(57)【要約】【課題】  ＵＨＦ帯の高周波信号をオン、オフすることが可能なＰＩＮダイオードスイッチ回路を提供する。【解決手段】  ＰＩＮダイオードの直流バイアス電流を変化させて、前記ＰＩＮダイオードを通過する高周波信号をオン、オフするＰＩＮダイオードスイッチ回路であって、直流阻止コンデンサを介して前記ＰＩＮダイオードに並列に接続されるインダクタンス素子を有し、前記インダクタンス素子と前記ＰＩＮダイオードのストレー容量とで構成される並列共振回路の共振周波数が、前記高周波信号の周波数帯域の周波数である。前記高周波信号の中心周波数をｆｏ、前記並列共振回路の共振周波数をｆｒとするとき、０．８≦ｆｒ／ｆｏ≦１．２を満足する。【選択図】        図１
2006129108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＮダイオードの直流バイアス電流を変化させて、前記ＰＩＮダイオードを通過する高周波信号をオン、オフするＰＩＮダイオードスイッチ回路であって、
直流阻止コンデンサを介して前記ＰＩＮダイオードに並列に接続されるインダクタンス素子を有し、
前記インダクタンス素子と前記ＰＩＮダイオードのストレー容量とで構成される並列共振回路の共振周波数が、前記高周波信号の周波数帯域の周波数であることを特徴とするＰＩＮダイオードスイッチ回路。
【請求項２】
前記高周波信号の中心周波数をｆｏ、前記並列共振回路の共振周波数をｆｒとするとき、０．８≦ｆｒ／ｆｏ≦１．２を満足することを特徴とする請求項１に記載のＰＩＮダイオードスイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＩＮダイオードスイッチ回路に係り、特に、高周波切替器に使用される大電力用のＰＩＮダイオードスイッチ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルテレビ、デジタル通信機器において、故障時の切り替え、あるいは、保守時の切り替え時に、高速の切り替えが必要となる。このような用途に使用される高周波切替器として、従来は、移相器を用いた無停電切替器が使用されている。
しかしながら、従来の無停電切替器は、機械的制御にコストがかかり、必然的にコストが高価になるという問題点があった。
そのため、本出願人は、ＰＩＮダイオードスイッチ回路を使用した高周波切替器を提案済みである。（下記、特許文献１参照）
図９は、従来のＰＩＮダイオードスイッチ回路を示す回路図であり、前述の特許文献１に記載されているＰＩＮダイオードスイッチ回路を示す回路図である。
ＰＩＮダイオード（ＰＤ）は、バイアス端子（Ｖｃ）に所定のバイアス電圧を印加し、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に所定の直流バイアス電流（例えば、１００ｍＡ）を流すと、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）の高周波抵抗（Ｒ）がほぼゼロ（Ｒ≒０）となり、また、バイアス端子（Ｖｃ）に０Ｖ、あるいは逆バイアスのバイアス電圧を印加すると、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）の高周波抵抗（Ｒ）が高インピーダンスとなる性質がある。
したがって、図９に示す回路において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に所定の直流バイアス電流を流すことにより、端子（Ｔｉ）と端子（Ｔｏ）との間が導通状態となり、また、バイアス電流を零、あるいは逆バイアス状態とすることにより、端子（Ｔｉ）と端子（Ｔｏ）との間が不導通状態となる。
なお、図９において、Ｃｃは直流阻止コンデンサ、Ｌは高周波信号がバイアス電源に流れ込むのを阻止するインダクタンス素子である。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特願２００４−２３３２４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１０は、図９に示すダイオードスイッチ回路の等価回路を示す回路図である。
図１０において、ＲはＰＩＮダイオードの高周波抵抗、Ｃｓはストレー容量（または、ストレーキャパシティ）である。
ＰＩＮダイオードを伝搬する高周波信号の周波数が高くなると、ストレー容量（Ｃｓ）のインピーダンスが小さくなるので、ＰＩＮダイオードをオフとしても、高周波信号が、ストレー容量（Ｃｓ）を介して、端子（Ｔｉ）から端子（Ｔｏ）、あるいは、端子（Ｔｏ）から端子（Ｔｉ）へ漏洩することになる。そのため、ダイオードスイッチ回路は、使用上限周波数が制限されている。
一方、前述の特許文献１に記載されているＰＩＮダイオードスイッチ回路では、大電力の高周波信号のオン、オフが要求されている。
この要求に応じるためには、ＰＩＮダイオードの接合面積を大きくする必要があるが、ＰＩＮダイオードの接合面積を大きくすると、図１０に示すストレー容量（Ｃｓ）が大きくなる。
他方、近年、地上波デジタルテレビ放送が開始されているが、この地上波デジタルテレビ放送は、ＵＨＦ帯の高周波信号が使用される。
そのため、ＵＨＦ帯の信号で、大電力の高周波信号を、ＰＩＮダイオードスイッチ回路でオン、オフする場合には、ストレー容量（Ｃｓ）のインピーダンスが小さくなるので、地上波デジタルテレビ放送で使用されるＵＨＦ帯の信号で、大電力の高周波信号のオン、オフに、ＰＩＮダイオードスイッチ回路は使用できないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＰＩＮダイオードスイッチ回路において、ＵＨＦ帯の高周波信号をオン、オフすることが可能となる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、下記の通りである。
前述の目的を解決するために、本発明は、ＰＩＮダイオードの直流バイアス電流を変化させて、前記ＰＩＮダイオードを通過する高周波信号をオン、オフするＰＩＮダイオードスイッチ回路であって、直流阻止コンデンサを介して前記ＰＩＮダイオードに並列に接続されるインダクタンス素子を有し、前記インダクタンス素子と前記ＰＩＮダイオードのストレー容量とで構成される並列共振回路の共振周波数が、前記高周波信号の周波数帯域の周波数であることを特徴とする。
また、本発明では、前記高周波信号の中心周波数をｆｏ、前記並列共振回路の共振周波数をｆｒとするとき、０．８≦ｆｒ／ｆｏ≦１．２を満足する。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のＰＩＮダイオードスイッチ回路によれば、ＵＨＦ帯の高周波信号をオン、オフすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路を示す回路図であり、図２は、図１に示すダイオードスイッチ回路の等価回路を示す回路図である。
本実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路は、直流阻止コンデンサ（Ｃｃ）を介して、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に並列にインダクタンス素子（Ｌｐ）を設けた点で、前述の図９、図１０に示すＰＩＮダイオードスイッチ回路と相違する。
今、インダクタンス素子（Ｌｐ）と、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）のストレー容量（Ｃｓ）とで構成される並列共振回路の共振周波数ｆｒは、下記（１）式で表され、その共振周波数（ｆｒ）において、並列共振回路のインピーダンスは無限大となることは良く知られている。
【数１】
2006129108.tif 000003
但し、Ｌｒはインダクタンス素子（Ｌｐ）のインダクタンス値、Ｃｒはストレー容量（Ｃｓ）の容量値である。
ここで、並列共振回路の共振周波数ｆｒを、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）でオン、オフする高周波信号の中心周波数ｆｏと一致（ｆｒ＝ｆｏ）させたとき、図２に示す等価回路は、図３に示す回路と等価となる。
ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に所定の直流バイアス電流を流した状態において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）の高周波抵抗の抵抗値は、１Ω程度であるから、図３に示す抵抗（ｒ）の値は、０．０２（＝１／５０）となる。
したがって、図３に示す回路のＦマトリクスは、下記（２）式で求められる。
【０００８】
【数２】
2006129108.tif 000004
【０００９】
また、前述の（２）式より、通過損失（Ｌｉ）は、下記（３）式で求められ、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）は、下記（４）式で求められる。
【数３】
2006129108.tif 000005
【００１０】
前述の（３）、（４）式より、本実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路は、通過損が低損失であるとともに、良好なＶＳＷＲ特性を有していることが分かる。
本実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時は、図３に示す抵抗（ｒ）は、無限大に近い値となる。
図４は、本実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路の一例の、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時の周波数特性を示すグラフである。
横軸は周波数（ＭＨｚ）でメモリ間隔は１００ＭＨｚ、縦軸は減衰量（ｄＢ）でメモリ間隔は１０ｄＢであり、また、中心周波数は５５０ＭＨｚである。
この図４において、周波数が５５０ＭＨｚ（図４の点５）の時の減衰量は、約−２８．２０６ｄＢである。
この図４の点５は、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に印加するバイアス電圧が０Ｖのときの減衰量であり、図４の点５の下の曲線は、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に印加するバイアス電圧を逆バイアス電圧となし、その逆バイアス電圧を大きくした場合の減衰量を示している。
この図４から分かるように、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）に印加するバイアス電圧を逆バイアス電圧となし、その逆バイアス電圧を大きくすると減衰量が大きくなる。
したがって、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）をオフとするときは、大きな逆バイアス電圧を印加することが好ましい。
また、図４のグラフから分かるように、０．８≦ｆｒ／ｆｏ≦１．２（より好ましくは、０．９≦ｆｒ／ｆｏ≦１．１）の範囲内であれば、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）をオフとしたときに、２０ｄＢ以下の減衰量を得ることが可能である。
【００１１】
図１０に示す等価回路において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時は、高周波抵抗（Ｒ）は、無限大に近い値となる。したがって、図１０に示す等価回路において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時は、図１０に示す等価回路は、図１１に示す回路と等価となる。
仮に、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）でオン、オフする高周波信号の周波数を、５００ＭＨｚとし、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）のストレー容量（Ｃｓ）を１ｐＦとするとき、図１１に示すＺｃは、下記（５）式で求められる。
【数４】
2006129108.tif 000006
したがって、図１１に示す回路のＦマトリクスは、下記（６）式で求められ、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）のストレー容量（Ｃｓ）による漏洩量（Ｌ）は、下記（７）式で求められる。
【００１２】
【数５】
2006129108.tif 000007
【００１３】
次に、図１１に示す回路の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）は、下記（８）式で、反射損失は、下記（９）式求められる。
【００１４】
【数６】
2006129108.tif 000008
【００１５】
したがって、図１１に示す回路の電圧反射係数（Ｌｐ）は、下記（１０）式で求められる。
【数７】
2006129108.tif 000009
したがって、図１１に示す回路の全反射損（ＬＴ）は、下記（１１）式のようになる。
【数８】
2006129108.tif 000010
【００１６】
図５は、本発明の実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路を用いた高周波切替器の回路構成を示す回路図である。
図５において、ＨＳは高周波切替器であり、高周波切替器（ＨＳ）は、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）と、第２のハイブリッド回路（Ｈ2）と、ＰＩＮダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）を用いたＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）とで構成される。
図５に示すように、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１）は、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第２の端子（Ｔ１２）と、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第１の端子（Ｔ２１）との間に接続され、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ２）は、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第３の端子（Ｔ１３）と、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第４の端子（Ｔ２４）との間に接続される。
ここで、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）に、電圧が（Ｅ１）の第１の入力信号が入力され、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第２の端子（Ｔ２２）に、電圧が（Ｅ２）の第２の入力信号が入力され、これらの信号は、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される。
【００１７】
この図５に示す高周波切替器は、直流阻止コンデンサ（Ｃｃ）を介してＰＩＮダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）に並列にインダクタンス素子（Ｌｐ１，Ｌｐ２）を設けた以外は、前述の特許文献１に記載されているものと同じ回路である。
図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオン状態のときには、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）に印加される高周波信号が、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力され、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオフ状態のときには、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第２の端子（Ｔ２２）に印加される高周波信号が、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される。
したがって、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）のオン、オフ状態を切り替えることにより、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される高周波信号を、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）に入力される高周波信号、あるいは、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第２の端子（Ｔ２２）に入力される高周波信号に切り替えることが可能となる。
【００１８】
図６は、図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオン状態のときに、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される高周波信号の周波数特性を示すグラフである。
横軸は周波数（ＭＨｚ）でメモリ間隔は１００ＭＨｚ、縦軸は減衰量（ｄＢ）でメモリ間隔は０．２ｄＢであり、また、中心周波数は５５０ＭＨｚである。
この図６から、周波数が４００ＭＨｚから６００ＭＨｚに亘って良好な特性を有していることが分かる。
図７は、図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオフ状態のときに、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第４の端子（Ｔ１４）から出力される高周波信号の周波数特性（Ａ）と、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）で反射される高周波信号の反射特性（Ｂ）を示すグラフである。
横軸は周波数（ＭＨｚ）でメモリ間隔は１００ＭＨｚ、縦軸は減衰量（ｄＢ）でメモリ間隔は１０ｄＢであり、また、中心周波数は５５０ＭＨｚである。
この図７から、周波数が４００ＭＨｚから６００ＭＨｚの間で、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力された高周波信号は、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）で漏洩することなく、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第４の端子（Ｔ１４）から出力されることが分かる。
【００１９】
図８は、図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオフ状態のときに、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第２の端子（Ｔ２２）から入力され、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される高周波信号の周波数特性を示すグラフである。
横軸は周波数（ＭＨｚ）でメモリ間隔は１００ＭＨｚ、縦軸は減衰量（ｄＢ）でメモリ間隔は０．２ｄＢであり、また、中心周波数は５５０ＭＨｚである。
この図８では、ＰＩＮダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）に印加する逆バイアス電圧が、０Ｖ、−１０Ｖ、−１５Ｖ、−２０Ｖ、−２５Ｖ、−３０Ｖ、−５０Ｖ、−１００Ｖのときの周波数特性も合わせて図示している。
図８に示すように、ＰＩＮダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）に印加する逆バイアス電圧を大きくすることにより、通過損を少なくすることが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路を示す回路図である。
【図２】図１に示すダイオードスイッチ回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】図２に示す回路において、インダクタンス素子（Ｌｐ）と、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）のストレー容量（Ｃｓ）とで構成される並列共振回路の共振周波数ｆｒを、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）を伝搬する高周波信号の中心周波数ｆｏと一致（ｆｒ＝ｆｏ）させたときの等価回路を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路の一例の、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時の周波数特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例のＰＩＮダイオードスイッチ回路を用いた高周波切替器の回路構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオン状態のときに、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される高周波信号の周波数特性を示すグラフである。
【図７】図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオフ状態のときに、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第４の端子（Ｔ１４）から出力される高周波信号の周波数特性（Ａ）と、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）から入力され、第１のハイブリッド回路（Ｈ１）の第１の端子（Ｔ１１）で反射される高周波信号の反射特性（Ｂ）を示すグラフである。
【図８】図５に示す高周波切替器において、ＰＩＮダイオードスイッチ回路（ＰＤＳ１，ＰＤＳ２）がオフ状態のときに、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第２の端子（Ｔ２２）から入力され、第２のハイブリッド回路（Ｈ２）の第３の端子（Ｔ２３）から出力される高周波信号の周波数特性を示すグラフである。
【図９】従来のＰＩＮダイオードスイッチ回路の基本回路を示す回路図である。
【図１０】図９に示すダイオードスイッチ回路の等価回路を示す回路図である。
【図１１】図１０に示す等価回路において、ＰＩＮダイオード（ＰＤ）がオフの時の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２  ＰＩＮダイオード
Ｒ  ＰＩＮダイオードの高周波抵抗
Ｃｓ  ストレー容量（または、ストレーキャパシティ）
Ｃｃ  直流阻止コンデンサ
Ｌ，Ｌｐ  インダクタンス素子
ＨＳ  高周波切替器
ＰＤＳ１，ＰＤＳ２  ＰＩＮダイオードスイッチ回路
Ｈ１，Ｈ２  λ／４結合形３ｄＢハイブリッド回路
【図１】
2006129108.tif 000011
【図２】
2006129108.tif 000012
【図３】
2006129108.tif 000013
【図４】
2006129108.tif 000014
【図５】
2006129108.tif 000015
【図６】
2006129108.tif 000016
【図７】
2006129108.tif 000017
【図８】
2006129108.tif 000018
【図９】
2006129108.tif 000019
【図１０】
2006129108.tif 000020
【図１１】
2006129108.tif 000021