(57)【要約】  本発明は、第１乃至第３の伝送ラインにそれぞれ信号を転送するために相互接続される第１乃至第３のスロットラインパターン部を含み、第１のスロットラインパターン部は、第１の伝送ラインから受信された信号を他のスロットラインパターン部との接続部に提供するためのスロットラインパターンと、スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備え、第２のスロットラインパターン部は、一側と第２の伝送ラインとの信号転送のためにループ状を有するループ型スロットラインと、他のスロットラインパターン部と接続部から受信された信号をループ型スロットラインを通じて第２の伝送ラインに提供するための第２のサブスロットラインと、該当スロットラインパターンのうち、該当スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備える。
2009524333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第３のポートを形成する第１乃至第３の伝送ラインと、
前記第１乃至第３の伝送ラインにそれぞれ信号を転送するために、相互に接続される第１乃至第３のスロットラインパターン部とを含み、
前記第１のスロットラインパターン部は、前記第１の伝送ラインから受信された信号を他のスロットラインパターン部の接続部に提供するためのスロットラインパターンと、前記スロットラインパターンの所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号によって前記スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備え、
前記第２のスロットラインパターン部は、一側と前記第２の伝送ラインとの信号転送のために第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、他のスロットラインパターン部の接続部から受信された信号を前記ループ型スロットラインを通じて前記第２の伝送ラインに提供するための第２のサブスロットラインと、該当スロットラインパターンのうち、所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備えることを特徴とする高周波スイッチ。
【請求項２】
前記第１のスロットラインパターン部のスロットラインパターンは、
一側と前記第１の伝送ラインとの信号転送のために、第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、  
前記ループ型スロットラインから受信された信号を前記他のスロットラインパターン部の接続部に転送するための第１のサブスロットラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項３】
前記第１のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部とに設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第１又は第２のスイッチング素子とは別に、第１又は第２のハーフループ型スロットラインで前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第３のスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の高周波スイッチ。
【請求項４】
前記第１のスロットラインパターン部のスロットラインパターンは、
前記第１の伝送ラインとの信号転送のために一端に開放終端回路を有する第１-１のサブスロットラインと、
一端が他のスロットラインパターン部との接続部に接続される第１-２のサブスロットラインと、
前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインの他端に接続される両端を有する共通開放終端回路と、
前記共通開放終端回路と前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインとの間の接続部で、両端が各々前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインとマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号を転送するように構成されるサブマイクロストリップラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項５】
前記第２のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第２のサブスロットラインに設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部に設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項６】
前記第２のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部に設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第３及び第４のスイッチング素子と、
前記第３又は第４のスイッチング素子とは別に、前記外部制御信号によって第１又は第２のハーフループ型スロットラインで前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第６のスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項７】
前記第１乃至第３の伝送ラインは、マイクロストリップライン、ストリップライン、同軸線路、共平面導波路(ＣＰＷ)のうちのいずれか一つであることを特徴をする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波(Radio Frequency：ＲＦ)スイッチに関するもので、特に、時分割複信(Time Division Duplexing：ＴＤＤ)システムの信号送受信端で送信信号と受信信号との間の切り替えのためのスイッチに適合した高周波スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
第２及び第３世代移動通信システムは、主に周波数分割複信(Frequency  Division  Duplexing：ＦＤＤ)方式を使用してきた。ＦＤＤ方式において、送信信号と受信信号は、デュプレクサ(duplexer)によって分離される。しかしながら、最近の第３.５世代、第４世代移動通信システムは、主にＴＤＤ方式を使用すると予想される。
【０００３】
ＴＤＤ方式を含む時分割転送方式は、送受信のために同一の周波数を時分割して通信を実現する。1個のフレームは、一つの周波数で双方向通信を遂行するために、送信と受信に分割される。
【０００４】
図１は、一般的なＴＤＤシステムの送信端(Ｔｘ)及び受信端(Ｒｘ)を示すブロック構成図である。図１に示すように、送信信号は、第１の送信フィルタ３０を介して電力増幅器４０で適切に設定された電力レベルに増幅された後に、第２の送信フィルタ５０でフィルタリングされ、送受信切り替えスイッチ１０を経てアンテナ６０を介して放射される。一方、アンテナ６０から受信された受信信号は、送受信切り替えスイッチ１０を介して受信フィルタ２０で受信帯域のみが通過される。このとき、切り替えスイッチ１０は、送信及び受信動作に応じて、制御部(図示せず)から受信されたスイッチング制御信号によりスイッチング動作を遂行する。
【０００５】
上記のようにＴＤＤシステムでは、同一の周波数を使用して定められた時間周期で送信と受信を分離するため、高速の送受信切り替え用の高周波スイッチが必ず必要である。
【０００６】
高周波スイッチは、高速のスイッチング動作が要求されるため、機械的スイッチ(mechanical  switch)よりはピンダイオード(PIN  diode)又はＦＥＴ(Field  Effect  Transistor)などの半導体素子を用いるスイッチを使用する。しかしながら、この半導体素子を用いるスイッチは、半導体が高い電力に弱いため、大電力(high  power)に使用しにくいという問題があった。
【０００７】
言い換えれば、大電力が印加される場合には、多くの熱が発生するため、十分な放熱が保障されないと、スイッチが破壊されてしまう。それによって、大電力に耐えられるように開発される高周波スイッチは、別途の冷却器を備えるなど、そのコストが非常に高くなり、製造が容易でなくなる。そのため、この高周波スイッチは、軍事用のみに制限して使用されている。
【０００８】
このような問題を解決するために、通常のＴＤＤシステムでは、高周波スイッチの代わりにサーキュレータ(circulator)を用いて固定的に送信信号と受信信号を分離する方案を採用することもした。しかしながら、サーキュレータを使用する場合には、受信区間の間に送信信号を遮断するためのアイソレーション(isolation)を十分に確保しにくく、送信電力の転送の際に、アンテナに問題が発生してオープン状態となり、それによって送信信号が受信器に流入されてシステムに障害を起こし、あるいは受信信号の品質を顕著に低下させ、送信ＰＩＭＤ(Passive  Intermodulation  Distortion)が発生して他のサービス提供者の伝播品質に影響を及ぼすという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、送信端と受信端との間のアイソレーションを十分に確保するためのＴＤＤシステムにおける送受信切り替えに適合した高周波(ＲＦ)スイッチを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、アンテナのオープンの際に、制御動作用ＤＣ電源に異常が発生する場合でも送信電力が受信端に流入されることを顕著に防止するためのＴＤＤシステムの送受信切り替えに適合した高周波スイッチを提供することにある。
【００１１】
本発明のまた他の目的は、半導体素子を使用するが、十分な放熱条件を確保して大電力でも安定に動作する高周波スイッチを提供することにある。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、ＭＩＣ(Microwave  Integrated  Circuit)形態にも容易に製造することができる高周波スイッチを提供することにある。
【００１３】
本発明のもう一つの目的は、移動通信周波数帯域だけでなく数十ＧＨｚ以上の高周波帯域でも使用可能な高周波スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記したような目的を達成するために、本発明は、第１乃至第３のポートを形成する第１乃至第３の伝送ラインと、第１乃至第３の伝送ラインにそれぞれ信号を転送するために、相互に接続される第１乃至第３のスロットラインパターン部とを含み、第１のスロットラインパターン部は、第１の伝送ラインから受信された信号を他のスロットラインパターン部の接続部に提供するためのスロットラインパターンと、スロットラインパターンの所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号によってスロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備え、第２のスロットラインパターン部は、一側と第２の伝送ラインとの信号転送のために第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、他のスロットラインパターン部の接続部から受信された信号をループ型スロットラインを通じて第２の伝送ラインに提供するための第２のサブスロットラインと、該当スロットラインパターンのうち、所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備える高周波スイッチを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるＴＤＤシステムの送受信切り替えスイッチ装置は、送受信経路間のアイソレーションを十分に確保することができる効果がある。
【００１６】
そして、本発明は、アンテナのオープンの際に、制御動作用ＤＣ電源に異常が発生する場合にも送信電力が受信端に全反射されて流入されることを格段に減少させ、ＰＩＭＤも改善する効果がある。
【００１７】
また、本発明は、十分な接地板(ground  plate)を有するスロットラインを通じて送信信号が転送されるため、半導体素子を用いて高速の切り替えが可能であり、かつ大電力でも使用することができる効果がある。
【００１８】
さらに、本発明は、ＭＩＣ形態にも容易に適用できるため、半導体の一般工程で同時に送受信スイッチ装置の製造が可能である効果がある。
【００１９】
そして、本発明は、移動通信周波数帯域だけでなく数十ＧＨｚ以上の高周波帯域でも使用が可能であるため、衛星通信、軍事用レーダーに容易に適用することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
下記に、具体的な構成素子のような特定事項を説明するが、これは、本発明のより全般的な理解のために提供されることであって、本発明の範囲内で所定の変形や変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明なことである。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンの一面(便宜上、“上面”と称する)を示す平面図である。図３は、図２に示すプリント回路基板の回路パターンの他面(便宜上、“下面”と称する）を示す図である。ここで、各構成要素のサイズ及び形状は、説明の便宜上、多少大きくあるいは単純化して示す。図２及び図３を参照すれば、本発明の第１の実施形態による高周波スイッチは、全体的に一つの誘電体基板上に適切なパターンを有するように形成されたマイクロストリップライン及びスロットラインで構成されることができる。
【００２３】
すなわち、本発明の高周波スイッチは、まず、高周波スイッチの第１乃至第３のポートを形成する適切なパターンの第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３を誘電体基板の下面に形成する。このとき、高周波スイッチは、第１のポート又は第２のポートを第３のポートと選択的に接続するように切り替える。誘電体基板の上面には、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３と各々マイクロストリップ-スロットラインカップリングによって、適所で相互に信号転送(signal  transferring)を遂行するように構成されるスロットラインパターン、すなわち第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０，２３０が形成される。このような第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０，２３０は、Ｔ接合(T-junction)スロットライン構造と同様に、一つの位置で相互に接続される。
【００２４】
第１のスロットラインパターン部２１０は、第１のマイクロストリップライン１１１との信号転送を遂行し、第１のマイクロストリップライン１１１から転送された信号を他のスロットラインパターン部２２０，２３０との接続部に転送するための適切なスロットラインパターンを有する。このとき、第１のスロットラインパターン部２１０は、該当スロットラインパターンの中で適所に設けられ、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって、信号転送を遮断する構成を有するスイッチング回路Ｄ１，Ｄ２を備える。
【００２５】
第１のスロットラインパターン部２１０の構成をより詳細に説明する。第１のスロットラインパターン部２１０は、一端に開放終端(open-end)回路２１１-４が形成され、第１のマイクロストリップライン１１１と信号転送を遂行する第１-１のサブスロットライン２１１−１を備える。また、第１のスロットラインパターン部２１０は、一端が第２及び第３のスロットラインパターン部２２０，２３０との接続部と接続される第１-２のサブスロットライン２１１-２を備え、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１，２１１-２の他端は、各々共通開放終端回路２１１-３の両側に接続される。また、共通開放終端回路２１１-３で、サブマイクロストリップライン２１２は、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１、２１１-２が接続される位置に対応する誘電体基板の下面には、両端が各々第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１，２１１-２とマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号転送を遂行するように構成される。また、スイッチング回路は、複数の半導体スイッチ素子で構成できるが、第１のスロットラインパターン部２１０には第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２を含む。第１のダイオードＤ１は、第１-１のサブスロットライン２１１-１の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第１-１のサブスロットライン２１１-１のギャップを短絡させる。第２のダイオードＤ２は、第１-２のサブスロットライン２１１-２の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第１-２のサブスロットライン２１１-２のギャップを短絡させる。
【００２６】
次に、第２のスロットラインパターン部２２０は、第１のハーフループ(half  loop)側スロットライン２２１-３と第２のハーフループ型スロットライン２２１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を含み、その一側から第２のマイクロストリップライン１１２に信号を転送する。また、第２のスロットラインパターン部２２０は、他のスロットラインパターン部２１０，２３０との接続部から受信された信号を上記ループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を通じて第２のマイクロストリップライン１１２に転送するための第２のサブスロットライン２２１-１を含む。このとき、第２のスロットラインパターン部２２０には、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって、信号転送を遮断するスイッチング回路Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が該当スロットラインパターンの適所に設置される。
【００２７】
より詳細に説明すると、第２のスロットラインパターン部２２０のスイッチング回路は、第２のサブスロットライン２２１-１の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第２のサブスロットライン２２１-１のギャップを短絡させる第３のダイオードＤ３と、第１のハーフループ型スロットライン２２１-３及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-４と第２のサブスロットライン２２１-１との接続部の付近に設置され、外部スイッチング制御信号により該当第１又は第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４のギャップを短絡させる第４及び第５のダイオードＤ４，Ｄ５で構成される。また、第２のスロットラインパターン部２２０で、第２のマイクロストリップライン１１２は、ループ型スロットライン２２１-３，２２１-４の交点から長さλ/８を有する開放終端が延びることで、この交点で信号転送のための磁界(magnetic  field)が最大となる。
【００２８】
一方、第３のスロットラインパターン部２３０は、第３のマイクロストリップライン１１３と信号転送を遂行し、第１のマイクロストリップライン１１３から転送された信号を他のスロットラインパターン部２１０，２２０との接続部に転送するための適切なスロットラインパターンを有する。すなわち、第３のスロットラインパターン部２３０は、一端に開放終端回路２３１-１が形成され、第３のマイクロストリップライン１１３と信号転送を遂行する第３のスロットライン２３１をさらに含む。
【００２９】
上記のような構成において、第１及び第３のマイクロストリップライン１１１，１１３及びサブマイクロストリップライン２１２は、その終端に開放終端(open-end)又は短絡終端(short-end)回路を備えることができる。短絡終端回路は、終端に円状の孔を形成し、その内部を適切な伝導性メッキ剤(conductive  plating  material)でメッキして上面、すなわちスロットラインパターンが形成された面の接地基板に連結されるように構成される。
【００３０】
また、スイッチング回路に提供されるスイッチング制御信号は、各スイッチング素子に個別的に、又は適切に電気的に分離された接地基板を通じて、例えば＋５Ｖ/−５Ｖのバイアス電圧を印加することによって、スイッチング素子のオン/オフ動作を制御することができる。
【００３１】
上記のように構成される高周波スイッチは、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３の第１乃至第３のポートを各々送信端(Ｔｘ)、受信端(Ｒｘ)、及びアンテナ端(Ａｎｔ.）と接続してＴＤＤシステムの送受信切り替えのためのスイッチ装置として使用することができる。
【００３２】
以下、図２及び図３に示すような構成を有するＴＤＤシステムの送受信切り替えスイッチとしての高周波スイッチの動作は、次の通りである。まず、送信時には、第３のダイオードＤ３をオン状態とし(他のダイオードは、すべてオフ状態にすることができる)、送信端Ｔｘ側の第１のポートにＲＦ送信信号を印加する。すると、送信信号は、第１のマイクロストリップライン１１１、第１-１のサブスロットライン２１１-１、サブマイクロストリップライン２１２、及び第１-２のサブスロットライン２１１-２を介して転送される。このとき、第３のダイオードＤ３はオン状態であるため、第３のダイオードＤ３の両端の第２のサブスロットライン２２１-１のギャップが短絡状態となって該当送信信号が遮断される。一方、送信信号は、第３のスロットライン２３１に転送されて第３のポートを通じてアンテナ端Ａｎｔ．に転送される。
【００３３】
このような送信動作において、受信端Ｒｘの第２のポートのアイソレーション機能を説明すると、第３のダイオードＤ３によって１次的に信号遮断が遂行される。このような状態でも第２のサブスロットライン２２１-１を通じて流入される信号があると、流入信号は、第４及び第５のダイオードＤ４，Ｄ５がオフ状態であるため、第１及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を通じて各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置、すなわち第１-２のサブスロットライン１１２に信号を転送する位置で１８０度の位相差によって相殺されることによって、２次的に信号が遮断される。
【００３４】
受信の際には、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２と第４のダイオードＤ４(又は第５のダイオードＤ５)はオン状態にする。アンテナ端Ａｎｔ．の第３のポートを介して第３のマイクロストリップライン１１３及び第３のスロットライン２３１を介して受信信号が転送される。すると、転送された受信信号は、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２がオン状態であるため、該当第１-１及び第１-２のスロットライン２１１-1，２１１-２への信号転送が遮断されて第１のスロットラインパターン部２１０に転送されない。一方、受信信号は、第２のスロットラインパターン部２２０の第２のサブスロットライン２２１-１に転送される。このとき、第４のダイオードＤ４がオン状態であるため、第２のハーフループ型のスロットライン２２１-４を介して第２のマイクロストリップライン１１２に転送される。
【００３５】
一方、スイッチ素子を制御するための動作用(operational)ＤＣ電源に異常が発生してすべてのダイオードがオフ状態となる場合でも、本発明による高周波スイッチ構造は、受信端Ｒｘのアイソレーションを確保可能になる。すなわち、ＤＣ電源に異常が発生する際に、送信端Ｔｘの第１のポートに入力された送信信号は、第２のサブスロットライン２２１-１を介して受信端Ｒｘに流入される。しかしながら、流入された送信信号は、第１及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を介して各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置で相互に１８０度の位相差によって相殺される。
【００３６】
図４は、本発明の第２の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンを示す平面(便宜上、“上面”と称する)構成図である。図４に示す本発明の第２の実施形態による高周波スイッチは、図２及び図３に示した本発明の第１の実施形態による高周波スイッチと大部分同様である。すなわち、本発明の第２の実施形態による高周波スイッチは、第１乃至第３のポートを形成する適切なパターンの第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３を誘電体基板の下面に形成する。また、誘電体基板の上面には、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３と各々マイクロストリップ-スロットラインカップリングによって適所で相互に信号を転送するように構成され、スイッチング制御信号により送信信号及び受信信号の転送経路を適切に形成する第１乃至第３のスロットラインパターン部４１０，４２０，２３０が形成される。このような第１乃至第３のスロットラインパターン部４１０，４２０，２３０は、Ｔ接合スロットライン構造と同様に、一つの位置で相互に接続される。
【００３７】
第３のスロットラインパターン部２３０は、図２及び図３に示したような構造及び動作と同一である。
【００３８】
第２のスロットラインパターン部４２０は、図２及び図３に示した第２のスロットラインパターン部２２０の構造と同様に、第１のハーフループ型スロットライン４２１-３と第２のハーフループ型スロットライン４２１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン４２１-３，４２１-４と、第２のサブスロットライン４２１-１とを有する。第１の実施形態による上記スイッチング回路とは異なって、第２のスロットラインパターン部４２０のスイッチング回路は、第１のハーフループ型スロットライン４２１-３及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-４と第２のサブスロットライン４２１-１との間の接続部の付近に設置され、外部制御信号により第１及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-３，４２１-４のギャップを短絡させる第３及び第４のダイオードＤ３，Ｄ４を備え、第３のダイオードＤ３とは別に、外部スイッチング制御信号により第１のハーフループ型スロットライン４２１-３のギャップを短絡させる第６のダイオードＤ６を備える。
【００３９】
図４に示す第１のスロットラインパターン部４１０は、図２及び図３に示した構成とは異なって、図４に示す第２のスロットラインパターン部４２０に対向する構成を有する。すなわち、第１のスロットラインパターン部４１０は、第１のハーフループ型スロットライン４１１-３と第２のハーフループ型スロットライン４１１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン４１１-３，４１１-４の一側と第１のマイクロストリップライン１１１との信号転送を遂行し、このスロットライン４１１-３，４１１-４を通じて第１のマイクロストリップライン１１１から受信された信号を他のスロットラインパターン部４１０，４３０との接続部から転送するための第１のサブスロットライン４１１-１を有する。このとき、第１のマイクロストリップライン１１１は、ループ型スロットライン４１１-３，４１１-４の交点から長さλ/８を有する開放端が延びて、この交点で信号転送のための磁界が最大となるようにする。また、第２の実施形態による第１のスロットラインパターン部４１０において、スイッチング回路は、第１のハーフループ型スロットライン４１１-３及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-４と第１のサブスロットライン４１１-１との接続される位置付近に設置され、外部スイッチング制御信号により該当第１及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-３，４１１-４のギャップを短絡させる第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２を備え、また第１のダイオードＤ１とは別に、外部制御信号によって第１のハーフループ型スロットライン４１１-３のギャップを短絡させる第５のダイオードＤ５を備える。
【００４０】
ＴＤＤシステムの送受信スイッチとしての高周波スイッチの動作は、次のようである。送信の際には、第３、第４、及び第５のダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５をオン状態にし(他のダイオードは、全てオフ状態である)、送信端Ｔｘの第１のポートにＲＦ送信信号が印加されると、第１のマイクロストリップライン１１１を介して転送された送信信号は、第５のダイオードＤ５がオン状態であるので、第２のハーフループ型スロットライン４１１-４及び第１のサブスロットライン４１１-１を介して転送される。このとき、第３及び第４のダイオードＤ３，Ｄ４がオン状態であるため、該当送信信号は遮断される。一方、送信信号は、第３のスロットライン２３１に転送されて第３のポートを介してアンテナ端Ａｎｔ．に転送される。
【００４１】
受信の際には、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２及び第６のダイオードＤ６をオン状態にする。アンテナ端Ａｎｔ．の第３ポートを通じて第３のマイクロストリップライン１１３及び第３のスロットライン２３１を介して受信信号が転送される。この転送された受信信号は、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２がオン状態であるため、信号転送が遮断されることによって、第１のスロットラインパターン部４１０に転送されない。一方、受信信号は、第２のスロットラインパターン部４２０の第２のサブスロットライン４２１-１に転送される。このとき、第６のダイオードＤ６はオン状態であるため、第２のハーフループ型スロットライン４２１-４を介して第２のマイクロストリップライン１１２に転送される。
【００４２】
一方、スイッチ素子を制御するための動作用ＤＣ電源に異常が発生した場合に、送信端Ｔｘの第１のポートに入力された送信信号は、第１のスロットラインパターン部４１０の第１及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-３、４１１-４を通じて各々１８０度の位相差を有して分配される。分配されえた信号が結合される位置で、相互に１８０度の位相差によって１次的に相殺される。このような状態でも第２のスロットラインパターン部４２０に流入される信号があると、流入信号は、第２のスロットラインパターン部４２０の第１及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-３、４２１-４を介して各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置で相互に１８０度の位相差によって相殺されることによって、２次的に信号遮断がなされる。
【００４３】
上記に、本発明の実施形態による高周波スイッチの構成及び動作について説明した。本発明の説明では、具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を外れない限り、多様な変形が実施できる。例えば、本発明の他の実施形態では、上記の図２及び図３に示す第１の実施形態の第２のスロットラインパターン部２２０と、図４に示す第２の実施形態の第１のスロットラインパターン部４２０は、相互に代替して構成することも可能である。
【００４４】
また、図２及び図３に示す第１のスロットラインパターン部２１０を共通開放終端回路２１１-３及びサブマイクロストリップライン２１２を備えることなく、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１、２１１−２が直ちに接続されるように変更して構成することもできる。本発明の図２及び図３の第１の実施形態では、共通開放終端回路２１１-３及びサブマイクロストリップライン２１２を備えてアイソレーション性能をより向上させる。
【００４５】
その他にも、上記したマイクロストリップラインは、ストリップライン、同軸線路(coaxial  cable)、及び 共平面導波路(Coplanar  Waveguide：ＣＰＷ)にも代替が可能である。また、スロットラインの代りにＣＰＳ(Coplanar  Strip)でも実現が可能である。そして、上記の本発明の実施形態では、スイッチング素子としてダイオードを使用したが、スイッチング機能を有する他の半導体素子(例えば、ＦＥＴ)を使用することができる。
【００４６】
したがって、本発明は、多様な変形例があり、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】一般的なＴＤＤシステムの送受信端の一例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板(ＰＣＢ)上の回路パターンを示す平面図である。
【図３】図２に示すプリント回路基板の回路パターンを示す底面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンを示す平面図である。
【図１】
2009524333.tif 000003
【図２】
2009524333.tif 000004
【図３】
2009524333.tif 000005
【図４】
2009524333.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第３のポートを形成する第１乃至第３の伝送ラインと、
前記第１乃至第３の伝送ラインにそれぞれ信号を転送するために、相互に接続される第１乃至第３のスロットラインパターン部とを含み、
前記第１のスロットラインパターン部は、前記第１の伝送ラインから受信された信号を他のスロットラインパターン部の接続部に提供するためのスロットラインパターンと、前記スロットラインパターンのうちの所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号によって前記スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備え、
前記第２のスロットラインパターン部は、一側と前記第２の伝送ラインとの信号転送のために第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、他のスロットラインパターン部の接続部から受信された信号を前記ループ型スロットラインを通じて前記第２の伝送ラインに提供するためのスロットラインパターンと、前記ループ型スロットラインを含む該当スロットラインパターンのうち、所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備えることを特徴とする高周波スイッチ。
【請求項２】
前記第１のスロットラインパターン部のスロットラインパターンは、
一側と前記第１の伝送ラインとの信号転送のために、第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、  
前記ループ型スロットラインから受信された信号を前記他のスロットラインパターン部の接続部に転送するための第１のサブスロットラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項３】
前記第１のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部とに設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第１又は第２のスイッチング素子とは別に、第１又は第２のハーフループ型スロットラインで前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第３のスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の高周波スイッチ。
【請求項４】
前記第１のスロットラインパターン部のスロットラインパターンは、
前記第１の伝送ラインとの信号転送のために一端に開放終端回路を有する第１-１のサブスロットラインと、
一端が他のスロットラインパターン部との接続部に接続される第１-２のサブスロットラインと、
前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインの他端に接続される両端を有する共通開放終端回路と、
前記共通開放終端回路と前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインとの間の接続部で、両端が各々前記第１-１及び第１-２のサブスロットラインとマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号を転送するように構成されるサブマイクロストリップラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項５】
前記第２のスロットラインパターン部は、
前記ループ型スロットラインの他側と一端とが接続され、他端は他のスロットラインパターン部の接続部に接続される第２のサブスロットラインをスロットラインパターンで構成することを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項６】
前記第２のスロットラインパターン部のスロットラインパターンは、
前記ループ型スロットラインの他側と一端が接続される第２-１のサブスロットラインと、
一端が他のスロットラインパターン部の接続部に接続される第２-２のサブスロットラインと、
前記第２-１及び第２-２のサブスロットラインの他端に接続される両端を有する共通開放終端回路と、
前記共通開放終端回路と前記第２-１及び第２-２のサブスロットラインとの間の接続部で、両端が各々前記第２-１及び第２-２のサブスロットラインとマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号を転送するように構成されるサブマイクロストリップラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項７】
前記第２のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第２のサブスロットラインに設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部に設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項８】
前記第２のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、
前記第１のハーフループ型スロットラインと前記第１のサブスロットラインとの接続部と、第２のハーフループ型スロットラインと前記第２のサブスロットラインとの接続部に設置され、前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第３及び第４のスイッチング素子と、
前記第３又は第４のスイッチング素子とは別に、前記外部制御信号によって第１又は第２のハーフループ型スロットラインで前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行する第６のスイッチング素子と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項９】
前記第２のスロットラインパターン部のスイッチング回路は、前記第２-２のサブスロットラインに設置されて前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
前記第１の半ループ側スロットライン又は第２の半ループ側スロットラインと前記第２-１のサブスロットラインとの接続部に設置されて前記外部スイッチング制御信号によりオン/オフ動作を遂行するスイッチング素子と、
前記第１の半ループ側スロットライン又は第２の半ループ側スロットラインに設けられるスイッチング素子が対向する側と、前記第１の半ループ側スロットライン又は第２の半ループ側スロットラインとのギャップに設けられるキャパシタと、
を含むことを特徴とする請求項１，２，３，５のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項１０】
前記第１乃至第３の伝送ラインは、マイクロストリップライン、ストリップライン、同軸線路、共平面導波路(ＣＰＷ)のうちのいずれか一つであることを特徴をする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波(Radio Frequency：ＲＦ)スイッチに関するもので、特に、時分割複信(Time Division Duplexing：ＴＤＤ)システムの信号送受信端で送信信号と受信信号との間の切り替えのためのスイッチに適合した高周波スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
第２及び第３世代移動通信システムは、主に周波数分割複信(Frequency  Division  Duplexing：ＦＤＤ)方式を使用してきた。ＦＤＤ方式において、送信信号と受信信号は、デュプレクサ(duplexer)によって分離される。しかしながら、最近の第３.５世代、第４世代移動通信システムは、主にＴＤＤ方式を使用すると予想される。
【０００３】
ＴＤＤ方式を含む時分割転送方式は、送受信のために同一の周波数を時分割して通信を実現する。1個のフレームは、一つの周波数で双方向通信を遂行するために、送信と受信に分割される。
【０００４】
図１は、一般的なＴＤＤシステムの送信端(Ｔｘ)及び受信端(Ｒｘ)を示すブロック構成図である。図１に示すように、送信信号は、電力増幅器４０で適切に設定された電力で増幅した後に、送受信切り替えスイッチ１０及び全帯域フィルタ(full-band  filter)５０を経てアンテナ６０を介して放射される。一方、アンテナ６０から受信された受信信号は、全体帯域フィルタ５０を送受信切り替えスイッチ１０を経た後に、適切に設定された受信信号用電力増幅器(例えば、ＬＮＡ)２０を介して増幅される。このとき、切り替えスイッチ１０は、送信及び受信動作に応じて、制御部(図示せず)から受信されたスイッチング制御信号によりスイッチング動作を遂行する。
【０００５】
上記のようにＴＤＤシステムでは、同一の周波数を使用して定められた時間周期で送信と受信を分離するため、高速の送受信切り替え用の高周波スイッチが必ず必要である。
【０００６】
高周波スイッチは、高速のスイッチング動作が要求されるため、機械的スイッチ(mechanical  switch)よりはピンダイオード(PIN  diode)又はＦＥＴ(Field  Effect  Transistor)などの半導体素子を用いるスイッチを使用する。しかしながら、この半導体素子を用いるスイッチは、半導体が高い電力に弱いため、大電力(high  power)に使用しにくいという問題があった。
【０００７】
言い換えれば、大電力が印加される場合には、多くの熱が発生するため、十分な放熱が保障されないと、スイッチが破壊されてしまう。それによって、大電力に耐えられるように開発される高周波スイッチは、別途の冷却器を備えるなど、そのコストが非常に高くなり、製造が容易でなくなる。そのため、この高周波スイッチは、軍事用のみに制限して使用されている。
【０００８】
このような問題を解決するために、通常のＴＤＤシステムでは、高周波スイッチの代わりにサーキュレータ(circulator)を用いて固定的に送信信号と受信信号を分離する方案を採用することもした。しかしながら、サーキュレータを使用する場合には、受信区間の間に送信信号を遮断するためのアイソレーション(isolation)を十分に確保しにくく、送信電力の転送の際に、アンテナに問題が発生してオープン状態となり、それによって送信信号が受信器に流入されてシステムに障害を起こし、あるいは受信信号の品質を顕著に低下させ、送信ＰＩＭＤ(Passive  Intermodulation  Distortion)が発生して他のサービス提供者の伝播品質に影響を及ぼすという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、送信端と受信端との間のアイソレーションを十分に確保するためのＴＤＤシステムにおける送受信切り替えに適合した高周波(ＲＦ)スイッチを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、アンテナのオープンの際に、制御動作用ＤＣ電源に異常が発生する場合でも送信電力が受信端に流入されることを顕著に防止するためのＴＤＤシステムの送受信切り替えに適合した高周波スイッチを提供することにある。
【００１１】
本発明のまた他の目的は、半導体素子を使用するが、十分な放熱条件を確保して大電力でも安定に動作する高周波スイッチを提供することにある。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、ＭＩＣ(Microwave  Integrated  Circuit)形態にも容易に製造することができる高周波スイッチを提供することにある。
【００１３】
本発明のもう一つの目的は、移動通信周波数帯域だけでなく数十ＧＨｚ以上の高周波帯域でも使用可能な高周波スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記したような目的を達成するために、本発明は、第１乃至第３のポートを形成する第１乃至第３の伝送ラインと、第１乃至第３の伝送ラインにそれぞれ信号を転送するために、相互に接続される第１乃至第３のスロットラインパターン部とを含み、第１のスロットラインパターン部は、第１の伝送ラインから受信された信号を他のスロットラインパターン部の接続部に提供するためのスロットラインパターンと、スロットラインパターンの所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号によってスロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備え、第２のスロットラインパターン部は、一側と第２の伝送ラインとの信号転送のために第１のハーフループ型スロットラインと第２のハーフループ型スロットラインとによって全体的にループ状を有するループ型スロットラインと、他のスロットラインパターン部の接続部から受信された信号をループ型スロットラインを通じて第２の伝送ラインに提供するための第２のサブスロットラインと、該当スロットラインパターンのうち、所定位置に設置され、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって信号転送を遮断するスイッチング回路とを備える高周波スイッチを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるＴＤＤシステムの送受信切り替えスイッチ装置は、送受信経路間のアイソレーションを十分に確保することができる効果がある。
【００１６】
そして、本発明は、アンテナのオープンの際に、制御動作用ＤＣ電源に異常が発生する場合にも送信電力が受信端に全反射されて流入されることを格段に減少させ、ＰＩＭＤも改善する効果がある。
【００１７】
また、本発明は、十分な接地板(ground  plate)を有するスロットラインを通じて送信信号が転送されるため、半導体素子を用いて高速の切り替えが可能であり、かつ大電力でも使用することができる効果がある。
【００１８】
さらに、本発明は、ＭＩＣ形態にも容易に適用できるため、半導体の一般工程で同時に送受信スイッチ装置の製造が可能である効果がある。
【００１９】
そして、本発明は、移動通信周波数帯域だけでなく数十ＧＨｚ以上の高周波帯域でも使用が可能であるため、衛星通信、軍事用レーダーに容易に適用することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
下記に、具体的な構成素子のような特定事項を説明するが、これは、本発明のより全般的な理解のために提供されることであって、本発明の範囲内で所定の変形や変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明なことである。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンの一面(便宜上、“上面”と称する)を示す平面図である。図３は、図２に示すプリント回路基板の回路パターンの他面(便宜上、“下面”と称する）を示す図である。ここで、各構成要素のサイズ及び形状は、説明の便宜上、多少大きくあるいは単純化して示す。図２及び図３を参照すれば、本発明の第１の実施形態による高周波スイッチは、全体的に一つの誘電体基板上に適切なパターンを有するように形成されたマイクロストリップライン及びスロットラインで構成されることができる。
【００２３】
すなわち、本発明の高周波スイッチは、まず、高周波スイッチの第１乃至第３のポートを形成する適切なパターンの第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３を誘電体基板の下面に形成する。このとき、高周波スイッチは、第１のポート又は第２のポートを第３のポートと選択的に接続するように切り替える。誘電体基板の上面には、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３と各々マイクロストリップ-スロットラインカップリングによって、適所で相互に信号転送(signal  transferring)を遂行するように構成されるスロットラインパターン、すなわち第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０，２３０が形成される。このような第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０，２３０は、Ｔ接合(T-junction)スロットライン構造と同様に、一つの位置で相互に接続される。
【００２４】
第１のスロットラインパターン部２１０は、第１のマイクロストリップライン１１１との信号転送を遂行し、第１のマイクロストリップライン１１１から転送された信号を他のスロットラインパターン部２２０，２３０との接続部に転送するための適切なスロットラインパターンを有する。このとき、第１のスロットラインパターン部２１０は、該当スロットラインパターンの中で適所に設けられ、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって、信号転送を遮断する構成を有するスイッチング回路Ｄ１，Ｄ２を備える。
【００２５】
第１のスロットラインパターン部２１０の構成をより詳細に説明する。第１のスロットラインパターン部２１０は、一端に開放終端(open-end)回路２１１-４が形成され、第１のマイクロストリップライン１１１と信号転送を遂行する第１-１のサブスロットライン２１１−１を備える。また、第１のスロットラインパターン部２１０は、一端が第２及び第３のスロットラインパターン部２２０，２３０との接続部と接続される第１-２のサブスロットライン２１１-２を備え、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１，２１１-２の他端は、各々共通開放終端回路２１１-３の両側に接続される。また、共通開放終端回路２１１-３で、サブマイクロストリップライン２１２は、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１、２１１-２が接続される位置に対応する誘電体基板の下面には、両端が各々第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１，２１１-２とマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号転送を遂行するように構成される。また、スイッチング回路は、複数の半導体スイッチ素子で構成できるが、第１のスロットラインパターン部２１０には第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２を含む。第１のダイオードＤ１は、第１-１のサブスロットライン２１１-１の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第１-１のサブスロットライン２１１-１のギャップを短絡させる。第２のダイオードＤ２は、第１-２のサブスロットライン２１１-２の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第１-２のサブスロットライン２１１-２のギャップを短絡させる。
【００２６】
次に、第２のスロットラインパターン部２２０は、第１のハーフループ(half  loop)側スロットライン２２１-３と第２のハーフループ型スロットライン２２１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を含み、その一側から第２のマイクロストリップライン１１２に信号を転送する。また、第２のスロットラインパターン部２２０は、他のスロットラインパターン部２１０，２３０との接続部から受信された信号を上記ループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を通じて第２のマイクロストリップライン１１２に転送するための第２のサブスロットライン２２１-１を含む。このとき、第２のスロットラインパターン部２２０には、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることによって、信号転送を遮断するスイッチング回路Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が該当スロットラインパターンの適所に設置される。
【００２７】
より詳細に説明すると、第２のスロットラインパターン部２２０のスイッチング回路は、第２のサブスロットライン２２１-１の適切な位置に設置されて、外部スイッチング制御信号によって該当第２のサブスロットライン２２１-１のギャップを短絡させる第３のダイオードＤ３と、第１のハーフループ型スロットライン２２１-３及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-４と第２のサブスロットライン２２１-１との接続部の付近に設置され、外部スイッチング制御信号により該当第１又は第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４のギャップを短絡させる第４及び第５のダイオードＤ４，Ｄ５で構成される。また、第２のスロットラインパターン部２２０で、第２のマイクロストリップライン１１２は、ループ型スロットライン２２１-３，２２１-４の交点から長さλ/８を有する開放終端が延びることで、この交点で信号転送のための磁界(magnetic  field)が最大となる。
【００２８】
一方、第３のスロットラインパターン部２３０は、第３のマイクロストリップライン１１３と信号転送を遂行し、第１のマイクロストリップライン１１３から転送された信号を他のスロットラインパターン部２１０，２２０との接続部に転送するための適切なスロットラインパターンを有する。すなわち、第３のスロットラインパターン部２３０は、一端に開放終端回路２３１-１が形成され、第３のマイクロストリップライン１１３と信号転送を遂行する第３のスロットライン２３１をさらに含む。
【００２９】
上記のような構成において、第１及び第３のマイクロストリップライン１１１，１１３及びサブマイクロストリップライン２１２は、その終端に開放終端(open-end)又は短絡終端(short-end)回路を備えることができる。短絡終端回路は、終端に円状の孔を形成し、その内部を適切な伝導性メッキ剤(conductive  plating  material)でメッキして上面、すなわちスロットラインパターンが形成された面の接地基板に連結されるように構成される。
【００３０】
また、スイッチング回路に提供されるスイッチング制御信号は、各スイッチング素子に個別的に、又は適切に電気的に分離された接地基板を通じて、例えば＋５Ｖ/−５Ｖのバイアス電圧を印加することによって、スイッチング素子のオン/オフ動作を制御することができる。
【００３１】
上記のように構成される高周波スイッチは、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３の第１乃至第３のポートを各々送信端(Ｔｘ)、受信端(Ｒｘ)、及びアンテナ端(Ａｎｔ.）と接続してＴＤＤシステムの送受信切り替えのためのスイッチ装置として使用することができる。
【００３２】
以下、図２及び図３に示すような構成を有するＴＤＤシステムの送受信切り替えスイッチとしての高周波スイッチの動作は、次の通りである。まず、送信時には、第３のダイオードＤ３をオン状態とし(他のダイオードは、すべてオフ状態にすることができる)、送信端Ｔｘ側の第１のポートにＲＦ送信信号を印加する。すると、送信信号は、第１のマイクロストリップライン１１１、第１-１のサブスロットライン２１１-１、サブマイクロストリップライン２１２、及び第１-２のサブスロットライン２１１-２を介して転送される。このとき、第３のダイオードＤ３はオン状態であるため、第３のダイオードＤ３の両端の第２のサブスロットライン２２１-１のギャップが短絡状態となって該当送信信号が遮断される。一方、送信信号は、第３のスロットライン２３１に転送されて第３のポートを通じてアンテナ端Ａｎｔ．に転送される。
【００３３】
このような送信動作において、受信端Ｒｘの第２のポートのアイソレーション機能を説明すると、第３のダイオードＤ３によって１次的に信号遮断が遂行される。このような状態でも第２のサブスロットライン２２１-１を通じて流入される信号があると、流入信号は、第４及び第５のダイオードＤ４，Ｄ５がオフ状態であるため、第１及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を通じて各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置、すなわち第１-２のサブスロットライン１１２に信号を転送する位置で１８０度の位相差によって相殺されることによって、２次的に信号が遮断される。
【００３４】
受信の際には、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２と第４のダイオードＤ４(又は第５のダイオードＤ５)はオン状態にする。アンテナ端Ａｎｔ．の第３のポートを介して第３のマイクロストリップライン１１３及び第３のスロットライン２３１を介して受信信号が転送される。すると、転送された受信信号は、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２がオン状態であるため、該当第１-１及び第１-２のスロットライン２１１-1，２１１-２への信号転送が遮断されて第１のスロットラインパターン部２１０に転送されない。一方、受信信号は、第２のスロットラインパターン部２２０の第２のサブスロットライン２２１-１に転送される。このとき、第４のダイオードＤ４がオン状態であるため、第２のハーフループ型のスロットライン２２１-４を介して第２のマイクロストリップライン１１２に転送される。
【００３５】
一方、スイッチ素子を制御するための動作用(operational)ＤＣ電源に異常が発生してすべてのダイオードがオフ状態となる場合でも、本発明による高周波スイッチ構造は、受信端Ｒｘのアイソレーションを確保可能になる。すなわち、ＤＣ電源に異常が発生する際に、送信端Ｔｘの第１のポートに入力された送信信号は、第２のサブスロットライン２２１-１を介して受信端Ｒｘに流入される。しかしながら、流入された送信信号は、第１及び第２のハーフループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を介して各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置で相互に１８０度の位相差によって相殺される。
【００３６】
図４は、本発明の第２の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンを示す平面(便宜上、“上面”と称する)構成図である。図４に示す本発明の第２の実施形態による高周波スイッチは、図２及び図３に示した本発明の第１の実施形態による高周波スイッチと大部分同様である。すなわち、本発明の第２の実施形態による高周波スイッチは、第１乃至第３のポートを形成する適切なパターンの第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３を誘電体基板の下面に形成する。また、誘電体基板の上面には、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３と各々マイクロストリップ-スロットラインカップリングによって適所で相互に信号を転送するように構成され、スイッチング制御信号により送信信号及び受信信号の転送経路を適切に形成する第１乃至第３のスロットラインパターン部４１０，４２０，２３０が形成される。このような第１乃至第３のスロットラインパターン部４１０，４２０，２３０は、Ｔ接合スロットライン構造と同様に、一つの位置で相互に接続される。
【００３７】
第３のスロットラインパターン部２３０は、図２及び図３に示したような構造及び動作と同一である。
【００３８】
第２のスロットラインパターン部４２０は、図２及び図３に示した第２のスロットラインパターン部２２０の構造と同様に、第１のハーフループ型スロットライン４２１-３と第２のハーフループ型スロットライン４２１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン４２１-３，４２１-４と、第２のサブスロットライン４２１-１とを有する。第１の実施形態による上記スイッチング回路とは異なって、第２のスロットラインパターン部４２０のスイッチング回路は、第１のハーフループ型スロットライン４２１-３及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-４と第２のサブスロットライン４２１-１との間の接続部の付近に設置され、外部制御信号により第１及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-３，４２１-４のギャップを短絡させる第３及び第４のダイオードＤ３，Ｄ４を備え、第３のダイオードＤ３とは別に、外部スイッチング制御信号により第１のハーフループ型スロットライン４２１-３のギャップを短絡させる第６のダイオードＤ６を備える。
【００３９】
図４に示す第１のスロットラインパターン部４１０は、図２及び図３に示した構成とは異なって、図４に示す第２のスロットラインパターン部４２０に対向する構成を有する。すなわち、第１のスロットラインパターン部４１０は、第１のハーフループ型スロットライン４１１-３と第２のハーフループ型スロットライン４１１-４によって全体的にループ状を有するループ型スロットライン４１１-３，４１１-４の一側と第１のマイクロストリップライン１１１との信号転送を遂行し、このスロットライン４１１-３，４１１-４を通じて第１のマイクロストリップライン１１１から受信された信号を他のスロットラインパターン部４１０，４３０との接続部から転送するための第１のサブスロットライン４１１-１を有する。このとき、第１のマイクロストリップライン１１１は、ループ型スロットライン４１１-３，４１１-４の交点から長さλ/８を有する開放端が延びて、この交点で信号転送のための磁界が最大となるようにする。また、第２の実施形態による第１のスロットラインパターン部４１０において、スイッチング回路は、第１のハーフループ型スロットライン４１１-３及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-４と第１のサブスロットライン４１１-１との接続される位置付近に設置され、外部スイッチング制御信号により該当第１及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-３，４１１-４のギャップを短絡させる第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２を備え、また第１のダイオードＤ１とは別に、外部制御信号によって第１のハーフループ型スロットライン４１１-３のギャップを短絡させる第５のダイオードＤ５を備える。
【００４０】
ＴＤＤシステムの送受信スイッチとしての高周波スイッチの動作は、次のようである。送信の際には、第３、第４、及び第５のダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５をオン状態にし(他のダイオードは、全てオフ状態である)、送信端Ｔｘの第１のポートにＲＦ送信信号が印加されると、第１のマイクロストリップライン１１１を介して転送された送信信号は、第５のダイオードＤ５がオン状態であるので、第２のハーフループ型スロットライン４１１-４及び第１のサブスロットライン４１１-１を介して転送される。このとき、第３及び第４のダイオードＤ３，Ｄ４がオン状態であるため、該当送信信号は遮断される。一方、送信信号は、第３のスロットライン２３１に転送されて第３のポートを介してアンテナ端Ａｎｔ．に転送される。
【００４１】
受信の際には、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２及び第６のダイオードＤ６をオン状態にする。アンテナ端Ａｎｔ．の第３ポートを通じて第３のマイクロストリップライン１１３及び第３のスロットライン２３１を介して受信信号が転送される。この転送された受信信号は、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２がオン状態であるため、信号転送が遮断されることによって、第１のスロットラインパターン部４１０に転送されない。一方、受信信号は、第２のスロットラインパターン部４２０の第２のサブスロットライン４２１-１に転送される。このとき、第６のダイオードＤ６はオン状態であるため、第２のハーフループ型スロットライン４２１-４を介して第２のマイクロストリップライン１１２に転送される。
【００４２】
一方、スイッチ素子を制御するための動作用ＤＣ電源に異常が発生した場合に、送信端Ｔｘの第１のポートに入力された送信信号は、第１のスロットラインパターン部４１０の第１及び第２のハーフループ型スロットライン４１１-３、４１１-４を通じて各々１８０度の位相差を有して分配される。分配されえた信号が結合される位置で、相互に１８０度の位相差によって１次的に相殺される。このような状態でも第２のスロットラインパターン部４２０に流入される信号があると、流入信号は、第２のスロットラインパターン部４２０の第１及び第２のハーフループ型スロットライン４２１-３、４２１-４を介して各々１８０度の位相差を有して分配される。この分配された信号は、結合される位置で相互に１８０度の位相差によって相殺されることによって、２次的に信号遮断がなされる。
【００４３】
図５は、本発明の第３の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンの一面(便宜上、“上面”と称する)を示す構成図である。図５に示す本発明の第３の実施形態による高周波スイッチは、図２及び図３に示すように、本発明の第１の実施形態による高周波スイッチと大部分同一の構造を有する。
【００４４】
すなわち、本発明の第３の実施形態による高周波スイッチは、高周波スイッチの第１乃至第３のポートを形成する適切なパターンの第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３を誘電体基板の下面に形成する。また、誘電体基板の上面には、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３と各々マイクロストリップ-スロットラインカップリングによって適所で相互に信号を転送するように構成されるスロットラインパターン、すなわち第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０’，２３０が形成される。このような第１乃至第３のスロットラインパターン部２１０，２２０’，２３０は、Ｔ接合スロットライン構造と同様に、一つの位置で相互に接続される。
【００４５】
このとき、第１及び第３のスロットラインパターン部２１０，２３０は、図２及び図３に示すような本発明の第１の実施形態による構成と同一であるが、第３の実施形態による第２のスロットラインパターン部２２０’は、第１の実施形態と異なる構成を有する。
【００４６】
第２のスロットラインパターン部２２０’の構成をより詳細に説明すると、第２のスロットラインパターン部２２０’には第１の半ループ側スロットライン２２１-３と第２の半ループ側スロットライン２２１-４によって全体的にループ状を有し、一側から第２のマイクロストリップライン１１２に信号を転送するループ型スロットライン２２１-３，２２１-４を備える。また、ループ型スロットライン２２１-３，２２１-４の他側と一端が接続される第２-１のサブスロットライン２２１-１と、一端が第１及び第３のスロットラインパターン部２１０，２３０との接続部に接続される第２-２のサブスロットライン２２１-２を備え、第２-1及び第２-２のサブスロットライン２２１-１，２２１-２の各他端は、共通開放終端回路２２１-５の両側に接続される。また、共通開放終端回路２２１-５と第２-１及び第２-２のサブスロットライン２２１-１，２２１-２が接続される位置で誘電体基板の対応する下面には、両端が各々第２-１及び第２-２のサブスロットライン２２１-１，２２１-２とマイクロストリップ-スロットラインカップリングによって相互に信号転送を遂行するように構成されるサブマイクロストリップライン２２２が備えられる。
【００４７】
このような構成を有する第２のスロットラインパターン部２２０’は、該当スロットラインパターンの適所に設置されて、外部スイッチング制御信号により該当スロットラインのギャップを短絡させることで、信号転送を遮断する構成を有するスイッチング回路Ｄ３，Ｄ４を備える。
【００４８】
より詳細に説明すれば、第２のスロットラインパターン部２２０’のスイッチング回路は、第２-２のサブスロットライン２２１-２の適切な位置に設置されて外部スイッチング制御信号により該当第２-２のサブスロットライン２２１-２のギャップを短絡させるように構成される第３のダイオードＤ３と、例えば第１の半ループ側スロットライン２２１-３と第２-１のサブスロットライン２２１-１との接続部の付近に設置され、外部スイッチング制御信号により該当第１の半ループ側スロットライン２２１-３のギャップを短絡させる第４のダイオードＤ４で構成される。このとき、第２の半ループ側スロットライン２２１-４と第２-１のサブスロットライン２２１-１との接続部の付近には該当第２の半ループ側スロットライン２２１-４のギャップに接続される第１のキャパシタＣ１が備えられる。
【００４９】
上記のように構成される本発明の高周波スイッチにおいて、第１乃至第３のマイクロストリップライン１１１，１１２，１１３の第１乃至第３のポートは、各々送信端Ｔｘ、受信端Ｒｘ、及びアンテナ端Ａｎｔ．と接続してＴＤＤシステムの送受信切り替えのためのスイッチ装置として使用することができる。その詳細な動作は、図２及び図３に示した第１の実施形態の動作と同一である。
【００５０】
上記に、本発明の実施形態による高周波スイッチの構成及び動作について説明した。本発明の説明では、具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を外れない限り、多様な変形が実施できる。例えば、本発明の他の実施形態では、上記の図２及び図３に示す第１の実施形態の第２のスロットラインパターン部２２０と、図４に示す第２の実施形態の第１のスロットラインパターン部４２０は、相互に代替して構成することも可能である。
【００５１】
また、図２及び図３に示す第１のスロットラインパターン部２１０を共通開放終端回路２１１-３及びサブマイクロストリップライン２１２を備えることなく、第１-１及び第１-２のサブスロットライン２１１-１、２１１−２が直ちに接続されるように変更して構成することもできる。本発明の図２及び図３の第１の実施形態では、共通開放終端回路２１１-３及びサブマイクロストリップライン２１２を備えてアイソレーション性能をより向上させる。
【００５２】
その他にも、上記したマイクロストリップラインは、ストリップライン、同軸線路(coaxial  cable)、及び 共平面導波路(Coplanar  Waveguide：ＣＰＷ)にも代替が可能である。また、スロットラインの代りにＣＰＳ(Coplanar  Strip)でも実現が可能である。そして、上記の本発明の実施形態では、スイッチング素子としてダイオードを使用したが、スイッチング機能を有する他の半導体素子(例えば、ＦＥＴ)を使用することができる。
【００５３】
したがって、本発明は、多様な変形例があり、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】一般的なＴＤＤシステムの送受信端の一例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板(ＰＣＢ)上の回路パターンを示す平面図である。
【図３】図２に示すプリント回路基板の回路パターンを示す底面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンを示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるＴＤＤシステムの送受信切り替えのための高周波スイッチのプリント回路基板上の回路パターンを示す平面構成図である。
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月18日(2008.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５】
2009524333.tif 000007
【国際調査報告】
2009524333.tif 000008
2009524333.tif 000009