(57)【要約】【課題】  ２倍波を遮断するマイクロ波スイッチを得る。【解決手段】  入力端子と第１の出力端子の間に並列に接続され、第１の電界効果トランジスタと第１のキャパシタと接地された第１のインダクタからなる第１の直列回路と、第２のインダクタとからなる第１の並列回路と、入力端子１と第２の出力端子３の間に直列に接続され、第３のインダクタと第２の電界効果トランジスタからなる第２の並列回路と、入力端子１と第２の出力端子の間で第２の並列回路の後段に並列に接続され、第３の電界効果トランジスタと接地された第３のインダクタからなる第３の並列回路と、を備える。【選択図】      図１
2014121032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と第１の出力端子の間に並列に接続され、第１の電界効果トランジスタと第１のキャパシタと接地された第１のインダクタからなる第１の直列回路と、第２のインダクタとからなる第１の並列回路と、
上記入力端子と第２の出力端子の間に直列に接続され、第３のインダクタと第２の電界効果トランジスタからなる第２の並列回路と、
上記入力端子と上記第２の出力端子の間で上記第２の並列回路の後段に並列に接続され、第３の電界効果トランジスタと接地された第３のインダクタからなる第３の並列回路と、
を備えたマイクロ波スイッチ。
【請求項２】
上記第１のキャパシタと第１のインダクタは第１の直列共振回路を構成し、
上記第１の電界効果トランジスタのオフ容量と第２のインダクタは上記第１の直列共振回路と共振周波数が等しくなる第１の並列共振回路を構成し、
上記第１の電界効果トランジスタのオフ容量と第１のキャパシタと第１のインダクタは上記第１の直列共振回路の共振周波数の２倍の周波数で共振する第２の直列共振回路を構成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波スイッチ。
【請求項３】
上記第１の電界効果トランジスタと上記第２の電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに共通の制御電圧を印加する制御用端子を備えた請求項１もしくは請求項２に記載のマイクロ波スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ  ｄｏｕｂｌｅ−ｔｈｒｏｗ）マイクロ波スイッチは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を伝送する主線路に並列に装荷されるＦＥＴ（電界効果トランジスタ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成される。所望の周波数で低損失に動作する従来のマイクロ波スイッチは、ＦＥＴのオフ容量を小さくし、広帯域なＬＰＦ（ローパスフィルタ）として動作する（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K.Nakahara etc,"SWITCHES WITH CAPACITOR CANCELLED PARASITIC INDUCTANCE OF FET",2001 IEEE MTT-S Digest,pp.249-252
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば非特許文献１の図３に示されるように、マイクロ波スイッチの主線路を通過するＲＦ信号の所望の周波数を１０ＧＨｚとした場合、所望の周波数の２倍波の２０ＧＨｚにおいては、マイクロ波スイッチの挿入損失が１ｄＢ程度しか減衰しない。通常、送受信モジュールにおいては、送信波における所望の周波数の２倍波を抑圧する必要がある。従来のマイクロ波スイッチを用いた送受信モジュールは、送信用高出力増幅器の後段に２倍波抑圧フィルタを設けて２倍波を抑圧していた。このため、マイクロ波スイッチを用いた送受信モジュールが大型化するという問題があった。
【０００５】
この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、２倍波を遮断するマイクロ波スイッチを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるマイクロ波スイッチは、入力端子と第１の出力端子の間に並列に接続され、第１の電界効果トランジスタと第１のキャパシタと接地された第１のインダクタからなる第１の直列回路と、第２のインダクタとからなる第１の並列回路と、入力端子と第２の出力端子の間に直列に接続され、第３のインダクタと第２の電界効果トランジスタからなる第２の並列回路と、入力端子と第２の出力端子の間で第２の並列回路の後段に並列に接続され、第３の電界効果トランジスタと接地された第３のインダクタからなる第３の並列回路と、を備えたものである。
【０００７】
また、上記第１のキャパシタと第１のインダクタは第１の直列共振回路を構成し、上記第１の電界効果トランジスタのオフ容量と第２のインダクタは上記第１の直列共振回路と共振周波数が等しくなる第１の並列共振回路を構成し、上記第１の電界効果トランジスタのオフ容量と第１のキャパシタと第１のインダクタは上記第１の直列共振回路の共振周波数の２倍の周波数で共振する第２の直列共振回路を構成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、マイクロ波スイッチが２倍波の遮断フィルタを兼ねているため、送受信モジュールを構成する際に、２倍波遮断フィルタを別途設けなくとも、送受信モジュールの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチを構成する各ＦＥＴを第１の状態にオンオフ動作させた場合の第１の等価回路を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチを構成する各ＦＥＴのオンオフ動作を第１の状態から第２の状態に切換えた場合の第２の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１によるマイクロ波スイッチについて説明する。図１は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチ１００の回路構成を示す図である。
【００１１】
図１において、実施の形態１によるマイクロ波スイッチ１００は、入力端子１と、第１の出力端子である出力端子２と、第２の出力端子である出力端子３を備えている。マイクロ波スイッチ１００は、入力端子１から入力したマイクロ波もしくはミリ波帯のＲＦ信号が、出力端子２もしくは出力端子３の何れか一方から出力されるように、電気的な接続の切り替えを行う。
【００１２】
マイクロ波スイッチ１００は、第１の電界効果トランジスタであるＦＥＴ４と、第１のインダクタであるインダクタ７と、第１のキャパシタであるキャパシタ６と、第２のインダクタであるインダクタ５と、第２の電界効果トランジスタであるＦＥＴ８と、第３のインダクタであるインダクタ９と、第３の電界効果トランジスタであるＦＥＴ１０と、第３のインダクタであるインダクタ１１から構成される。また、マイクロ波スイッチ１００は、制御用端子１２と制御用端子１３が備えられている。
【００１３】
マイクロ波スイッチ１００は、主線路が、入力端子１から出力端子２への経路（以下、一方の主線路と呼ぶ）と入力端子１から出力端子３への経路（以下、他方の主線路と呼ぶ）との２つの経路に分岐する。入力端子１から出力端子２への一方の主線路は、ＦＥＴ４とキャパシタ６とインダクタ７を直列接続した第１の直列回路、及び当該第１の直列回路と並列にインダクタ５を装荷した回路からなる第１の並列回路の一方端側が、並列に接続されている。なお、当該第１の並列回路の他方端側は接地される。
【００１４】
また、入力端子１から出力端子３への他方の主線路は、ＦＥＴ８と並列に装荷したインダクタ９で構成された第２の並列回路が直列に接続されるとともに、当該第２の並列回路の後段にて、ＦＥＴ１０と並列に装荷したインダクタ１１で構成された第３の並列回路の一方端側が並列に接続されている。当該第３の並列回路の他方端側は接地される。ＦＥＴ４のゲートとＦＥＴ８のゲートはそれぞれ共通の制御用端子１２に接続されている。ＦＥＴ１０のゲートは制御用端子１３に接続されている。
【００１５】
ＦＥＴ４及びＦＥＴ８は、制御用端子１２からそれぞれのゲートに入力される制御電圧（ゲート駆動電圧）に従い、オン動作もしくはオフ動作するように駆動される。ＦＥＴ４及びＦＥＴ８はオン動作する場合、ソース・ドレイン間が低抵抗となる。また、ＦＥＴ４及びＦＥＴ８はオフ動作する場合、ソース・ドレイン間が容量となる。同様に、ＦＥＴ１０は、制御用端子１３からゲートに入力される制御電圧（ゲート駆動電圧）に従い、オン動作もしくはオフ動作するように駆動される。ＦＥＴ１０はオン動作する場合、ソース・ドレイン間が低抵抗となる。また、ＦＥＴ１０はオフ動作する場合、ソース・ドレイン間が容量となる。
なお、ＦＥＴ４のゲートとＦＥＴ８のゲートは異なる制御用端子１２に接続されていても良い。
【００１６】
次に、実施の形態１によるマイクロ波スイッチ１００の動作について等価回路を用いて説明する。図２は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチ１００の各ＦＥＴを、第１の状態にオンオフ動作させた場合の第１の等価回路を示す図である。図３は、実施の形態１によるマイクロ波スイッチの各ＦＥＴのオンオフ動作を、図２の第１の状態から第２の状態に切換えた場合の第２の等価回路を示す図である。
【００１７】
図２の第１の等価回路は、ＦＥＴ４およびＦＥＴ８をオフ動作とし、ＦＥＴ１０をオン動作とすることで入力端子１から出力端子２へ所望の周波数ｆoのＲＦ信号が通過し、入力端子１から出力端子３への所望の周波数ｆoのＲＦ信号の通過を遮断する回路を表している。
【００１８】
図２において、入力端子１から出力端子２の経路に並列接続されている第１の並列回路について、ＦＥＴ４のオフ容量１４をＣｏｆｆ、キャパシタ６をＣ１、インダクタ７をＬ１、インダクタ５をＬ２とする。
【００１９】
ここで、キャパシタ６とインダクタ７で構成される第１の直列共振回路は所望の周波数ｆoで共振する。この直列共振は次式で表現される。
【００２０】
【数１】
2014121032.tif 000003
【００２１】
一方、ＦＥＴ４のオフ容量１４とインダクタ５で構成される第１の並列共振回路も、所望の周波数ｆoで並列共振する。この並列共振は次式で表現される。
【００２２】
【数２】
2014121032.tif 000004
【００２３】
式（１）により、キャパシタ６とインダクタ７で構成される第２の直列共振回路は、所望の周波数でショートとなる。また、式（２）により、入力端子１から出力端子２の経路（一方の主線路）に並列接続されている回路は、オフ容量１４とインダクタ５で構成される第１の並列共振回路が入力端子１から出力端子２の経路（一方の主線路）に対し開放となるため、入力端子１から出力端子２へ所望の周波数ｆoのＲＦ信号が通過する。
【００２４】
さらにオフ容量１４（Ｃｏｆｆ）とキャパシタ６（Ｃ１）とインダクタ７（Ｌ１）で構成される第２の直列共振回路は、Ｃ１＝３Ｃｏｆｆとすることで、所望の周波数ｆoの２倍波で直列共振するとともに、主線路に対して接地している。かくして、所望の周波数ｆoの２倍波を遮断することができる（即ち、出力端子２から所望の周波数ｆoの２倍波が漏洩することを抑制することができる）。Ｃ１とＣｏｆｆの関係は式（１）と次式（３）において、Ｃｘ＝Ｃ１/４とすることより求めることができる（Ｃｘはオフ容量１４（Ｃｏｆｆ）とキャパシタ６（Ｃ１）の合成容量を示す）。
【００２５】
【数３】
2014121032.tif 000005
【００２６】
したがって、ＦＥＴ４のオフ容量Ｃｏｆｆを設定すれば、Ｃ１が求まり、式（１）よりＬ１、式（２）よりＬ２が求まる。
【００２７】
一方、入力端子１から出力端子３への経路（他方の主線路）においては、第２の並列回路を構成するＦＥＴ８のオフ容量１５と並列に装荷されているインダクタ９とが所望の周波数ｆoで並列共振し、ＦＥＴ１０のオン抵抗１６で接地されるとともに、所望の周波数ｆoに対し開放となる。このため、入力端子１から出力端子３への所望の周波数ｆoのＲＦ信号の通過は遮断される。
なお、入力端子１から出力端子３への経路（他方の主線路）において、入力端子１から出力端子２への経路（一方の主線路）と同様に、所望の周波数ｆoの２倍波を遮断する回路を設けても良い。
【００２８】
次に、図３で示した第２の等価回路について説明する。図３の第２の等価回路は、ＦＥＴ４およびＦＥＴ８をオン動作とし、ＦＥＴ１０をオフ動作とすることで入力端子１から出力端子３へ所望の周波数ｆoのＲＦ信号が通過し、入力端子１から出力端子２への所望の周波数ｆoのＲＦ信号の通過を遮断する回路を表している。
【００２９】
入力端子１から出力端子２への経路（一方の主線路）は、並列接続されているキャパシタ６とインダクタ７で構成される第１の直列共振回路が、図２に示した第１の等価回路と同様に、所望の周波数ｆoで直列共振することでショートとなるとともに、ＦＥＴ４のオン抵抗により接地される。このため、入力端子１から出力端子２への所望の周波数ｆoのＲＦ信号の通過は遮断される。
【００３０】
一方、入力端子１から出力端子３への経路（他方の主線路）は、ＦＥＴ８のオン抵抗１８が直列接続され、第３の並列回路を構成する並列に装荷されたＦＥＴ１０のオフ容量１９とインダクタ１１とが所望の周波数ｆoで並列共振する。このため、入力端子１から出力端子３へ所望の周波数ｆoのＲＦ信号が通過することとなる。
【００３１】
以上説明した通り、実施の形態１によるマイクロ波スイッチは、主線路にＦＥＴと所望の周波数で直列共振するインダクタとキャパシタを直列接続した直列回路と、ＦＥＴのオフ容量と所望の周波数ｆoで並列共振するインダクタを並列に装荷した並列回路とを含んだ構成とし、ＦＥＴのオフ容量と直列接続したキャパシタとインダクタにより所望の２倍波で直列共振するように値を設定する。これによって、ＦＥＴのオフ時には所望の周波数ｆoのＲＦ信号が通過し、所望の周波数ｆoの２倍波が遮断される。また、ＦＥＴのオン時には所望の周波数ｆoのＲＦ信号が遮断される。
【００３２】
即ち、実施の形態１によるマイクロ波スイッチ１００は、入力端子１と第１の出力端子２の間に並列に接続され、第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）と第１のキャパシタ（キャパシタ６）と接地された第１のインダクタ（インダクタ７）からなる第１の直列回路と、第２のインダクタ（インダクタ５）とからなる第１の並列回路と、入力端子１と第２の出力端子３の間に直列に接続され、第３のインダクタ（インダクタ９）と第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）からなる第２の並列回路と、入力端子１と第２の出力端子３の間で第２の並列回路の後段に並列に接続され、第３の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ１０）と接地された第３のインダクタ（インダクタ１１）からなる第３の並列回路と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
このとき、第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）及び第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）がオフ動作、第３の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ１０）がオン動作の状態で、上記第１のキャパシタ（キャパシタ６）と第１のインダクタ（インダクタ７）は第１の直列共振回路を構成し、上記第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）のオフ容量と第２のインダクタ（インダクタ５）は所望の周波数ｆoで共振する第１の並列共振回路を構成し、上記第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）のオフ容量と第１のキャパシタ（キャパシタ６）と第１のインダクタ（インダクタ７）は所望の周波数ｆoの２倍の周波数で共振してショート（短絡）となる第２の直列共振回路を構成する。同時に、第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）と第３のインダクタ（インダクタ９）のオフ容量からなる第２の並列回路は、上記第１の直列共振回路と共振周波数を等しくすることで、開放となる。
【００３４】
一方、第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）及び第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）がオン動作、第３の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ１０）がオフ動作の状態で、上記第１のキャパシタ（キャパシタ６）と第１のインダクタ（インダクタ７）は所望の周波数ｆoでショート（短絡）となる第１の直列共振回路を構成し、第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）のオフ容量と第３のインダクタ（インダクタ９）とからなる第２の並列回路は、所望の周波数ｆoで開放となる。
【００３５】
さらに、上記第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ４）と第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ８）のそれぞれのゲートに共通の制御電圧を印加する制御用端子を備えることを特徴とする。
【００３６】
かくして、実施の形態１によるマイクロ波スイッチは、２倍波の遮断フィルタを兼ねているため、送受信モジュールを構成する際に通常は別途設けられる２倍波遮断フィルタを削除することができる。これにより、送受信モジュールの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  入力端子、２,３  出力端子、４  ＦＥＴ、５  インダクタ、６  キャパシタ、７  インダクタ、８  ＦＥＴ、９  インダクタ、１０  ＦＥＴ、１１  インダクタ、１２,１３  制御用端子。
【図１】
2014121032.tif 000006
【図２】
2014121032.tif 000007
【図３】
2014121032.tif 000008