WO2018109896A1

WO2018109896A1 - 高周波スイッチ

Info

Publication number: WO2018109896A1
Application number: PCT/JP2016/087380
Authority: WO
Inventors: 竜太幸丸; 新庄　真太郎; 政毅半谷; 山中　宏治
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21

Abstract

一端が第２の入出力端子（２）と接続されており、第１の入出力端子（１）と第２の入出力端子（２）との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作し、第１の入出力端子（１）と第３の入出力端子（３）との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作するスタブ切替回路（１１）を備える。

Description

高周波スイッチ

　この発明は、信号の伝搬経路を切り替える高周波スイッチに関するものである。

　以下の特許文献１には、信号の伝搬経路を切り替える高周波スイッチが開示されている。
　この高周波スイッチは、以下の構成要素を備えている。
（１）一端が入力端子と接続され、他端が第１の出力端子と接続されている第１の高周波線路
（２）一端が入力端子と接続され、他端が第２の出力端子と接続されている第２の高周波線路
（３）一端が第１の高周波線路の他端と接続されている第３の高周波線路
（４）一端が第２の高周波線路の他端と接続され、他端がグランドと接続されている第１のトランジスタ
（５）一端が第３の高周波線路の他端と接続され、他端がグランドと接続されている第２のトランジスタ
　ここで、第１～第３の高周波線路は、電気長が入力端子から入力される高周波信号であるＲＦ信号の波長λの４分の１（λ／４）の長さである。

　入力端子からＲＦ信号が入力されたとき、第１の出力端子からＲＦ信号を出力する伝搬経路が選択される場合、第１及び第２のトランジスタは、外部の制御部によって、オン状態に制御される。
　オン状態は、第１及び第２のトランジスタが閉じている状態である。オン状態であるときは、第１及び第２のトランジスタのオン抵抗がドレイン端子（一端）とソース端子（他端）との間に接続されている状態とみなされる。
　このため、第２の高周波線路、第１のトランジスタのオン抵抗及びグランドからなる回路はショートスタブとして動作し、入力端子から第２の出力端子を見たインピーダンスはオープンに近くなる。
　一方、第３の高周波線路、第２のトランジスタのオン抵抗及びグランドからなるスタブ切替回路はショートスタブとして動作し、第１の高周波線路と第３の高周波線路との接続点からスタブ切替回路を見たインピーダンスはオープンに近くなる。
　よって、入力端子から入力されたＲＦ信号は、第１の高周波線路を通って、第１の出力端子から出力される。

　第２の出力端子からＲＦ信号を出力する伝搬経路が選択される場合、第１及び第２のトランジスタは、外部の制御部によって、オフ状態に制御される。
　オフ状態は、第１及び第２のトランジスタが開いている状態である。オフ状態であるときは、第１及び第２のトランジスタのオフ容量がドレイン端子とソース端子との間に接続されている状態とみなされる。
　このため、第３の高周波線路、第２のトランジスタのオフ容量及びグランドからなるスタブ切替回路はオープンスタブとして動作する。このとき、第１の高周波線路と第３の高周波線路との接続点はショート点となり、入力端子から第１の出力端子を見たインピーダンスはオープンに近くなる。
　一方、入力端子から第２の出力端子側を見た回路は、第２の高周波線路に対して、第１のトランジスタのオフ容量がシャントに接続された回路となるため、入力端子から第２の出力端子を見たインピーダンスは、オープンにならなくなる。
　よって、入力端子から入力されたＲＦ信号は、第２の高周波線路を通って、第２の出力端子から出力される。

特開２００８－３１１８５９号公報

　従来の高周波スイッチは以上のように構成されているので、入力端子から入力されたＲＦ信号の伝搬経路を切り替える際、第３の高周波線路、第２のトランジスタのオフ容量及びグランドからなるスタブ切替回路が、電気長がλ／４の長さのショートスタブ又は電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作させることが理想的である。
　しかし、第２のトランジスタがオフ状態に制御された場合、第２のトランジスタのオフ容量の影響で、スタブ切替回路の電気長がλ／４の長さからずれてしまうため、スタブ切替回路は、電気長がλ／４の長さである理想的なオープンスタブとしての動作ではなくなる。
　よって、第１の出力端子からＲＦ信号が出力される場合の高周波スイッチの通過帯域と、第２の出力端子からＲＦ信号が出力される場合の高周波スイッチの通過帯域との間にずれが生じるため、高周波スイッチの通過帯域が狭くなってしまうという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、２つの伝搬経路における通過帯域のずれを解消して、通過帯域を広げることができる高周波スイッチを得ることを目的とする。

　この発明に係る高周波スイッチは、第１の入出力端子と第２の入出力端子との間に接続され、電気長が第１の入出力端子から入出力される信号の波長の４分の１の長さである第１の高周波線路と、第１の入出力端子と第３の入出力端子との間に接続され、電気長が波長の４分の１の長さである第２の高周波線路と、第３の入出力端子とグランドとの間に接続されている第１のスイッチング素子と、一端が第２の入出力端子と接続されており、第１の入出力端子と第２の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が波長の４分の１の長さのショートスタブとして動作し、第１の入出力端子と第３の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が波長の４分の１の長さのオープンスタブとして動作するスタブ切替回路とを備えるようにしたものである。

　この発明によれば、第１の入出力端子と第２の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が波長の４分の１の長さのショートスタブとして動作し、第１の入出力端子と第３の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が波長の４分の１の長さのオープンスタブとして動作するスタブ切替回路を備えるように構成したので、２つの伝搬経路における通過帯域のずれを解消して、高周波スイッチの通過帯域を広げることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による高周波スイッチを示す構成図である。図２Ａは実施の形態１における高周波スイッチのスタブ切替回路１１を示す説明図、図２Ｂは特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路を示す説明図である。ＦＥＴ９，１３がオン状態であるときの高周波スイッチの等価回路である。ＦＥＴ９，１３がオフ状態であるときの高周波スイッチの等価回路である。図５ＡはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過振幅を示す説明図、図５ＢはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相を示す説明図、図５ＣはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射振幅を示す説明図、図５ＤはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射位相を示す説明図である。図６ＡはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過振幅を示す説明図、図６ＢはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相を示す説明図、図６ＣはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射振幅を示す説明図、図６ＤはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射位相を示す説明図である。図７ＡはＦＥＴ９，１３がオン状態であるときの第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間の通過損失を示す説明図、図７ＢはＦＥＴ９，１３がオフ状態であるときの第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間の通過損失を示す説明図である。この発明の実施の形態２による高周波スイッチを示す構成図である。この発明の実施の形態３による高周波スイッチを示す構成図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１による高周波スイッチを示す構成図である。
　図１において、第１の入出力端子１は高周波信号であるＲＦ信号を入出力する入出力端子である。
　第２の入出力端子２はＲＦ信号を入出力する入出力端子である。
　第３の入出力端子３はＲＦ信号を入出力する入出力端子である。

　第１の高周波線路４は第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間に接続されている高周波線路であり、インピーダンス変換回路として動作する。
　第１の高周波線路４の電気長は第１の入出力端子１から入出力されるＲＦ信号の波長λの４分の１（λ／４）の長さである。ＲＦ信号の波長λは、ＲＦ信号の中心周波数に対応する波長である。
　第２の高周波線路５は第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間に接続されている高周波線路であり、インピーダンス変換回路として動作する。
　第２の高周波線路５の電気長はλ／４の長さである。

　制御端子６はＦＥＴ９，１３のオン状態とオフ状態を切り替えるための制御電圧が印加される端子である。
　抵抗７，８は例えば第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号が制御端子６側に漏れないようにするために設けられている抵抗値が数ｋΩの高抵抗である。

　電界効果トランジスタであるＦＥＴ９は第３の入出力端子３とグランド１０との間に接続されている第１のスイッチング素子である。
　具体的には、ＦＥＴ９はドレイン端子が第２の高周波線路５及び第３の入出力端子３と接続され、ソース端子がグランド１０と接続されている。
　ＦＥＴ９は、オン状態（閉じている状態）では抵抗成分であるオン抵抗Ｒ_ｏｎを有し、オフ状態（開いている状態）では容量成分であるオフ容量Ｃ_ｏｆｆを有している。
　ＦＥＴ９は制御端子６から与えられた制御電圧によって、ゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧以上の電圧になるとオン状態になり、ゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧未満の電圧になるとオフ状態になる。
　ここでは、ＦＥＴ９のドレイン端子が第２の高周波線路５及び第３の入出力端子３と接続され、ソース端子がグランド１０と接続されている例を示しているが、ソース端子が第２の高周波線路５及び第３の入出力端子３と接続され、ドレイン端子がグランド１０と接続されていてもよい。

　スタブ切替回路１１は抵抗８、第３の高周波線路１２、ＦＥＴ１３及び第４の高周波線路１４を備えており、一端が第１の高周波線路４及び第２の入出力端子２と接続されている。
　スタブ切替回路１１は、第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作し、第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作する回路である。

　第３の高周波線路１２は一端が第１の高周波線路４及び第２の入出力端子２と接続されている高周波線路である。
　第３の高周波線路１２の電気長θ_１はλ／４よりも短い長さである。
　電界効果トランジスタであるＦＥＴ１３は一端が第３の高周波線路１２の他端と接続されている第２のスイッチング素子である。
　具体的には、ＦＥＴ１３はドレイン端子が第３の高周波線路１２の他端と接続され、ソース端子が第４の高周波線路１４の一端と接続されている。
　ＦＥＴ１３は、オン状態では抵抗成分であるオン抵抗Ｒ_ｏｎを有し、オフ状態では容量成分であるオフ容量Ｃ_ｏｆｆを有している。
　ＦＥＴ１３は制御端子６から与えられた制御電圧によって、ゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧以上の電圧になるとオン状態になり、ゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧未満の電圧になるとオフ状態になる。
　ここでは、ＦＥＴ１３のドレイン端子が第３の高周波線路１２の他端と接続され、ソース端子が第４の高周波線路１４の一端と接続されている例を示しているが、ソース端子が第３の高周波線路１２の他端と接続され、ドレイン端子が第４の高周波線路１４の一端と接続されていてもよい。

　第４の高周波線路１４は一端がＦＥＴ１３のソース端子と接続され、他端がグランド１５と接続されている高周波線路である。
　第４の高周波線路１４の電気長θ_２はλ／４よりも短い長さである。
　この実施の形態１では、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、第４の高周波線路１４の電気長θ_２との合計がλ／４の長さである。θ_１＋θ_２＝λ／４である。
　また、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、ＦＥＴ１３が有するオフ容量Ｃ_ｏｆｆに対応する電気長θ_３とを合わせた電気長がλ／４の長さである。θ_１＋θ_３＝λ／４である。

　第３の高周波線路１２の電気長θ_１及び第４の高周波線路１４の電気長θ_２は、以下の式（１）（２）に示すように、スタブ切替回路１１の通過特性として、ＦＥＴ１３がオン状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相∠Ｓ_２１ｏｎが０度、ＦＥＴ１３の反射位相∠Ｓ_１１ｏｎが９０度になるように設定されている。
　また、第３の高周波線路１２の電気長θ_１及び第４の高周波線路１４の電気長θ_２は、以下の式（３）（４）に示すように、ＦＥＴ１３がオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相∠Ｓ_{２１ｏｆｆ}が９０度、ＦＥＴ１３の反射位相∠Ｓ_{１１ｏｆｆ}が１８０度になるように設定されている。

　∠Ｓ_２１ｏｎ（θ_１，θ_２，Ｒ_ｏｎ，ｆ_０）＝０［ｒａｄ］　　　　　　　（１）
　∠Ｓ_１１ｏｎ（θ_１，θ_２，Ｒ_ｏｎ，ｆ_０）＝π／２［ｒａｄ］　　　　　　（２）

　∠Ｓ_{２１ｏｆｆ}（θ_１，θ_２，Ｃ_ｏｆｆ，ｆ_０）＝π／２［ｒａｄ］　　　　　（３）
　∠Ｓ_{１１ｏｆｆ}（θ_１，θ_２，Ｃ_ｏｆｆ，ｆ_０）＝π［ｒａｄ］　　　　　　（４）

　式（１）～（４）において、ｆ_０は、第１の入出力端子１から入力されるＲＦ信号の中心周波数である。
　Ｒ_ｏｎは、ＦＥＴ１３のオン抵抗であり、Ｃ_ｏｆｆは、ＦＥＴ１３のオフ容量である。
　ＦＥＴ１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎとオフ容量Ｃ_ｏｆｆは、単位ゲート幅当りのオン抵抗をＲ_ｏｎ０、単位ゲート幅当りのオフ容量をＣ_ｏｆｆ０とすると、以下の式（５）（６）に示すように、ＦＥＴ１３のゲート幅Ｗｇを用いて表すことができる。
　Ｒ_ｏｎ＝Ｒ_ｏｎ０／Ｗｇ　（５）
　Ｃ_ｏｆｆ＝Ｃ_ｏｆｆ０×Ｗｇ　　　　　　　　　　　　　（６）

　図２は実施の形態１における高周波スイッチのスタブ切替回路１１と、特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路とを示す説明図である。
　図２Ａは実施の形態１における高周波スイッチのスタブ切替回路１１を示し、図２Ｂは特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路を示している。
　図２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
　Ｐｏｒｔ（１）は図１の第２の入出力端子２に対応し、Ｐｏｒｔ（２）は図１の第１の高周波線路４における第２の入出力端子２側の端子に対応している。
　特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路は、第４の高周波線路１４を備えていない点で、実施の形態１における高周波スイッチのスタブ切替回路１１と相違している。
　また、特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路における第３の高周波線路１６は、電気長がλ／４であるのに対して、この実施の形態１では、スタブ切替回路１１における第３の高周波線路１２の電気長がθ_１である点で相違している。
　なお、本明細書の背景技術の欄では、特許文献１に記載されている高周波スイッチのスタブ切替回路におけるＦＥＴ１３を第２のトランジスタと称している。

　次に動作について説明する。
　この実施の形態１の高周波スイッチは、第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号が、第２の入出力端子２又は第３の入出力端子３から出力される単極双投スイッチとして動作する例を説明する。

　最初に、第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択され、第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号が、第２の入出力端子２から出力される場合の動作を説明する。
　図示せぬ制御部は、制御電圧を制御端子６に印加する。
　この制御電圧は、ＦＥＴ９，１３のゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧以上になるような電圧である。
　これにより、ＦＥＴ９，１３はオン状態になる。

　ＦＥＴ９，１３は、オン状態になると、オン抵抗Ｒ_ｏｎとみなすことができる。
　図３はＦＥＴ９，１３がオン状態であるときの高周波スイッチの等価回路である。
　ＦＥＴ９のオン抵抗Ｒ_ｏｎの抵抗値は、数Ω程度である。
　このため、第２の高周波線路５から第３の入出力端子３側を見たインピーダンスが例えば５０Ωに設計されていれば、第２の高周波線路５は、ＦＥＴ９のオン抵抗Ｒ_ｏｎを介して、グランド１０に接地されることになる。
　よって、第２の高周波線路５、ＦＥＴ９のオン抵抗Ｒ_ｏｎ及びグランド１０からなる回路は、ショートスタブとして動作するため、第１の入出力端子１から第３の入出力端子３を見たインピーダンスは、オープンに近くなる。

　また、ＦＥＴ１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎの抵抗値は、数Ω程度である。
　このため、第３の高周波線路１２は、ＦＥＴ１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎ及び第４の高周波線路１４を介して、グランド１５に接地されることになる。
　ここで、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、第４の高周波線路１４の電気長θ_２との合計がλ／４の長さであるため、第３の高周波線路１２、ＦＥＴ１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎ、第４の高周波線路１４及びグランド１５を含むスタブ切替回路１１は、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作する。
　したがって、第１の高周波線路４と第３の高周波線路１２との接続点Ａからスタブ切替回路１１を見たインピーダンスはオープンに近くなる。
　以上より、第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号は、第１の高周波線路４を通って、第２の入出力端子２から出力される。

　次に、第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択され、第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号が、第３の入出力端子３から出力される場合の動作を説明する。
　図示せぬ制御部は、制御電圧を制御端子６に印加する。
　この制御電圧は、ＦＥＴ９，１３のゲート端子に印加される電圧がピンチオフ電圧未満になるような電圧である。
　これにより、ＦＥＴ９，１３はオフ状態になる。

　ＦＥＴ９，１３は、オフ状態になると、オフ容量Ｃ_ｏｆｆとみなすことができる。
　図４はＦＥＴ９，１３がオフ状態であるときの高周波スイッチの等価回路である。
　ＦＥＴ１３がオフ状態である場合、第１の高周波線路４と第３の高周波線路１２との接続点Ａからスタブ切替回路１１を見たとき、第４の高周波線路１４はほとんど見えなくなる。
　この実施の形態１では、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、ＦＥＴ１３が有するオフ容量Ｃ_ｏｆｆに対応する電気長θ_３とを合わせた電気長がλ／４の長さである。
　このため、スタブ切替回路１１は、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作する。
　このとき、接続点Ａはショート点となり、第１の入出力端子１から第２の入出力端子２を見たインピーダンスは、オープンになる。

　第１の入出力端子１から第３の入出力端子３側を見た回路は、第２の高周波線路５に対して、ＦＥＴ９のオフ容量Ｃ_ｏｆｆがシャントに接続された回路となるため、第１の入出力端子１から第３の入出力端子３を見たインピーダンスは、オープンにならなくなる。
　以上より、第１の入出力端子１から入力されたＲＦ信号は、第２の高周波線路５を通って、第３の入出力端子３から出力される。

　次に、この実施の形態１の高周波スイッチの通過帯域が、特許文献１に記載されている高周波スイッチの通過帯域よりも広帯域になることを説明する。
　特許文献１に記載されている高周波スイッチにおけるスタブ切替回路は、図２Ｂに示すように、第３の高周波線路１６の電気長がλ／４に設定されている。
　このため、スタブ切替回路は、ＦＥＴ１３がオン状態である場合、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作する。
　一方、ＦＥＴ１３がオフ状態である場合、ＦＥＴ１３のオフ容量Ｃ_ｏｆｆの影響で、スタブ切替回路の電気長がλ／４の長さからずれる。
　オープンスタブの長さは、第３の高周波線路１６の電気長であるλ／４と、ＦＥＴ１３のオフ容量Ｃ_ｏｆｆに対応する電気長θ_３とを合わせた電気長（λ／４＋θ_３）となり、λ／４の長さよりも長くなる。
　このため、スタブ切替回路は、電気長がλ／４よりも長い長さのオープンスタブとして動作する。
　よって、ＲＦ信号が第２の入出力端子２から出力される伝搬経路が選択される場合の高周波スイッチの通過帯域と、ＲＦ信号が第３の入出力端子３から出力される伝搬経路が選択される場合の高周波スイッチの通過帯域との間にずれが生じるため、高周波スイッチの通過帯域が狭くなる。

　この実施の形態１の高周波スイッチにおけるスタブ切替回路は、図２Ａに示すように、第３の高周波線路１２の電気長がλ／４よりも短いθ_１に設定されている。
　また、第４の高周波線路１４の電気長は、λ／４よりも短いθ_２に設定されており、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、第４の高周波線路１４の電気長θ_２との合計がλ／４の長さである。
　また、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、ＦＥＴ１３のオフ容量Ｃ_ｏｆｆに対応する電気長θ_３とを合わせた電気長がλ／４の長さである。
　このため、スタブ切替回路は、ＦＥＴ１３がオン状態であれば、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作し、ＦＥＴ１３がオフ状態であれば、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作する。
　よって、ＲＦ信号が第２の入出力端子２から出力される伝搬経路が選択される場合の高周波スイッチの通過帯域と、ＲＦ信号が第３の入出力端子３から出力される伝搬経路が選択される場合の高周波スイッチの通過帯域との間のずれが生じなくなる。
　これにより、この実施の形態１の高周波スイッチの通過帯域は、特許文献１に記載されている高周波スイッチの通過帯域よりも広帯域になる。

　図５は特許文献１に記載されている高周波スイッチにおけるスタブ切替回路の通過特性のシミュレーション結果を示す説明図である。
　図５ＡはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過振幅を示し、図５ＢはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相を示している。
　また、図５ＣはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射振幅を示し、図５ＤはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射位相を示している。
　スタブ切替回路は、ＦＥＴ１３がオン状態であれば、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作するため、図５に示すように、ショートスタブの中心周波数がｆ_０になっている。
　スタブ切替回路は、ＦＥＴ１３がオフ状態であれば、電気長がλ／４よりも長い長さのオープンスタブとして動作するため、図５に示すように、オープンスタブの中心周波数がｆ_０よりも低域側にシフトしている。

　図６は実施の形態１の高周波スイッチにおけるスタブ切替回路１１の通過特性のシミュレーション結果を示す説明図である。
　図６ＡはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過振幅を示し、図６ＢはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の通過位相を示している。
　また、図６ＣはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射振幅を示し、図６ＤはＦＥＴ１３がオン状態及びオフ状態であるときのＦＥＴ１３の反射位相を示している。
　スタブ切替回路１１は、ＦＥＴ１３がオン状態であれば、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作するため、図６に示すように、ショートスタブの中心周波数がｆ_０になっている。
　スタブ切替回路１１は、ＦＥＴ１３がオフ状態であれば、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作するため、図６に示すように、オープンスタブの中心周波数がｆ_０になっている。

　図７は実施の形態１の高周波スイッチの通過特性と、特許文献１に記載されている高周波スイッチの通過特性とのシミュレーション結果を示す説明図である。
　図７ＡはＦＥＴ９，１３がオン状態であるときの第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間の通過損失を示し、図７ＢはＦＥＴ９，１３がオフ状態であるときの第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間の通過損失を示している。
　図７に示すシミュレーション結果の計算条件として、ＦＥＴ９，１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎは純抵抗、ＦＥＴ９，１３のオフ容量Ｃ_ｏｆｆは純容量としている。また、第１の高周波線路４、第２の高周波線路５、第３の高周波線路１２及び第４の高周波線路１４は無損失であるものとして、電気長のみを考慮している。

　ＦＥＴ９，１３がオン状態であるときの第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間の通過損失は、図７Ａに示すように、実施の形態１の高周波スイッチの通過損失と、特許文献１に記載されている高周波スイッチの通過損失とは、ほぼ一致している。
　しかし、ＦＥＴ９，１３がオフ状態である場合、実施の形態１の高周波スイッチの通過損失は、図７Ｂに示すように、中心周波数ｆ_０で通過損失が最小になっているが、特許文献１に記載されている高周波スイッチの通過損失は、中心周波数ｆ_０よりも高域側で通過損失が最小になっている。
　最小の通過損失の絶対値についても、特許文献１に記載されている高周波スイッチよりも、実施の形態１の高周波スイッチの方が小さくなっている。
　特許文献１に記載されている高周波スイッチの方が、実施の形態１の高周波スイッチよりも、最小の通過損失の絶対値が大きい理由は、通過損失が最小になる周波数での反射振幅が増大しているからである。

　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の入出力端子１と第２の入出力端子２との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのショートスタブとして動作し、第１の入出力端子１と第３の入出力端子３との間がＲＦ信号の伝搬経路として選択される場合、電気長がλ／４の長さのオープンスタブとして動作するスタブ切替回路１１を備えるように構成したので、２つの伝搬経路における通過帯域のずれを解消して、高周波スイッチの通過帯域を広げることができる効果を奏する。

　この実施の形態１では、第１のスイッチング素子としてＦＥＴ９が用いられ、第２のスイッチング素子としてＦＥＴ１３が用いられているものを示しているが、第１及び第２のスイッチング素子は、ＦＥＴに限るものではない。
　例えば、第１及び第２のスイッチング素子として、ピンダイオード、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチなどを用いることができる。

実施の形態２．
　上記実施の形態１では、ＦＥＴ９，１３が１つずつ用いられているものを示したが、この実施の形態２では、ＦＥＴ９，１３のそれぞれが直列に多段接続されている例を説明する。

　図８はこの発明の実施の形態２による高周波スイッチを示す構成図である。図８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　図８では、２つのＦＥＴ９が直列に接続されている例を示しているが、３つ以上のＦＥＴ９が直列に接続されているものであってもよい。
　また、図８では、２つのＦＥＴ１３が直列に接続されている例を示しているが、３つ以上のＦＥＴ１３が直列に接続されているものであってもよい。
　直列に接続されるＦＥＴ９の段数と、直列に接続されるＦＥＴ１３の段数とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　さらに、ＦＥＴ９だけが直列に多段接続されて、ＦＥＴ１３が用いられる数が１つであってもよい。また、ＦＥＴ１３だけが直列に多段接続されて、ＦＥＴ９が用いられる数が１つであってもよい。

　この実施の形態２では、第１のスイッチング素子としてＦＥＴ９が用いられ、第２のスイッチング素子としてＦＥＴ１３が用いられているものを示しているが、第１及び第２のスイッチング素子は、ＦＥＴに限るものではない。
　例えば、第１及び第２のスイッチング素子として、ピンダイオード、ＭＥＭＳスイッチなどを用いることができる。

　例えば、直列に接続されるＦＥＴ９，１３の段数がＮ（Ｎは２以上の整数）である場合、ＦＥＴ９，１３の数が１つである場合のＦＥＴ９，１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎと比べて、Ｎ段のＦＥＴ９，１３における合計のオン抵抗はＮ倍になる。ＦＥＴ９，１３のオン抵抗Ｒ_ｏｎの抵抗値は数Ω程度であるため、Ｎ段のＦＥＴ９，１３における合計のオン抵抗がＮ倍になっても、合計の抵抗値は数Ω程度である。
　また、直列に接続されるＦＥＴ９，１３の段数がＮである場合、ＦＥＴ９，１３の数が１つである場合のＦＥＴ９，１３のオフ容量Ｃ_ｏｆｆと比べて、Ｎ段のＦＥＴ９，１３における合計のオフ容量は１／Ｎ倍になる。
　したがって、この実施の形態２では、第３の高周波線路１２の電気長θ_１と、Ｎ段のＦＥＴ９，１３における合計のオフ容量Ｃ_ｏｆｆ／Ｎに対応する電気長θ_３とを合わせた電気長がλ／４の長さになるように、第３の高周波線路１２の電気長θ_１が設定される。

　図８の高周波スイッチの動作自体は、図１の高周波スイッチと同様であり、図１の高周波スイッチと同様の効果が得られる。
　この実施の形態２では、ＦＥＴ９，１３のそれぞれが直列に多段接続されているため、大電力のＲＦ信号が入力された場合でも、オフ状態のＦＥＴ９，１３に印加される電圧が、多段に接続されているＦＥＴ９，１３に分圧される。
　よって、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１よりも、耐電力特性を高めることができる。

実施の形態３．
　この実施の形態３では、ＦＥＴ９に対してコンデンサ２１が直列に接続され、ＦＥＴ１３に対してコンデンサ２２が直列に接続されている例を説明する。

　図９はこの発明の実施の形態３による高周波スイッチを示す構成図である。図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　コンデンサ２１は一端がＦＥＴ９のソース端子と接続され、他端がグランド１０と接続され、ＦＥＴ９が有する寄生インダクタンス成分と直列共振する。
　コンデンサ２２は一端がＦＥＴ１３のソース端子と接続され、他端が第４の高周波線路１４の一端と接続され、ＦＥＴ１３が有する寄生インダクタンス成分と直列共振する。
　図９では、ＦＥＴ１３と第４の高周波線路１４の間にコンデンサ２２が接続されている例を示しているが、第４の高周波線路１４とグランド１５の間にコンデンサ２２が接続されているものであってもよい。

　図９では、ＦＥＴ９に対してコンデンサ２１が直列に接続され、ＦＥＴ１３に対してコンデンサ２２が直列に接続されている例を示しているが、ＦＥＴ９に対してコンデンサ２１が直列に接続されているだけで、ＦＥＴ１３にはコンデンサ２２が直列に接続されていなくてもよい。
　また、ＦＥＴ１３に対してコンデンサ２２が直列に接続されているだけで、ＦＥＴ９にはコンデンサ２１が直列に接続されていなくてもよい。
　図９は、コンデンサ２１，２２が図１の高周波スイッチに設けられている例を示しているが、図８の高周波スイッチに設けられているものであってもよい。

　図９の高周波スイッチの動作自体は、図１及び図８の高周波スイッチと同様であり、図１及び図８の高周波スイッチと同様の効果が得られる。
　ＦＥＴ９に対してコンデンサ２１が直列に接続されることで、ＦＥＴ９が有する寄生インダクタンス成分が、コンデンサ２１と直列共振されるようになる。
　コンデンサ２１が、ＦＥＴ９が有する寄生インダクタンス成分と直列共振されることで、寄生インダクタンス成分が低減される。

　また、ＦＥＴ１３に対してコンデンサ２２が直列に接続されることで、ＦＥＴ１３が有する寄生インダクタンス成分が、コンデンサ２２と直列共振されるようになる。
　コンデンサ２２が、ＦＥＴ１３が有する寄生インダクタンス成分と直列共振されることで、寄生インダクタンス成分が低減される。

　コンデンサ２１，２２によって寄生インダクタンス成分が低減されることで、寄生インダクタンス成分が通過特性に与える影響が低減される。
　よって、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１，２よりも、通過帯域を広げることができる。

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明は、信号の伝搬経路を切り替える高周波スイッチに適している。

　１　第１の入出力端子、２　第２の入出力端子、３　第３の入出力端子、４　第１の高周波線路、５　第２の高周波線路、６　制御端子、７，８　抵抗、９　ＦＥＴ（第１のスイッチング素子）、１０　グランド、１１　スタブ切替回路、１２　第３の高周波線路、１３　ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）、１４　第４の高周波線路、１５　グランド、１６　第３の高周波線路、２１，２２　コンデンサ。

Claims

　第１の入出力端子と第２の入出力端子との間に接続され、電気長が前記第１の入出力端子から入出力される信号の波長の４分の１の長さである第１の高周波線路と、
　前記第１の入出力端子と第３の入出力端子との間に接続され、電気長が前記波長の４分の１の長さである第２の高周波線路と、
　前記第３の入出力端子とグランドとの間に接続されている第１のスイッチング素子と、
　一端が前記第２の入出力端子と接続されており、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が前記波長の４分の１の長さのショートスタブとして動作し、前記第１の入出力端子と前記第３の入出力端子との間が信号の伝搬経路として選択される場合、電気長が前記波長の４分の１の長さのオープンスタブとして動作するスタブ切替回路と
　を備えた高周波スイッチ。
　前記スタブ切替回路は、
　一端が前記第２の入出力端子と接続されている第３の高周波線路と、
　一端が前記第３の高周波線路の他端と接続されており、閉じている状態では抵抗成分を有し、開いている状態では容量成分を有している第２のスイッチング素子と、
　一端が前記第２のスイッチング素子の他端と接続され、他端がグランドと接続されている第４の高周波線路とを備え、
　前記第３及び第４の高周波線路の合計の電気長が前記波長の４分の１の長さであり、
　前記第３の高周波線路の電気長と前記第２のスイッチング素子が有する容量成分に対応する電気長とを合わせた電気長が前記波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ。
　前記第１及び第２のスイッチング素子は、電界効果トランジスタ、ピンダイオード又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチであることを特徴とする請求項２記載の高周波スイッチ。
　前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のうち、少なくとも一方のスイッチング素子は、直列に多段接続されていることを特徴とする請求項２記載の高周波スイッチ。
　前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のうち、少なくとも一方のスイッチング素子とグランドとの間に、当該スイッチング素子の寄生インダクタンス成分と直列共振するコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項２記載の高周波スイッチ。
　前記第１のスイッチング素子が閉じている状態であるときの前記第１のスイッチング素子の通過位相が０度、前記第１のスイッチング素子の反射位相が９０度となり、
　前記第１のスイッチング素子が開いている状態であるときの前記第１のスイッチング素子の通過位相が９０度、前記第１のスイッチング素子の反射位相が１８０度となるように、
　前記第３及び第４の高周波線路の電気長が設定されていることを特徴とする請求項２記載の高周波スイッチ。