のＲＦ大入力送ることができる８動作 空乏モード電界効果トランジスタ６．２０．２２　（および１６’　、２０’　 、２２’　）をオフに切り換えるには、負のゲート・ソース間電圧が必要である １本発明の好適な実施例では、端子１０のピーク間電圧揺！２Ｉ（ｓｗｉｎｇ） が充分に大きく、またトランジスタ１６（または１６′）のゲート電圧を接地電 位にするだけでは、入力信号の全サイクルを通じてトランジスタをオフにするに は不十分な程度であることを想定している。その結果、整流器回路（すなわち、 ダイオード４０．４０“　：抵抗４２．４２’　、４４．４４’　：コンデンサ ４６．４６’　）により、トランジスタ１６（および１６″）をオフにするのに 充分なだけの負の電圧を設ける。この負の電圧は、トランジスタ４８がオフにな ると、トランジスタ１６のゲートに結合され、トランジスタ４８′がオフになる と、トランジスタ１６′のゲートに結合される。

トランジスタ４８をオンにするには、制御端子５０を接地して、それにより電流 がトランジスタ４８のベース・エミッタ接合を流れるようにする（ベース・エミ ッタ間′Ｉｌｉ流は、バイアス抵抗４９により制限される）、制ｍ端子５０をＶ ＣＣに接続すると、ベース・エミッタ間電流が中断されてトランジスタ４８がオ フになる。トランジスタ４８をオフにするために、端子５０がＶＣＣに接続され る。同様に、端子５０′を接地することによりトランジスタ４８′はオンになり 、端子５０°をＶＣＣに接続することによりオフになる。従って、トランジスタ １６は端子５０が接地されたときにオンとなり、端子５０がＶＣＣに結合された ときにオフとなる。同様に、トランジスタ１６’は端子５０′が接地されたとき にオンとなり、端子５０°がＶＣＣに接続されたときにオフとなる。

トランジスタ２０（または２０′）をオンにするには、ＶＣＣを制ｍｔｓ子３６ （まｆ：＆ｉ　３６　’　）　Ｇ、：Ｅｌ？加ｔル、　同様ニ、制御端子３７（ または３７′）にＶＣＣを印加することにより、トランジスタ２２（または２２ °）はオンとなる。これらの制ａｌｌ端子を接地すると、関連するトランジスタ がオフとなる。

アンテナ２６を用いて伝送するには、トランジスタ１６°。

２０．２０°をオンにして、トランジスタ１６．２２，２２°をオフにする。ｔ ｓ子ｌＯの信号は、変圧器１２により。

より低い電圧成分と、より高い１！流成分とを有する対応する信号に変成される 。トランジスタＩ６がオフなので、この変成された信号は、変圧器２４の入力ボ ートに結合される。信号は変圧器２４を介して、より高い電圧成分と、低い電流 成分とを有する信号に変換されて、その結果得られる信号は、端子１０において 受信された元の信号と実質的に等しくなることが好ましい０通常、変圧器１２． ２４は、等しいが反対方向のインピーダンス変成を行うので、理想的には、アン テナ２６に現れる信号は端子ｌＯの信号と等しくなる。

トランジスタ２０がオンになるので、伝送線３０はＡＣ接地バリアとなり、伝送 ！３２に対する信号の電磁結合を小さくする。しかし、信号の一部が伝送線３２ 内に結合されると、トランジスタ２２がオフとなり、それによって信号は端子３ ８から絶縁（または分断）される。

図かられかるように、！子ｌＯから受信され、変圧器１２に送られた信号は、変 圧器１２°に送られる。しかし。

トランジスタ１６’がオンであるので、信号は変圧Ｗ１２゜の１／４の波長を通 って進み、接地まで伝わる。しかしながら、トランジスタ１２’は、端子１０の 信号の２次高調波に対しては半波長の長さであることが理解される。ご承知のよ うに、半波長の伝送線はショートを表し、本発明の構成においては、アンテナ２ ６を介して伝送される信号の２次高調波はＡＣ接地にショートされ、それによっ て伝送される信号が濾波される。このために、変圧器２４の出力ボート２８とア ンテナ２６との間で浦波する必要がなくなる。または、本発明の対称形の構造が 望ましくない場合には、（２次高調波から）分断（６０）された半波長の伝送線 ６２を端子１０に接続することにより、同様の結果を得ることができる。アンテ ナ２６′　を用いて伝送する場合も、本発明は同様の方法で動作する。しかし、 このためには、トランジスタ１６．２０．２０’　をオンにして、トランジスタ １６°、２２，２２°をオフにする。

アンテナ２６を泪いて受信するには、トランジスタ１６゜１６’　、２０’　、 ２２をオンにして、トランジスタ２０゜２２°をオフにする。アンテナ２６によ りピックアップされた信号は、変圧器２４と伝送！３０とを通じて電磁的に伝送 線３２に結合される。伝送線３２の出力ボート３４から、受信された信号はオン 状態のトランジスタ２２を通って端子３８に送られる。アンテナ２６から受信す る場合、アンテナ２６′により受信された信号は、オン状態のトランジスタ２０ °により接地され、かつオフ状態のトランジスタ２２゛により絶縁されるため、 端子３８に達することができない、逆に、アンテナ２６゛を用いて受信するには 。

トランジスタ１６．１６’、２０．２２’をオンにして、トランジスタ２０’、 ２２をオフにする。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．電圧成分と電流成分とによって表すことができ、その積がほぼ信号電力とな る無線周波数信号を切り換える方法であって： （ａ）無線周波数信号を処理して、前記電圧成分を小さくし、前記電流成分を大 きくすることにより、信号電力が前記無線周波数信号と実質的に等しいままであ る被処理信号を与える処理段階；および （ｂ）無線周波数信号を無線周波数接地に切り換えた場合、被処理信号を無線周 波数接地に結合し、かつ無線周波数信号を出力ボートに切り換えた場合、前記被 処理信号を変換して、前記電圧成分を大きくし、前記電流成分を小さくすること により、前記無線周波数信号と実質的に等しい出力信号を与える段階； によって構成されることを特徴とする方法。
2. ２．前記処理段階に先立ち、前記無線周波数信号を濾波する段階を含むことを特 徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．段階（ａ）が、無線周波数信号を処理して、前記電圧成分を１８ボルトより も小さくし、前記電流成分を大きくすることにより、信号電力が前記周波数信号 と実質的に等しいままの被処理信号を与える段階から成ることを特徴とする請求 項１記載の方法。
4. ４．段階（ｂ）が、前記被処理信号を無線周波数接地に切り換えた場合、ヒ化ガ リウム・トランジスタをオンにし、かつ無線周波数信号を出力ボートに切り換え た場合、ヒ化ガリウムトランジスタをオフにする段階から成ることを特徴とする 請求項１記載の方法。
5. ５．電圧成分と電流成分とによって表すことができ、その積がほぼ信号電力とな る無線周波数信号を切り換える方法であって： （ａ）無線周波数信号を変成して、前記電圧成分をヒ化ガリウム・トランジスタ の破壊電圧よりも小さくし、前記電流成分を大きくすることにより、信号電力が 前記無線周波数信号と実質的に等しいままである被変成信号を与える段階：およ び （ｂ）前記無線周波数信号を無線周波数接地に切り換えた場合、前記ヒ化ガリウ ム・トランジスタをオンにし（結合させ）、かつ被変成信号を出力ボートに切り 換えた場合、前記被変成信号を変換して、前記電圧成分を大きくし、前記電流成 分を小さくすることにより、前記無線周波数信号と実質的に等しい出力信号を与 える段階；によって構成されることを特徴とする方法。
6. ６．電圧成分と電流成分とによって表すことができ、その積がほぼ信号電力とな る無線周波数信号を切り換える方法であって： （ａ）熱線周波数信号を変成して、前記電圧成分を１８ボルトよりも小さくし、 前記電流成分を大きくすることにより、信号電力が前記無線周波数信号と実質的 に等しいままである被変成信号を与える段階；および（ｂ）前記無線周波数信号 を無線周波数接地に切り換えた場合、前記ヒ化ガリウム・トランジスタをオンに し（結合させ）、かつ無線周波数信号を出力ボートに切り換えた場合、前記被変 成信号を変換して、前記電圧成分を大きくし、前記電流成分を小さくすることに より、前記無線周波数信号と実質的に等しい出力信号を与える段階；によって構 成されることを特徴とする方法。
7. ７．電圧成分と電流成分とによって表すことができ、その積がほぼ信号電力とな る無線周波数信号を切り換えるスイッチであって： 無線周波数信号を処理して、前記電圧成分を小さくし、前記電流成分を大きくす ることにより、信号電力が前記無線周波数信号と実質的に等しいままである被処 理信号を与える処理手段； オンになると、前記後処理信号を無線周波数接地に結合する結合手段；および オフになると、前記被処理信号を変換して、前記電圧成分を大きくし、前記電流 成分を小さくすることにより、前記無線周波数信号と実質的に等しい出力信号を 与える変換手段； によって構成されることを特徴とするスイッチ。
8. ８．それぞれ関連したインビーダンスを有する入力ボートと出力ボートとを有し 、該出力ボートの該インビーダンスが該入力ボートの該インビーダンスよりも低 い第１インビーダンス変成手段； 前記第１変成手段の前記出力ボートに結合された入力ボートと、出力ボートとを 有し、各ボートがそれぞれ関連するインビーダンスを有し、該入力ボートの該イ ンビーダンスが前記出力ボートの前記インビーダンスよりも低い第２インビーダ ンス変成手段；および 前記第１インビーダンス変成手段の前記出力ボートおよび前記第２変成手段の前 記入力ボートを接地電位に選択的に結合させる結合手段； によって構成されることを特徴とするスイッチ。
9. ９．前記結合手段がヒ化ガリウムトランジスタであることを特徴とする請求項８ 記載のスイッチ。
10. １０．前記第２インビーダンス変成手段に電磁的に結合された少なくとも１本の 伝送線を含むことを特徴とする請求項８記載のスイッチ。
11. １１．前記第１インビーダンス変成手段の前記入力ボートに結合された濾波手段 を含むことを特徴とする請求項８記載のスイッチ。
12. １２．それぞれ関連したインビーダンスを有する入力ボートと出力ボートとを有 し、該出力ボートの該インビーダンスが該入力ボートの該インビーダンスよりも 低い第１インビーダンス変成手段； 前記第１変成手段の前記出力ボートに結合された入力ボートと、出力ボートとを 有し、各ボートがそれぞれ関連するインビーダンスを有し、該入力ボートの該イ ンビーダンスが前記第１インビーダンス変成手段の前記出力ボートの前記インビ ーダンスと実質的に等しく、該出力ボートの該インビーダンスが前記第１インビ ーダンス変成手段の前記入力ボートの前記インビーダンスと実質的に等しい第２ インビーダンス変成手段；および 前記第１インビーダンス変成手段の前記出力ボートおよび前記第２変成手段の前 記入力ボートを接地電位に選択的に結合させる結合手段； によって構成されることを特徴とするスイッチ。