JPH1084267A - Ｒｆスイッチおよび移動体通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＦスイッチにおいて、単一電源および低電
圧電源での動作条件下でもって、その電源電圧を越える
大振幅ＲＦ信号でも確実にオン／オフさせられるように
する。 【解決手段】 ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴなどの半導体素
子をＲＦ信号経路に直列に介在させるとともに、上記Ｒ
Ｆ信号経路からスイッチに入力されるＲＦ信号の一部を
検波することにより上記ＲＦ信号の波高に比例する直流
電圧を生成し、これを上記半導体素子に制御電圧として
印加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＦスイッチ、さ
らにはＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｅｒ Ｆｉｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａ
ｎｓｉｓｔｅｒ）を用いてマイクロ領域のＲＦ信号（無
線周波数信号）をオン／オフするＲＦスイッチに適用し
て有効な技術に関するものであって、たとえばＰＤＣ
（パーソナル・デジタル・セルラ）やＰＨＳ（パーソナ
ル・ハンディフォン・システム）などの移動体通信装置
に利用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ＰＤＣやＰＨＳなどの移動体
通信装置では、ＲＦ送信部の出力側とＲＦ受信部の入力
側をアンテナに切換接続するアンテナスイッチが不可欠
であるが、このアンテナスイッチとして、半導体素子を
用いた電子スイッチが提供されている。

【０００３】ＲＦ信号用の電子スイッチいわゆるＲＦス
イッチは、電界効果トランジスタなどの半導体素子をＲ
Ｆ信号経路に直列に介在させるとともに、その半導体素
子を直流制御信号でオン／オフ制御させるようにしたも
のであるが、ＰＤＣやＰＨＳのように、１ＧＨｚを越え
るマイクロ波領域のＲＦ信号をオン／オフする場合に
は、半導体素子としてＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴが使用さ
れる。

【０００４】なお、移動体通信装置については、たとえ
ば日経ＢＰ社刊行「日経エレクトロニクス １９９０年
４月１６日号（ｎｏ．４９７）」１２１ページ（自動車
・携帯電話）などに、その概要が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。

【０００６】すなわち、従来のＲＦスイッチ、とくにＧ
ａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴを用いたＲＦスイッチでは、オン
／オフの制御信号として正負両極性の直流電圧を使用し
ていた。これは、振幅の大きなＲＦ信号に対し、オフ時
にはそのＲＦ信号の伝達を確実に遮断し、オン時にはそ
のＲＦ信号を歪なく伝達させるためである。

【０００７】他方、ＰＤＣやＰＨＳなどの移動体通信装
置では、小型軽量化および低消費電力化に対する要求が
非常に強い。このため、この種の装置では、動作用電源
を正負いずれか一方の極性に統一すること、すなわち単
一電源化が行われている。これとともに、動作用電源の
低電圧化も行われている。この単一電源化と低電源電圧
化は消費電力低減に非常に有効で、通信機器に限らず、
携帯機器では不可欠となりつつある。

【０００８】ところが、上述したＲＦスイッチを使用す
る移動体通信装置では、そのＲＦスイッチが正負両極性
の直流電圧を必要としているために、たとえば正極性の
電源から負極性の電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ
の使用を余儀なくされている。このＤＣ−ＤＣコンバー
タの使用は実装面積と消費電力の増大を伴い、このこと
が装置の小型軽量化および低消費電力化を阻む大きな阻
害要因となっていた。

【０００９】そこで、本発明者は、本発明に先立ち、以
下に示すように、完全に単一電源で使用できるＲＦスイ
ッチを検討した。

【００１０】図７は、本発明者が独自に開発した単一電
源方式のＲＦスイッチを示す。同図に示すＲＦスイッチ
は、ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ１、バイアス抵抗ＲＧ，
ＲＢ、入力コンデンサＣｉｎ、出力コンデンサＣｏｕｔ
などにより構成される。Ｃ１，Ｃ２はそれぞれＦＥＴＪ
１の電極間容量である。

【００１１】ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ１は、ＲＦ入力
信号Ｖｉｎと負荷ＲＬの間の信号経路に直列に介在して
いる。この場合、入力信号Ｖｉｎは入力コンデンサＣｉ
ｎを直列に介してＪ１のドレインに接続し、負荷ＲＬは
出力コンデンサＣｏｕｔを直列に介してＪ１のソースに
接続している。また、Ｊ１のドレインとソースにはそれ
ぞれ、バイアス抵抗ＲＢを直列に介して共通のバイアス
電圧ＶＢが印加されるようになっている。また、Ｊ１の
制御端子であるゲートには、バイアス抵抗ＲＧを直列に
介して直流制御電圧ＶＧが印加されるようになってい
る。

【００１２】この場合、Ｊ１のオン抵抗ｒon、抵抗Ｒ
Ｂ，ＲＧとコンデンサＣｉｎ，Ｃｏｕｔ，Ｃ１，Ｃ２の
各定数については、ＲＢ＞ＲＬ＞ｒon、１／ｊωＣｉｎ
＜ＲＬ、１／ｊωＣｏｕｔ＜ＲＬ、１／ｊωＣ１＜Ｒ
Ｇ、１／ｊωＣ２＜ＲＧのような大小関係となってい
る。

【００１３】次に、動作について説明する。

【００１４】図８は、図７のＲＦスイッチのオン動作時
の波形を示す。

【００１５】図７および図８において、ＶＢとＶＧには
共に電源電圧Ｖｃｃが与えられているものとする。

【００１６】この場合、入力信号ＶｉｎをＥｐ・ｓｉｎ
ωｔ、Ｊ１のオン抵抗をｒｏｎとすれば、Ｊ１のドレイ
ンでの電圧波形Ｖ（Ａ）、ソースでの電圧波形Ｖ
（Ｃ）、ゲートでの電圧波形Ｖ（Ｂ）は、式（１）
（２）（３）で表すことができる。

【００１７】

【数１】 これにより、Ｊ１のゲート・ソース間電圧ΔＶ（Ｂ−
Ｃ）は、式（４）で表すことができる。

【００１８】Ｊ１のしきい値をＶｔｈとすれば、Ｊ１が
オンする条件（ΔＶ（Ｂ−Ｃ）＞Ｖｔｈ）は、式（５）
で与えられる。

【００１９】

【数２】 したがって、式（５）を満足するようにＶＢとＶＧを設
定すれば、Ｊ１のオン条件が満たされてＲＦスイッチは
オン状態を保つことができる。

【００２０】この場合、Ｊ１が接合型のＧａＡｓ・ＭＥ
ＳＦＥＴならば、Ｊ１のゲート電圧ＶＧは、ソース／ド
レインに印加される電圧ＶＢに対し、ゲートとソース／
ドレイン領域間に形成される接合ダイオードの順方向電
圧ＶＦだけ、高く設定することができる。しかし、ＶＢ
を電源電圧Ｖｃｃよりも高く設定するには、ＤＣ−ＤＣ
コンバータなどによる昇圧手段が必要となるため、ＶＧ
はＶＢと同じく電源電圧Ｖｃｃに設定している（ＶＧ＝
ＶＢ＝Ｖｃｃ）。

【００２１】図９は、図７のＲＦスイッチのオフ動作時
の波形を示す。

【００２２】図７および図９において、ＶＢには電源電
圧Ｖｃｃが与えられ、ＶＧは接地電位（０Ｖ）に落とさ
れているものとする。

【００２３】この場合、入力信号ＶｉｎをＥｐ・ｓｉｎ
ωｔとすると、Ｊ１のドレインでの電圧波形Ｖ（Ａ）、
ソースでの電圧波形Ｖ（Ｃ）、ゲートでの電圧波形Ｖ
（Ｂ）は、式（６）（７）（８）で表すことができる。

【００２４】

【数３】 これにより、Ｊ１のゲート・ソース間電圧ΔＶ（Ｂ−
Ｃ）は、式（９）で与えられる。

【００２５】ここで、Ｊ１のゲート・ソース間しきい値
電圧をＶｔｈとすれば、Ｊ１がオフする条件（ΔＶ（Ｂ
−Ｃ）＜Ｖｔｈ）は、式（１０）で与えられる。

【００２６】

【数４】 以上のようにして、単一電源（Ｖｃｃ−ＯＶ）だけでＲ
Ｆスイッチをオン／オフ制御させることができる。

【００２７】しかし、低消費電力化のためには、単一電
源化とともに、低電源電圧化も必要であり、そのため
に、たとえば最近のＰＨＳ端末などでは、電源電圧Ｖｃ
ｃを３Ｖ程度まで下げて使用している。

【００２８】そこで、その電源電圧Ｖｃｃ（３Ｖ）を利
用するために、Ｖｃｃ＝ＶＢ＝ＶＧ＝３Ｖにしたとす
る。図７に示したＲＦスイッチのオフ条件は、上述した
式（１０）を用いて求めることができる。この場合、Ｇ
ａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ１のしきい値Ｖｔｈを−２Ｖ、
Ｃ１＝Ｃ２、ＶＢ＝３Ｖ、ＶＧ＝０Ｖとすると、Ｅｐ
（ピーク値）＜２．０Ｖという条件が得られる。つま
り、ＲＦ入力信号Ｖｉｎの波高ピーク値が２．０Ｖ以上
になると、そのＲＦ入力信号Ｖｉｎを確実にオン／オフ
することができなくなって、ＲＦスイッチとしての用を
なさなくなってしまう。５０Ω終端でのピーク値２．０
Ｖは、電力に換算して４０ｍＷしかなく、それ以上の振
幅を有するＲＦ信号に対しては、スイッチとして機能す
ることができない。

【００２９】このように、上述したＲＦスイッチは、単
一電源かつ低電圧電源での動作には応えることができる
が、そのために、オン／オフ制御可能なＲＦ信号の振幅
範囲いわゆるダイナミックレンジが非常に狭くなってし
まうという問題があった。

【００３０】本発明の目的は、単一電源および低電圧電
源での動作条件下でもって、その電源電圧を越える大振
幅ＲＦ信号でも確実にオン／オフさせられるようにす
る、という技術を提供することにある。

【００３１】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００３３】すなわち、ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴなどの
半導体素子をＲＦ信号経路に直列に介在させるととも
に、上記ＲＦ信号経路からスイッチに入力されるＲＦ信
号の一部を検波することにより上記ＲＦ信号の波高に比
例する直流電圧を生成し、これを上記半導体素子に制御
電圧として印加させる、というものである。

【００３４】上述した手段によれば、電源電圧を越える
大振幅のＲＦ信号が入力されても、その大振幅のＲＦ信
号を確実にオフまたはオンさせられるだけの高い制御電
圧を自動的に生成して半導体素子に与えることができ
る。

【００３５】これにより、単一電源および低電圧電源で
の動作条件下でもって、その電源電圧を越える大振幅Ｒ
Ｆ信号でも確実にオン／オフさせられるようにする、と
いう目的が達成される。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ＲＦ信号経路に直列に介在する半導体素子（Ｊ１）
によって上記信号経路をオン／オフするＲＦスイッチ
（１）であって、上記ＲＦ信号経路からスイッチ（１）
に入力されるＲＦ信号（Ｖｉｎ）の一部を検波すること
により上記ＲＦ信号（Ｖｉｎ）の波高に比例する直流電
圧（ＶＤ）を生成する検波回路（１Ａ）と、この検波回
路（１Ａ）が生成する直流電圧（ＶＤ）を上記半導体素
子（Ｊ１）に制御電圧として印加するバイアス回路（１
Ｂ）とを備えたものであり、これにより、電源電圧を越
える大振幅のＲＦ信号が入力されても、その大振幅のＲ
Ｆ信号を確実にオフまたはオンさせられるだけの高い制
御電圧を自動的に生成して半導体素子に与えることがで
きる。

【００３７】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、半導体素子（Ｊ１）として電界効果トランジスタを
使用するもので、これにより、ＲＦ信号のエネルギーを
ほとんど失うことなく、その半導体素子によるＲＦ信号
経路のオン／オフを行わせることができる。

【００３８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、半導体素子（Ｊ１）としてＧａＡｓ・ＭＥ
ＳＦＥＴを使用するものであり、これにより、１ＧＨｚ
以上のマイクロ波領域のＲＦ信号をオン／オフすること
ができる。

【００３９】請求項４の発明は、請求項１から３のいず
れかにおいて、正極性および／または負極性の直流電圧
を生成する検波回路（１Ａ）を備えたものであり、これ
により、電源電圧の上限または下限を越える制御電圧を
自動的に生成して半導体素子（Ｊ１）を確実にオフまた
はオンさせることができる。

【００４０】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかにおいて、検波回路（１Ａ）は、スイッチ１
に入力されるＲＦ信号（Ｖｉｎ）の一部を分岐するコン
デンサ（Ｃ３）と、このコンデンサ（Ｃ３）で分岐され
たＲＦ信号を整流するダイオード（Ｄ１またはＤ２）と
を有し、バイアス回路（１Ｂ）は、上記コンデンサ（Ｃ
３）と上記ダイオード（Ｄ１またはＤ２）の接続点から
得られる直流電圧（ＶＤ）を半導体素子（Ｊ１）の制御
端子に印加するというものであり、これにより、ＲＦ入
力信号の一部から、その入力信号の波高に比例する直流
電圧を生成して上記半導体素子に制御電圧として印加す
ることができる。

【００４１】請求項６に記載の発明は、内蔵電池（６
０）から供給される正負いずれか一方の極性の単一電源
によって動作する移動体通信装置であって、ＲＦ送信部
（２１）の出力側とＲＦ受信部（３１）の入力側をアン
テナ（１１）に切換接続するアンテナスイッチ（１０）
として、ＲＦ信号経路に直列に介在してオン／オフを行
う半導体素子（Ｊ１）と、上記ＲＦ信号経路からスイッ
チ（１）に入力されるＲＦ信号の一部を検波することに
より上記ＲＦ信号（Ｖｉｎ）の波高に比例する直流電圧
（ＶＤ）を生成する検波回路（１Ａ）と、この検波回路
（１Ａ）が生成する直流電圧（ＶＤ）を上記半導体素子
（Ｊ１）に制御電圧として印加するバイアス回路（１
Ｂ）とを備えたものであり、これにより、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータなどを使用することなく、比較的大電力のＲＦ
送信信号のアンテナ切換を行わせることができる。

【００４２】請求項７に記載の発明は、請求項６におい
て、アンテナスイッチ１０の半導体素子としてＧａＡｓ
・ＭＥＳＦＥＴ（Ｊ１）を使用したものであり、これに
より、ＰＤＣやＰＨＳなどのように、マイクロ波領域の
ＲＦ信号を使う移動体通信装置のアンテナ切換を高速で
行わせることができる。

【００４３】以下、本発明の好適な実施態様を図面を参
照しながら説明する。

【００４４】なお、図において、同一符号は同一あるい
は相当部分を示すものとする。

【００４５】図１は本発明の技術が適用されたＲＦスイ
ッチの概略構成を示す。

【００４６】同図に示すＲＦスイッチ１は、ＧａＡｓ・
ＭＥＳＦＥＴＪ１、バイアス抵抗ＲＧ，ＲＢ、入力コン
デンサＣｉｎ、出力コンデンサＣｏｕｔ、検波用ダイオ
ードＤ１，Ｄ２、検波入力コンデンサＣ３などにより構
成される。Ｃ１，Ｃ２はそれぞれＦＥＴＪ１の電極間容
量である。

【００４７】ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ１は、ＲＦ入力
信号Ｖｉｎと負荷ＲＬの間の信号経路に直列に介在して
いる。この場合、入力信号Ｖｉｎは入力コンデンサＣｉ
ｎを直列に介してＪ１のドレインに接続し、負荷ＲＬは
出力コンデンサＣｏｕｔを直列に介してＪ１のソースに
接続している。また、Ｊ１のドレインとソースにはそれ
ぞれ、バイアス抵抗ＲＢを直列に介して、共通のバイア
ス電圧ＶＢが印加されるようになっている。

【００４８】ダイオードＤ１，Ｄ２およびコンデンサＣ
３は検波回路１Ａを形成する。コンデンサＣ１は、ＲＦ
スイッチ１に入力されるＲＦ信号Ｖｉｎの一部を分岐し
てダイオードＤ１，Ｄ２に導く。ダイオードＤ１，Ｄ２
は、そのコンデンサＣ３で分岐されたＲＦ信号を整流す
る。これにより、ＲＦ入力信号Ｖｉｎの一部から、その
入力信号Ｖｉｎの波高に応じて電圧が正または負に増大
する直流電圧を生成する。

【００４９】抵抗ＲＧはバイアス回路１Ｂを形成する。
このバイアス回路は、上記検波回路１Ａが生成する直流
電圧（ＶＤ）を上記ＦＥＴＪ１に制御電圧として印加す
る。すなわち、Ｊ１の制御端子であるゲートには、バイ
アス抵抗ＲＧを直列に介して直流制御電圧（ＶＤ）が印
加されるようになっている。

【００５０】１Ｃはダイオード選択回路で、このダイオ
ード選択回路１Ｃは、外部から与えられる切換制御信号
に応じて、検波用ダイオードＤ１，Ｄ２の選択を行う。
検波用ダイオードＤ１，Ｄ２は、一方（Ｄ１）が正電圧
発生用で、他方（Ｄ２）が負電圧発生用である。ダイオ
ード選択回路１Ｃにより、ＲＦスイッチ１をオンさせる
場合は正電圧発生用ダイオードＤ１が選択され、ＲＦス
イッチ１をオフさせるときは負電圧発生用ダイオードＤ
２が選択されるようになっている。

【００５１】抵抗ＲＢ，ＲＧとコンデンサＣｉｎ，Ｃｏ
ｕｔ，Ｃ１，Ｃ２の各定数については、ＲＢ＞ＲＬ＞ｒ
on、１／ｊωＣｉｎ＜ＲＬ、１／ｊωＣｏｕｔ＜ＲＬ、
１／ｊωＣ１＜ＲＧ、１／ｊωＣ２＜ＲＧのような大小
関係となっている。

【００５２】次に、動作について説明する。

【００５３】図２は、図１のＲＦスイッチ１のオン動作
時の波形を示す。

【００５４】図１および図２において、ＲＦスイッチ１
のオン動作時には、ダイオードＤ１だけがダイオード選
択回路１Ｃによりバイアス電圧ＶＢ上に接続され、Ｄ２
の方は切り離されている。

【００５５】入力信号ＶｉｎをＥｐ・ｓｉｎωｔとすれ
ば、Ｊ１のドレインでの電圧波形Ｖ（Ａ）は、式（１
１）で表すことができる。

【００５６】ここで、ダイオードに非直線性がなく、理
想的な検波が行われるとすれば、式（１２）で表すよう
に、入力信号Ｖｉｎの上側波高値（＋Ｅｐ）にバイアス
電圧ＶＢが加算された正の直流電圧ＶＤが生成される。
そして、この直流電圧ＶＤに入力信号Ｖｉｎを重畳した
波形が、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ３の
接続点に現れる。波形Ｖ（Ｄ）はその重畳波形を示し、
これは式（１３）で表すことができる。

【００５７】また、Ｊ１のソースでの電圧波形Ｖ（Ｃ）
は、式（１４）で表すことができる。

【００５８】Ｊ１のゲートでの電圧波形Ｖ（Ｂ）につい
ては、入力信号Ｖｉｎが大振幅であることを考えると、
Ｅｐ＞ＶＦ（ＶＦはＪ１のゲートとソース／ドレイン間
に形成される接合ダイオードの順方向電圧）となり、Ｊ
１のゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間がそれ
ぞれ順方向にバイアスされる。このため、入力信号波形
の上側ではＪ１のゲート電流がソース側に流れ、下側で
はＪ１のゲート電流がドレイン側に流れる。これによ
り、Ｊ１のゲートでの電圧波形Ｖ（Ｂ）は、式（１５）
と（１６）で示すように、上記ＶＦに相当する分だけ上
側（正側）にシフトされる。式（１５）は波形の上側で
のピーク値（Ｖ（Ｂ）＋ｐｅａｋ）、式（１６）はその
下側でのピーク値（Ｖ（Ｂ）−ｐｅａｋ）をそれぞれ表
す。

【００５９】

【数５】 ＲＦスイッチ１がオン動作時の入力ダイナミック（入力
信号の振幅範囲）は、下側波形のピーク値によって制限
される。その下側波形のときにＪ１のゲート・ソース間
に現れる電圧ΔＶ（Ｂ−Ｃ）は、式（１７）のようにな
る。Ｊ１のオン条件をΔＶ（Ｂ−Ｃ）＞Ｖｔｈとすれ
ば、式（１８）が得られる。

【００６０】

【数６】 図３は、図１のＲＦスイッチ１のオフ動作時の波形を示
す。

【００６１】図１および図３において、ＲＦスイッチ１
のオフ動作時には、ダイオードＤ２だけがダイオード選
択回路１Ｃにより接地電位（ＧＮＤ＝０Ｖ）上に接続さ
れ、Ｄ１は切り離されている。

【００６２】入力信号ＶｉｎをＥｐ・ｓｉｎωｔとすれ
ば、さきほどの場合と同様、Ｊ１のドレインでの電圧波
形Ｖ（Ａ）を、式（１９）で表すことができる。

【００６３】ここで、ダイオードに非直線性がなく、理
想的な検波が行われるとすれば、式（２０）で表すよう
に、入力信号Ｖｉｎの下側波高値（−Ｅｐ）に相当する
負の直流電圧ＶＤが生成される。そして、この直流電圧
ＶＤに入力信号Ｖｉｎを重畳した波形が、ダイオードＤ
２のアノードとコンデンサＣ３の接続点に現れる。波形
Ｖ（Ｄ）はその重畳波形を示し、これは式（２１）で表
すことができる。

【００６４】Ｊ１のソースでの電圧波形Ｖ（Ｃ）は、Ｊ
１のオフにより、式（２２）のように、バイアス電圧Ｖ
Ｂだけが現れる。

【００６５】波形Ｖ（Ｄ）は、抵抗ＲＧを経由してＪ１
のドレイン側に与えられるが、１／ｊω（Ｃ１＋Ｃ２）
＜ＲＧの関係があるので、直流電圧ＶＤだけが伝達す
る。したがって、Ｊ１のゲートでの電圧波形Ｖ（Ｂ）
は、式（２３）のようになる。

【００６６】

【数７】 これにより、Ｊ１のゲート・ソース間に現れる電圧ΔＶ
（Ｂ−Ｃ）は、式（２４）のようになる。Ｊ１のオフ条
件をΔＶ（Ｂ−Ｃ）＜Ｖｔｈとすれば、式（２５）が得
られる。

【００６７】

【数８】 ここで、上記式（２５）を、Ｃ１＝Ｃ２、ＶＢ＝３Ｖ、
Ｖｔｈ＝１．０Ｖという条件で解くと、−０．５Ｅｐ＜
２．０という式が得られる。これはＥｐの取り得る全範
囲（０〜∞）にて、ＲＦスイッチ１をオフにするための
条件が得られることを示す。すなわち、理想的な検波を
行えれば、入力信号Ｖｉｎの振幅に比例したバイアス電
圧が発生して、どのような場合でもオフモードを保持す
ることができる。

【００６８】以上のように、ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ
１をＲＦ信号経路に直列に介在させるとともに、上記Ｒ
Ｆ信号経路からスイッチ１に入力されるＲＦ信号の一部
を検波することにより上記ＲＦ信号の波高に比例する直
流電圧ＶＤを生成し、これを上記ＦＥＴＪ１に制御電圧
として印加させることにより、電源電圧を越える大振幅
のＲＦ信号が入力されても、その大振幅のＲＦ信号を確
実にオフまたはオンさせるのに十分な制御電圧を自動的
に生成して上記ＦＥＴＪ１に与えることができる。

【００６９】これにより、単一電源および低電圧電源で
の動作条件下でもって、その電源電圧を越える大振幅Ｒ
Ｆ信号でも確実にオン／オフさせられることができる。

【００７０】図４は、上述したＲＦスイッチの詳細回路
例を示す。

【００７１】同図に示すＲＦスイッチ１は、ＧａＡｓ・
ＭＥＳＦＥＴＪ１〜Ｊ６、ダイオードＤ１〜Ｄ３，Ｄ
５、コンデンサＣ３〜Ｃ５、抵抗ＲＢ，ＲＧ，Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３などにより、どちら側から入力されたＲＦ信号
もオン／オフすることができる入出力対称型のＲＦスイ
ッチ１を構成している。この場合、ダイオードＤ１〜Ｄ
３およびコンデンサＣ３〜Ｃ５は検波回路１Ａを形成す
る。ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴＪ２〜Ｊ４は上記ダイオー
ドＤ１〜Ｄ３の選択回路１Ｃを形成する。この選択回路
１Ｃを外部からの切換信号Ｖｃｎｔで制御することによ
り、ＲＦスイッチ１をオン／オフさせることができる。
この場合の切換信号Ｖｃｎｔは、Ｖｃｃ＝３Ｖ、ＶＢ＝
１．５Ｖの場合、振幅３Ｖの論理信号でよい。

【００７２】図５は、上述したＲＦスイッチ１を複数用
いた複合スイッチの構成例を示す。同図において、
（Ａ）は２入力１出力の複合スイッチ、（Ｂ）は１入力
２出力の複合スイッチをそれぞれ示す。また、（Ｃ）
は、上述したＲＦスイッチ１を４つと、各スイッチ（Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４）の制御論理信号を生成するデコーダ５０
１とにより構成される４ポート（Ｐ１〜Ｐ４）型の複合
スイッチで、移動体通信装置のアンテナスイッチとして
使用される。これらの複合スイッチは、いわゆるＭＭＩ
Ｃとして半導体集積回路化することが可能である。

【００７３】図６は上述したＲＦスイッチ１の移動体送
信装置への応用例を示す。

【００７４】同図に示す移動体通信装置は、４ポート
（Ｐ１〜Ｐ４）アンテナスイッチ１０、無線送受信アン
テナ１１、分波器１２、ＲＦ電力増幅回路２１、ＲＦ受
信プリアンプ３１、送信側周波数変換回路（アップバー
タ）２２、受信側周波数変換回路（ダウンバータ）３
２、周波数変換用のローカル信号を発生する周波数合成
回路４１、送受信ＩＦ部を含むベースバンドユニット４
０、論理制御ユニット５０、操作部および表示部を含む
操作パネル５１、送話器と受話器からなるヘッドセット
４２、および単一電源を形成する内蔵電池６０などによ
って構成される。

【００７５】ここで、アンテナスイッチ１０は、上述し
たＲＦスイッチ１を用いた複合スイッチが使用されてい
る。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータなどを使用する
ことなく、比較的大電力のＲＦ送信信号のアンテナ切換
操作を行わせることができる。また、アンテナスイッチ
１０の半導体素子としてＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴ（ＭＭ
ＩＣ）を用いることで、ＰＤＣやはＰＨＳなどのよう
に、マイクロ波領域のＲＦ信号を使う移動体通信装置の
アンテナ切換を高速で行わせることができる。

【００７６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施態様にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実
施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００７７】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である移動
体通信装置に適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、たとえば無線基地局などにも
適用できる。

【００７８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

【００７９】すなわち、単一電源および低電圧電源での
動作条件下でもって、その電源電圧を越える大振幅ＲＦ
信号でも確実にオン／オフさせることができる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の技術が適用されたＲＦスイッチの概略
構成を示す回路図

【図２】本発明によるＲＦスイッチのオン時の動作波形
を示す図

【図３】本発明によるＲＦスイッチのオフ時の動作波形
を示す図

【図４】本発明によるＲＦスイッチの詳細な回路例を示
す図

【図５】本発明のＲＦスイッチ回路を用いた複合スイッ
チの構成例を示す図

【図６】本発明のＲＦスイッチを用いた移動体通信装置
の概略構成図

【図７】本発明に先だって検討したＲＦスイッチの概略
構成を示す回路図

【図８】図７に示したＲＦスイッチのオン時の動作波形
を示す図

【図９】図７に示したＲＦスイッチのオフ時の動作波形
を示す図

【符号の説明】

１，ＳＷ１〜ＳＷ４ ＲＦスイッチ Ｊ１ ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴ（半導体素子） Ｃ１，Ｃ２ ＦＥＴの電極間容量 １Ａ 検波回路 １Ｂ バイアス回路 １Ｃ ダイオード選択回路 Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 検波用ダイオード Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ 検波入力コンデンサ ＲＧ，ＲＢ バイアス抵抗 Ｊ２〜Ｊ６ ＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴ（半導体素子） Ｃｉｎ 入力コンデンサ Ｃｏｕｔ 出力コンデンサ Ｖｉｎ ＲＦ入力信号 ＲＬ 負荷 １０ アンテナスイッチ １１ 無線送受信アンテナ １２ 分波器 ２１ ＲＦ電力増幅回路 ２２ 送信側周波数変換回路（アップバータ） ３１ ＲＦ受信プリアンプ ３２ 受信側周波数変換回路（ダウンバータ） ４１ 周波数合成回路 ４２ ヘッドセット ４０ 送受信ＩＦ部およびベースバンドユニット ５０ 論理制御ユニット ５１ 操作パネル ６０ 単一電源を形成する内蔵電池

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＲＦ信号経路に直列に介在する半導体素
   子によって上記信号経路をオン／オフするＲＦスイッチ
   であって、上記ＲＦ信号経路からスイッチに入力される
   ＲＦ信号の一部を検波することにより上記ＲＦ信号の波
   高に比例する直流電圧を生成する検波回路と、この検波
   回路が生成する直流電圧を上記半導体素子に制御電圧と
   して印加するバイアス回路とを備えたＲＦスイッチ。
2. 【請求項２】 半導体素子は電界効果トランジスタであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のＲＦスイッチ。
3. 【請求項３】 半導体素子はＧａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴで
   あることを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦス
   イッチ。
4. 【請求項４】 正極性および／または負極性の直流電圧
   を生成する検波回路を備えたことを特徴とする請求項１
   から３のいずれかに記載のＲＦスイッチ。
5. 【請求項５】 検波回路は、スイッチに入力されるＲＦ
   信号の一部を分岐するコンデンサと、このコンデンサで
   分岐されたＲＦ信号を整流するダイオードとを有し、バ
   イアス回路は、上記コンデンサと上記ダイオードの接続
   点から得られる直流電圧を半導体素子の制御端子に印加
   することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
   のＲＦスイッチ。
6. 【請求項６】 内蔵電池から供給される正負いずれか一
   方の極性の単一電源によって動作する移動体通信装置で
   あって、ＲＦ送信部の出力側とＲＦ受信部の入力側をア
   ンテナに切換接続するアンテナスイッチとして、ＲＦ信
   号経路に直列に介在してオン／オフを行う半導体素子
   と、上記ＲＦ信号経路からスイッチに入力されるＲＦ信
   号の一部を検波することにより上記ＲＦ信号の波高に比
   例する直流電圧を生成する検波回路と、この検波回路が
   生成する直流電圧を上記半導体素子に制御電圧として印
   加するバイアス回路とを備えたことを特徴とする移動体
   通信装置。
7. 【請求項７】 アンテナスイッチの半導体素子としてＧ
   ａＡｓ・ＭＥＳＦＥＴを使用したことを特徴とする請求
   項６に記載の移動体通信装置。