(57)【要約】【課題】広い帯域の交流信号を、少ない電力で小さい歪で通過または遮断する。【解決手段】交流信号を導通または開放するスイッチ部であって、交流信号の導通方向に対して相互に逆方向に配置された第１ダイオードおよび第２ダイオードを有し、順方向バイアス電流が、第１ダイオードを介して第２ダイオードに流れることにより交流信号を導通させ、順方向バイアス電流が、第１ダイオードおよび第２ダイオードに流れないことにより交流信号を開放することを特徴とする。【選択図】図２
2018093254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号を導通または開放するスイッチ部であって、
交流信号の導通方向に対して相互に逆方向に配置された第１ダイオードおよび第２ダイオードと、を備え、
順方向バイアス電流の供給により、前記第１ダイオードを介して第２ダイオードに順方向バイアス電流を流して交流信号を導通させ、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードに順方向バイアス電流を流さないことにより交流信号を開放すること、
を特徴とするスイッチ部。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチ部を備えたスイッチ装置であって、
前記スイッチ部を導通させる際に順方向バイアス電流を供給し、前記スイッチ部を開放させる際に順方向バイアス電流を流さないように制御する、もしくは逆方向バイアス電圧をかけるよう制御する制御部を備えることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチ部を複数備えたスイッチ装置であって、
前記複数のスイッチ部を選択的に導通させる際に順方向バイアス電流を供給し、前記複数のスイッチ部を選択的に開放させる際に、順方向バイアス電流を流さないように制御する、もしくは逆方向バイアス電圧をかけるよう制御する制御部を備えること、
を特徴とするスイッチ装置。
【請求項４】
第１交流端子と第２交流端子との２つの交流端子をさらに備え、
前記スイッチ部は、前記第１交流端子と前記第２交流端子との間の経路上に配置され、交流信号を導通させることにより前記第１交流端子と前記第２交流端子との間の経路を通過させ、交流信号を開放させることにより前記経路を遮断することを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
第１交流端子と第２交流端子との２つの交流端子をさらに備え、
前記スイッチ部は、前記第１交流端子と前記第２交流端子との間の経路上と、接地電位との間に配置され、交流信号を開放することにより前記第１交流端子と前記第２交流端子との間の経路を通過させ、交流信号を導通することにより前記経路を短絡して遮断することを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記スイッチ部は、
前記第２交流端子と前記第１ダイオードのアノードとの間に配置された第１キャパシタと、
前記第２交流端子と前記第２ダイオードのカソードとの間に配置された第２キャパシタと、
前記第１ダイオードのアノードに接続され前記制御部からのバイアス電流を伝送する第１インダクタと、
前記第２のダイオードのカソードに接続され前記制御部からのバイアス電流を伝送する第２インダクタと、
をさらに有し、
前記第２ダイオードのアノードは、前記第１ダイオードのカソードに接続されること、  を特徴とする請求項４に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記スイッチ部は、前記第１交流端子と前記第１ダイオードのカソードとの間に配置された第３キャパシタをさらに有すること、
を特徴とする請求項５に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記スイッチ部は、
前記第１交流端子と前記第１ダイオードのアノードとの間に配置された第１キャパシタと、
前記第３交流端子と前記第２ダイオードのカソードとの間に配置された第２キャパシタと、
前記第１ダイオードのアノードと前記第２ダイオードのカソード間に配置された第３キャパシタと、
前記第１ダイオードのアノードに接続され前記制御部からのバイアス電流を伝送する第１インダクタと、
前記第２のダイオードのカソードに接続され前記制御部からのバイアス電流を伝送する第２インダクタと、
前記第２ダイオードのアノードと前記第１ダイオードのカソードとが接続され、その接続箇所と、接地電位との間に配置された第４のキャパシタとを有すること、
を特徴とする請求項５に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、トランスの一次コイルおよび二次コイルであり、順方向バイアス電流が流された場合にコアに逆方向の磁界が発生するように巻かれている
請求項６から８の何れか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
共通高周波端子と第１高周波端子との間の第１経路に高周波信号を通過させるか、前記共通高周波端子と第２高周波端子との間の第２経路に高周波信号を通過させるかを切り替えるスイッチ装置であって、
前記第１経路に対して相互に逆方向に配置された第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
前記第２高周波端子と接地電位の間に対して相互に逆方向に配置された第３ダイオードおよび第４ダイオードと、
前記共通高周波端子と前記第３ダイオードとの間に、高周波信号の波長の１／４の奇数倍にあたる電気長を備えた移相器と、
前記第１ダイオード、前記第２ダイオード、前記移相器、前記第３ダイオード、そして前記第４ダイオードを経由した経路に順方向バイアス電流を流すことにより、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードを導通させ第１経路に高周波信号の通過を可とさせるとともに、前記第３ダイオードおよび前記第４ダイオードを導通させ前記第２高周波端子を接地電位に短絡することにより第２経路の高周波信号の通過を不可とし、
前記順方向バイアス電流を流さないことにより、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードを開放させ第１経路に高周波信号の通過を不可とさせるとともに、前記第３ダイオードおよび前記第４ダイオードを開放させ前記第２高周波端子と接地電位との間を開放し前記第２経路の高周波信号の通過を可とするように制御する制御部と、
を備えるスイッチ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスイッチ装置と、
前記スイッチ装置の前記共通高周波端子と接続されたアンテナと、
前記スイッチ装置の前記第１高周波端子と接続された変調送信部と、
前記スイッチ装置の前記第２高周波端子と接続された受信復調部と、
を備え、
前記スイッチ装置は、送信する場合には、前記第１高周波端子と前記共通高周波端子との間の高周波信号の通過を可とさせ、信号を受信する場合には、前記第２高周波端子と前記共通高周波端子との間の高周波信号の通過を可とさせる
無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ部、スイッチ装置および無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
受信時と送信時とでアンテナを共用する無線機は、送信時には送信機をアンテナ端子に接続し、受信時にはアンテナを受信機へ接続するスイッチ装置を備える。また、複数の周波数帯域の信号を送受信する無線機は、使用する周波数帯域に応じてフィルタおよび増幅回路等を切り替えるスイッチ装置を備える。
【０００３】
高周波信号のスイッチ装置として、例えば、ダイオードスイッチが知られている。このスイッチ装置は、高周波信号を通過させる場合にはダイオードに順方向電圧を印加して直流バイアス電流を流し、高周波信号を遮断する場合には電圧を印加せずに順方向バイアス電流を流さないようにする。
【０００４】
このようなスイッチ装置は、高電力の高周波信号を通過させる場合、ダイオードによる損失が増えて歪が発生する。この問題を解決するスイッチ装置として、同種の複数のダイオードを並列に接続したスイッチ装置が知られている。しかし、同種の複数のダイオードを並列に接続したスイッチ装置は、順方向バイアス電流が増加して電力消費が大きくなってしまう。また、このようなスイッチ装置は、順方向電圧の降下特性のばらつきにより、順方向バイアス電流のバランスが崩れて特性が悪化してしまう。
【０００５】
また、ＰＩＮ（P−intrinsic−N）ダイオードを用いたスイッチ装置も知られている。ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ装置は、ＶＨＦ（Very  High  Frequency）帯の信号の周期よりスイッチング速度が遅いので、ＶＨＦ（Very  High  Frequency）帯以上の周波数の信号の通過時の歪が小さい。しかし、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ装置は、中波帯等の周期の長い信号の通過時には、信号の周期よりスイッチング速度が速くなり歪が大きくなってしまう。従って、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ装置は、例えば中波帯から短波またはＶＨＦ帯までの広帯域の信号をスイッチングしようとすると、通過時の歪を小さく且つ遮断時のアイソレーションを高くすることが難しい。
【０００６】
また、高周波信号用のＳＰＤＴ（Single  pole  single  throw）型のスイッチ装置は、高周波信号を遮断する方の経路をグランドに接続してアイソレーションを高くする。このようなスイッチ装置において、経路をグランドに接続する経路に複数のダイオードを並列に接続して、歪を小さくする回路が知られている。しかし、このようなスイッチ装置も、順方向バイアス電流が増加し、また、順方向電圧の降下特性のばらつきにより順方向バイアス電流のバランスが崩れて特性が悪化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４９０９０号公報
【特許文献２】特開平０６−１９７０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い帯域の交流信号を、少ない電力且つ小さい歪で通過または遮断することができるスイッチ部、スイッチ装置および無線機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチ部は、交流信号を導通または開放するスイッチ部であって、交流信号の導通方向に対して相互に逆方向に配置された第１ダイオードおよび第２ダイオードを有し、順方向バイアス電流が、前記第１ダイオードを介して第２ダイオードに流れることにより交流信号を導通させ、順方向バイアス電流が、前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードに流れないことにより交流信号を開放することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、広い帯域の交流信号を、少ない電力且つ小さい歪で通過または遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係るスイッチ装置の機能を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るスイッチ装置の制御動作を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係るスイッチ装置の機能を示す図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係るスイッチ装置の機能を示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、第５実施形態に係る無線機の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第５実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０の機能を示す図である。スイッチ装置１０は、外部から与えられた切替信号に応じて、第１交流端子１１と第２交流端子１２との間の交流信号を通過（オン）または遮断（オフ）する。なお、スイッチ装置１０は、第１交流端子１１と第２交流端子１２との間に直流信号を通過させない。また、交流信号は、どのような周波数であってもよい。
【００１３】
図２は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０の構成を示す図である。スイッチ装置１０は、スイッチ部２０と、制御部４０とを備える。スイッチ部２０は、第１ダイオード２１と、第２ダイオード２２と、第１キャパシタ３１と、第２キャパシタ３２と、第３キャパシタ３３と、第１インダクタ３４と、第２インダクタ３５とを有する。
【００１４】
第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、アノードからカソードに向かう方向の電流を通過させ、逆方向の電流を遮断する整流機能を有する。第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、このような整流機能を有すれば、ダイオード以外のデバイスを含んでもよい。
【００１５】
第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、第１交流端子１１と第２交流端子１２との間に互いに逆方向で並列に配置される。本実施形態では、第１ダイオード２１のカソードおよび第２ダイオード２２のアノードが第１交流端子１１側となり、第１ダイオード２１のアノードおよび第２ダイオード２２のカソードが第２交流端子１２側となるように、並列に配置される。第１実施形態における交流信号の通過とは、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２が交流信号に対して導通状態となることにより第１交流端子１１と第２交流端子１２との間に交流信号が通過されることを意味する。また、第１実施形態における交流信号の遮断とは、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２が交流信号に対して開放状態となることにより第１交流端子１１と第２交流端子１２との間の交流信号が遮断されることを意味する。
【００１６】
また、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、第１バイアス端子４１と第２バイアス端子４２との間に互いに順方向で直列に配置される。本実施形態では、第１ダイオード２１のカソードが第２ダイオード２２のアノードに接続され、第１ダイオード２１のアノードが第１バイアス端子４１側となり、第２ダイオード２２のカソードが第２バイアス端子４２側となるように、直列に配置される。
【００１７】
第１キャパシタ３１、第２キャパシタ３２および第３キャパシタ３３は、入力される交流信号の周波数以上の帯域の信号を通過し、直流電圧を遮断する機能を有する。第１キャパシタ３１、第２キャパシタ３２および第３キャパシタ３３は、このような機能を有すれば、キャパシタ以外のデバイスを含んでもよい。
【００１８】
第１キャパシタ３１は、第２交流端子１２と第１ダイオード２１のアノードとの間に配置される。本実施形態では、第１キャパシタ３１は、一方の端が第２交流端子１２に接続され、他方の端が第１ダイオード２１のアノードに接続される。
【００１９】
第２キャパシタ３２は、第２交流端子１２と第２ダイオード２２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第２キャパシタ３２は、一方の端が第２交流端子１２に接続され、他方端が第２ダイオード２２のカソードに接続される。
【００２０】
第３キャパシタ３３は、第１交流端子１１と、第１ダイオード２１のカソード（および第２ダイオード２２のアノード）との間に配置される。本実施形態では、第３キャパシタ３３は、一方の端が第１交流端子１１に接続され、他方の端が第１ダイオード２１のカソード（および第２ダイオード２２のアノード）に接続される。なお、第１ダイオード２１のアノードと第２ダイオード２２のカソードとの接続点が常にグランド電位である場合、第１交流端子１１に直流電圧が印加されない。従って、この場合、スイッチ装置１０は、第３キャパシタ３３を備えない構成であってよい。
【００２１】
第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、直流電圧を通過し、入力される交流信号の周波数以上の帯域の信号を遮断する機能を有する。第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、このような機能を有すれば、インダクタ以外のデバイスを含んでもよい。
【００２２】
第１インダクタ３４は、第１バイアス端子４１と第１ダイオード２１のアノードとの間に配置される。本実施形態では、第１インダクタ３４は、一方の端が第１バイアス端子４１に接続され、他方の端が第１ダイオード２１のアノードに接続される。
【００２３】
第２インダクタ３５は、第２バイアス端子４２と第２ダイオード２２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第２インダクタ３５は、一方の端が第２バイアス端子４２に接続され、他方の端が第２ダイオード２２のカソードに接続される。
【００２４】
制御部４０は、外部から与えられた切替信号に従って、第１バイアス端子４１および第２バイアス端子４２に印加する直流電圧を切り替える。制御部４０は、交流信号を導通させる場合に、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２の両者に順方向バイアス電流を流す。より具体的には、制御部４０は、交流信号を導通させる場合に、第１ダイオード２１に順方向バイアス電流を流すとともに、第１ダイオード２１を介して第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流す。また、制御部４０は、交流信号を開放する場合に第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流さないように、第１バイアス端子４１と第２バイアス端子４２との間に印加される直流電圧を制御する。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０の制御動作を示す図である。つぎに、スイッチ装置１０の具体的な動作について説明する。
【００２６】
まず、制御部４０は、交流信号を通過させる場合に、第１ダイオード２１を介して第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流すように、第１バイアス端子４１に第２バイアス端子４２よりも高い直流電圧を印加する。例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１に正の直流電圧を印加し、第２バイアス端子４２にグランド電位（基準電位）を印加する。また、例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１に正の直流電圧を印加し、第２バイアス端子４２に負の直流電圧を印加する。また、例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１にグランド電位を印加し、第２バイアス端子４２に負の直流電圧を印加する。
【００２７】
このように順方向の直流電圧が印加された場合、第１バイアス端子４１から、第１インダクタ３４、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２および第２インダクタ３５を経由して、第２バイアス端子４２に直流電流が流れる。この電流は、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２の順方向バイアス電流となる。このように順方向バイアス電流が流れる場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、交流信号を導通させることができる。
【００２８】
より具体的には、第１交流端子１１から入力した交流信号の一方の成分は、第１ダイオード２１を通過して、第２交流端子１２から出力される。また、第１交流端子１１から入力した交流信号の他方の成分は、第２ダイオード２２を通過して、第２交流端子１２から出力される。
【００２９】
一方、制御部４０は、交流信号を開放する場合に、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に逆バイアス電圧を与えるように、第１バイアス端子４１に第２バイアス端子４２よりも低い直流電圧を印加する。例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１に負の直流電圧を印加し、第２バイアス端子４２にグランド電位を印加する。また、例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１に負の直流電圧を印加し、第２バイアス端子４２に正の直流電圧を印加する。また、例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１にグランド電位を印加し、第２バイアス端子４２に正の直流電圧を印加する。
【００３０】
このように逆方向の直流電圧が印加された場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２の整流特性により順方向バイアス電流は流れずに、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２には逆バイアス電圧が与えられる。第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、逆バイアス電圧が与えられると、電極間容量が低下し、交流信号を開放する。より具体的には、第１交流端子１１から入力した交流信号は、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２により遮断されて第２交流端子１２へは出力されない。
【００３１】
なお、制御部４０は、交流信号を開放する場合に、第１バイアス端子４１および第２バイアス端子４２に同一電位を印加してもよい。例えば、制御部４０は、第１バイアス端子４１および第２バイアス端子４２にグランド電位を印加してもよい。また、制御部４０は、交流信号を開放する場合に、第１バイアス端子４１および第２バイアス端子４２を開放してもよい。このようにしても、スイッチ装置１０は、交流信号の電圧振幅が、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２がオンとなる順方向電圧より小さければ、交流信号を開放することができる。
【００３２】
以上のようなスイッチ装置１０は、交流信号が第１ダイオード２１および第２ダイオード２２の２つの並列の経路を通過する。従って、高電力の交流信号を通過する場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２のそれぞれを通過する信号の電力は１／２となる。これにより、スイッチ装置１０によれば、高電力の交流信号を通過する場合に、歪を小さくすることができる。
【００３３】
さらに、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、直流的に直列に接続されている。従って、スイッチ装置１０は、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に１個分のダイオードの直流バイアス電流を供給すればよい。これにより、スイッチ装置１０によれば、少ない電力で交流信号の通過または遮断をすることができる。
【００３４】
また、交流信号がダイオードを通過する場合に生じる歪は、交流信号の電圧がダイオードの逆方向の電圧となる位相において、電流が損失することにより生じる。特に、この歪は、ダイオードのスイッチング期間より周期が長い中波帯の交流信号を通過させる場合に大きくなる。
【００３５】
しかし、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、互いに逆方向に並列に配置されている。従って、第１ダイオード２１において歪が大きくなる位相においては、第２ダイオード２２が大きな電流を流すことができるので、第１ダイオード２１での電流損失が第２ダイオード２２により補われる。反対に、第２ダイオード２２において歪が大きくなる位相においては、第１ダイオード２１が大きな電流を流すことができるので、第２ダイオード２２での電流損失が第１ダイオード２１により補われる。従って、スイッチ装置１０によれば、広帯域に亘り歪を小さくすることができる。
【００３６】
このように、スイッチ装置１０は、広帯域の交流信号を少ない電力且つ小さい歪で通過および遮断することができる。これにより、スイッチ装置１０によれば、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２を実現するデバイスの選定等を容易とし、コストを小さくすることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るスイッチ装置５０の構成を示す図である。第２実施形態に係るスイッチ装置５０は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０と略同一の機能および構成を有する。従って、第２実施形態に係るスイッチ装置５０については、第１実施形態と略同一の機能を有する部材には同一の符号を付け、相違点を中心に説明して、共通点については説明を省略する。
【００３８】
スイッチ装置５０は、スイッチ部２０Ａと、制御部４０とを備える。スイッチ部２０Ａは、第１実施形態に係るスイッチ装置１０が備えるスイッチ部２０が有する部材である第１インダクタ３４および第２インダクタ３５を、１つのトランス５１のコアに巻かれた一次コイルおよび二次コイルとした構成である。第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、同一の巻数を有する。また、第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、順方向バイアス電流が流された場合に、コアに逆方向の磁界が発生するように巻かれている。
【００３９】
このような構成のスイッチ装置５０は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０と同一の動作をし、同一の作用効果を奏する。さらに、スイッチ装置５０は、第１インダクタ３４および第２インダクタ３５を１つのトランス５１に含めるので、部品点数を少なくすることができる。
【００４０】
また、第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、コアに逆方向の磁界を発生させて、コアの磁界を打ち消す。従って、スイッチ装置５０は、一次コイルおよび二次コイルを密着させたり縒り合せたりすることにより、トランス５１を構成する磁性体が磁化したり磁気飽和したりすることを抑制することができる。
【００４１】
また、トランス５１は、交流信号により発生する磁束密度が一次コイルと二次コイルとで同位相となる。従って、第１インダクタ３４および第２インダクタ３５は、単体で使用される場合とトランス５１の一次コイルおよび二次コイルとして使用される場合とで、磁束密度が同一となる。従って、スイッチ装置５０は、トランス５１に含まれる磁性体の体積を、１つのインダクタ単体に含まれる磁性体の体積とすることができる。よって、スイッチ装置５０によれば、トランス５１の体積を小さくすることができる。特に、中波帯のように比較的に低い周波数帯域の交流信号をスイッチングする場合、部品が大型化してしまう。従って、このような場合、特に、第１インダクタ３４および第２インダクタ３５を１つのトランス５１に含めることによるメリットは大きい。
【００４２】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るスイッチ装置６０の機能を示す図である。スイッチ装置６０は、外部から与えられた切替信号に応じて、第１交流端子１１と第２交流端子１２との間に交流信号を通過（オン）させるか、第１交流端子１１と第３交流端子１３との間の交流信号を通過（オン）させるかを切り替える。なお、第１交流端子１１と第２交流端子１２との間の経路とを第１経路とし、第１交流端子１１と第３交流端子１３との間の経路を第２経路とする。
【００４３】
なお、スイッチ装置６０は、第１経路に交流信号を通過（オン）させる場合、第２経路の交流信号を遮断（オフ）する。スイッチ装置６０は、第２経路の交流信号に通過（オン）させる場合、第１経路の交流信号を遮断（オフ）する。すなわち、スイッチ装置６０は、ＳＰＤＴスイッチを構成する。
【００４４】
図６は、第３実施形態に係るスイッチ装置６０の構成を示す図である。スイッチ装置６０は、第１のスイッチ部２０−１と、第２のスイッチ部２０−２と、制御部４０とを備える。第１のスイッチ部２０−１および第２のスイッチ部２０−２は、第１実施形態に係るスイッチ装置１０が備えるスイッチ部２０と同一の構成を有する。
【００４５】
第１のスイッチ部２０−１は、第１経路の交流信号を通過または遮断させる。第２のスイッチ部２０−２は、第２経路の交流信号を通過または遮断させる。
【００４６】
制御部４０は、第１経路の交流信号を通過させ、第２経路の交流信号を遮断させる場合、第１のスイッチ部２０−１の第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流し、第２のスイッチ部２０−２の第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に逆バイアス電圧を与える。反対に、制御部４０は、第１経路の交流信号を遮断させ、第２経路の交流信号を通過させる場合、第１のスイッチ部２０−１の第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に逆バイアス電圧を与えて、第２のスイッチ部２０−２の第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流す。
【００４７】
例えば、制御部４０は、第１のスイッチ部２０−１の第１バイアス端子４１と第２のスイッチ部２０−２の第２バイアス端子４２とに同一電圧を与えてもよい。また、例えば、制御部４０は、第１のスイッチ部２０−１の第２バイアス端子４２と第２のスイッチ部２０−２の第１バイアス端子４１とに同一電圧を与えてもよい。
【００４８】
このようなスイッチ装置６０は、例えば中波帯から短波またはＶＨＦ帯までの広帯域の信号であって、比較的に大きな電力の信号の送受信をする無線機等において、送信と受信との切り替え用とするだけでなく、３つ以上の複数のフィルタ回路を選択的に切り替える為に用いてもよい。その際、制御部４０は、それぞれのスイッチ部の第１バイアス端子４１および第２バイアス端子４２に対し、順方向バイアス電流または逆バイアス電圧を、適時与えてもよい。
【００４９】
なお、第１のスイッチ部２０−１および第２のスイッチ部２０−２は、何れか一方または両者が、第２実施形態に係るスイッチ装置５０が備えるスイッチ部２０Ａと同一の構成であってもよい。
【００５０】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るスイッチ装置９０の機能を示す図である。スイッチ装置９０は、外部から与えられた切替信号に応じて、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間に交流信号を通過（オン）させるか、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間の交流信号を遮断（オフ）するかを切り替える。第４実施形態における交流信号の通過はスイッチ装置９０の開放による通過であり、交流信号の遮断はスイッチ装置９０を導通つまり交流信号を接地電位に短絡することにより行う。
【００５１】
なお、スイッチ装置９０は、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間の交流信号を遮断（オフ）する場合には、第１交流端子１４および第２交流端子１５を接地電位に接続する。また、スイッチ装置９０は、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間に交流信号に通過（オン）させる場合には、第１交流端子１４および第２交流端子１５を接地電位から開放する。すなわち、スイッチ装置９０は、第１交流端子１４および第２交流端子１５と、接地電位つまりグランドとの間の交流信号を通過または遮断する。
【００５２】
図８は、第４実施形態に係るスイッチ装置９０の構成を示す図である。スイッチ装置９０は、スイッチ部２０Ｂと、制御部４０とを有する。スイッチ部２０Ｂは、第１ダイオード２１と、第２ダイオード２２と、第６キャパシタ９１と、第７キャパシタ９２と、第８キャパシタ９３と、第９キャパシタ９４と、第１インダクタ３４と、第２インダクタ３５とを有する。
【００５３】
第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、第１交流端子１４および第２交流端子１５と、グランドとの間に互いに逆方向で並列に配置される。本実施形態では、第１ダイオード２１は、アノードが第１交流端子１４および第２交流端子１５側となり、カソードがグランド側となるように配置される。また、第１ダイオード２１は、カソードが第１交流端子１４および第２交流端子１５側となり、アノードがグランド側となるように配置される。第４実施形態における交流信号の通過とは、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２が交流信号に対して開放状態となることにより第１交流端子１４と第２交流端子１５との間の経路に交流信号が通過されることを意味する。また、第４実施形態における交流信号の遮断とは、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２が交流信号に対して導通状態となることにより第１交流端子１４と第２交流端子１５との間の経路の交流信号が遮断されることを意味する。この場合の遮断は、信号経路の短絡による遮断である。
【００５４】
また、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、第１バイアス端子４１と第２バイアス端子４２との間に互いに順方向で直列に配置される。本実施形態では、第２ダイオード２２のアノードが第１ダイオード２１のカソードに接続され、第１ダイオード２１のアノードが第１バイアス端子４１側となり、第２ダイオード２２のカソードが第２バイアス端子４２側となるように、直列に配置される。
【００５５】
第６キャパシタ９１、第７キャパシタ９２、第８キャパシタ９３および第９キャパシタ９４は、入力される交流信号の周波数以上の帯域の信号を通過し、直流電圧を遮断する機能を有する。第６キャパシタ９１、第７キャパシタ９２、第８キャパシタ９３および第９キャパシタ９４は、このような機能を有すれば、キャパシタ以外のデバイスを含んでもよい。
【００５６】
第６キャパシタ９１は、グランドと、第１ダイオード２１のカソード（および第２ダイオード２２のアノード）との間に配置される。本実施形態では、第６キャパシタ９１は、一方の端がグランドに接続され、他方の端が第１ダイオード２１のカソード（および第２ダイオード２２のアノード）に接続される。
【００５７】
第７キャパシタ９２は、第１ダイオード２１のアノードと第２ダイオード２２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第７キャパシタ９２は、一方の端が第１ダイオード２１のアノードに接続され、他方の端が第２ダイオード２２のカソードに接続される。
【００５８】
第８キャパシタ９３は、第２交流端子１５と第２ダイオード２２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第８キャパシタ９３は、一方の端が第２交流端子１５に接続され、他方端が第２ダイオード２２のカソードに接続される。
【００５９】
第９キャパシタ９４は、第１交流端子１４と、第１ダイオード２１のアノードとの間に配置される。本実施形態では、第９キャパシタ９４は、一方の端が第１交流端子１４に接続され、他方の端が第１ダイオード２１のアノードに接続される。
【００６０】
つぎに、スイッチ装置９０の具体的な動作について説明する。まず、制御部４０は、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間に交流信号を通過させる場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２に逆バイアス電圧を与えるように、第１バイアス端子４１に第２バイアス端子４２よりも低い直流電圧を印加する。
【００６１】
このように逆方向の直流電圧が印加された場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２には逆バイアス電圧が与えられる。従って、第１交流端子１４から入力した交流信号は、グランドに流れずに、第２交流端子１５へ出力される。
【００６２】
制御部４０は、第１交流端子１４と第２交流端子１５との間の交流信号を遮断する場合、第１ダイオード２１を介して第２ダイオード２２に順方向バイアス電流を流すように、第１バイアス端子４１に第２バイアス端子４２よりも高い直流電圧を印加する。
【００６３】
このように順方向の直流電圧が印加された場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、順方向バイアス電流が流れ、交流信号を導通させることができる。従って、第１交流端子１４から入力した交流信号は、グランドへと流れて、第２交流端子１５へは出力されない。
【００６４】
以上のような本実施形態に係るスイッチ装置９０は、第１実施形態と同様に、広帯域の交流信号を少ない電力且つ小さい歪で通過および遮断することができる。
【００６５】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係る無線機１００の構成を示す図である。無線機１００は、スイッチ装置１１０と、アンテナ１１１と、発振器１１２と、信号入力部１１３と、変調送信部１１４と、受信復調部１１５と、信号出力部１１６とを備える。
【００６６】
スイッチ装置１１０は、信号を送信する場合には、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる。また、スイッチ装置１１０は、信号を受信する場合には、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる。
【００６７】
なお、スイッチ装置１１０は、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合には、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間の高周波信号を遮断する。また、スイッチ装置１１０は、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合には、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間の高周波信号を遮断する。すなわち、スイッチ装置１１０は、ＳＰＤＴスイッチを構成する。
【００６８】
アンテナ１１１は、スイッチ装置１１０の共通高周波端子１２０と接続される。アンテナ１１１は、信号を送信する場合には、共通高周波端子１２０から与えられた高周波信号を電波として空間に放射する。また、アンテナ１１１は、信号を受信する場合には、空間の電波を高周波信号に変換して共通高周波端子１２０へと与える。
【００６９】
発振器１１２は、送信または受信する高周波信号の搬送波信号を出力する。信号入力部１１３は、例えば音声信号等のベースバンド信号を外部から入力する。変調送信部１１４は、信号入力部１１３が入力したベースバンド信号を、発振器１１２が出力した搬送波信号に変調して高周波信号を生成する。そして、変調送信部１１４は、スイッチ装置１１０の第１高周波端子１２１へと高周波信号を与えて、アンテナ１１１から高周波信号を送信する。
【００７０】
受信復調部１１５は、スイッチ装置１１０の第２高周波端子１２２から、アンテナ１１１により変換された高周波信号を受信する。受信復調部１１５は、発振器１１２が出力した搬送波信号を用いて、受信した高周波信号からベースバンド信号を復調する。そして、受信復調部１１５は、復調したベースバンド信号を信号出力部１１６に与える。信号出力部１１６は、受信復調部１１５から与えられたベースバンド信号を外部へと出力する。
【００７１】
図１０は、第５実施形態に係るスイッチ装置１１０の構成を示す図である。スイッチ装置１１０は、第１のスイッチ部２０Ｃと、第２のスイッチ部２０Ｄと、制御部４０とを備える。第１のスイッチ部２０Ｃは、第１ダイオード２１と、第２ダイオード２２と、第１キャパシタ３１と、第２キャパシタ３２と、第３キャパシタ３３と、第１インダクタ３４と、移相器１４５とを有する。第２のスイッチ部２０Ｄは、第３ダイオード１３１と、第４ダイオード１３２と、第４キャパシタ１４１と、第５キャパシタ１４２と、第６キャパシタ１４３と、第２インダクタ３５とを有する。
【００７２】
本実施形態では、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２は、ＰＩＮダイオードである。
【００７３】
第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、高周波信号の導通方向に対し互いに逆方向で並列に配置される。第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２は、高周波信号の導通方向に対し互いに逆方向で並列に配置される。また、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２は、第１バイアス端子４１と接地電位との間に互いに順方向で直列に配置される。
【００７４】
第１のスイッチ部２０Ｃの、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、第１キャパシタ３１、第２キャパシタ３２、第３キャパシタ３３および第１インダクタ３４の接続関係が第１実施形態のスイッチ部２０と同一であるが、第１実施形態の第１交流端子１１が第１高周波端子１２１に、第２交流端子１２が共通高周波端子１２０に、第２インダクタ３５が移相器１４５に置き換わっている点において異なる。
【００７５】
第２のスイッチ部２０Ｄの、第３ダイオード１３１、第４ダイオード１３２、第４キャパシタ１４１、第５キャパシタ１４２および第６キャパシタ１４３の接続関係は、第４実施形態のスイッチ部２０Ｂの該当箇所と同一であるが、第４実施形態の第２交流端子１５が第２高周波端子１２２となり、第２インダクタ３５が制御部４０ではなくグランドに接続され、第１交流端子にあたる箇所が第１スイッチ部２０Ｃの移相器１４５の一端に接続され、移相器１４５の一端とダイオード１３１との間にキャパシタは存在しない点が異なる。
【００７６】
第２のスイッチ部２０Ｄの接続をより具体的に説明する。第４キャパシタ１４１は、グランドと第３ダイオード１３１のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第４キャパシタ１４１は、一方の端がグランドに接続され、他方の端が第３ダイオード１３１のカソードに接続される。
【００７７】
第５キャパシタ１４２は、第３ダイオード１３１のアノードと第４ダイオード１３２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第５キャパシタ１４２は、一方の端が第３ダイオード１３１のアノードに接続され、他方の端が第４ダイオード１３２のカソードに接続される。
【００７８】
第６キャパシタ１４３は、第２高周波端子１２２と第４ダイオード１３２のカソードとの間に配置される。本実施形態では、第６キャパシタ１４３は、一方の端が第２高周波端子１２２に接続され、他方の端が第４ダイオード１３２のカソードに接続される。
【００７９】
第２インダクタ３５は、第４ダイオード１３２のカソードとグランドとの間に配置される。本実施形態では、第２インダクタ３５は、一方の端が第４ダイオード１３２のカソードに接続され、他方の端がグランドに接続される。
【００８０】
第１のスイッチ部２０Ｃの移相器１４５は、伝搬する高周波信号の位相を１／４周期遅延させる。従って、高周波信号が移相器１４５を通過した場合、高周波信号の位相は１／４周期遅延する。また、移相器１４５は、一方の端が高周波的に接地電位とされた場合、他方の端は高インピーダンスとなる。従って、移相器１４５は、一方の端が高周波的なグランド電位とされた場合、他方の端から信号を通過させない。直流を導通し位相を遅延させるため、電気長が１／４波長の高周波線路たとえばストリップラインや同軸ケーブルが用いられる。むろん１／４波長だけでなく、その奇数倍であれば理論的には同様の効果が得られる。
【００８１】
移相器１４５は、第２ダイオード２２のカソードと第３ダイオード１３１のアノードとの間に配置される。本実施形態では、移相器１４５は、一方の端が第２ダイオード２２のカソードに接続され、他方の端が第３ダイオード１３１のアノードに接続される。
【００８２】
制御部４０は、信号を送信する場合、すなわち、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合、第１のスイッチ部２０Ｃの第１ダイオード２１から第２ダイオード２２、さらには第１のスイッチ部２０Ｃの第２ダイオード２２から移相器１４５を介して第２のスイッチ部２０Ｄの第３ダイオード１３１、またさらに第３ダイオード１３１から第４ダイオード１３２に順方向バイアス電流を流すように、第１バイアス端子４１に正の直流電圧を印加する。また、制御部４０は、信号を受信する場合、すなわち、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合、第１バイアス端子４１にグランド電位を与える。本実施形態ではバイアス電流を流す経路は１つでありバイアス端子は１つであるが、第２インダクタ３５のグランド側を第２バイアス端子４２として制御部４０より切り替え信号に基づいて直流電圧の制御を行ってもよい。
【００８３】
つぎに、スイッチ装置１１０の具体的な動作について説明する。まず、制御部４０は、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させ、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間の高周波信号を遮断する場合、第１バイアス端子４１に正の直流電圧を印加する。
【００８４】
このように正の直流電圧が印加された場合、第１バイアス端子４１から、第１インダクタ３４、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、移相器１４５、第３ダイオード１３１、第４ダイオード１３２および第２インダクタ３５を経由して、グランドに直流電流が流れる。この電流は、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２の順方向バイアス電流となる。このように順方向バイアス電流が流れる場合、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２は、低インピーダンス状態となり高周波信号を導通（オン）させることができる。
【００８５】
この状態で第１高周波端子１２１に高周波信号が入力された場合、入力された高周波信号の一方の成分は、第３キャパシタ３３、第１ダイオード２１および第１キャパシタ３１を通過して、共通高周波端子１２０から出力される。また、第１交流端子１１から入力した高周波信号のもう一方の成分は、第３キャパシタ３３、第２ダイオード２２および第２キャパシタ３２を通過して、共通高周波端子１２０から出力される。
【００８６】
また、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２にも順方向バイアス電流が流れる。従って、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２も低インピーダンス状態となる。これにより、移相器１４５と第３ダイオード１３１のアノードとの接続点ａは、第３ダイオード１３１および第４キャパシタ１４１を経由して高周波的に導通し、グランドにショートされる。移相器１４５は、一方の端（接続点ａ）がグランドにショートされると、他方の端（第２ダイオード２２のカソードに接続された端）は、高インピーダンス状態となる。従って、移相器１４５は、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間を通過する高周波信号に対して影響を与えない。また、接続点ａが第３ダイオード１３１、第４ダイオード１３２および第４キャパシタ１４１を経由してグランドにショートされているので、第２高周波端子１２２側へは漏れ出ない。
【００８７】
このように、スイッチ装置１１０は、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させることができる。さらに、スイッチ装置１１０は、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間を確実にアイソレーションすることができる。
【００８８】
一方、制御部４０は、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号に通過させ、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間の高周波信号を遮断する場合、第１バイアス端子４１にグランド電位を印加する。
【００８９】
第１バイアス端子４１にグランド電位が印加されると、第１バイアス端子４１から、第１インダクタ３４、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、移相器１４５、第３ダイオード１３１、第４ダイオード１３２および第２インダクタ３５を経由した経路が直流的にグランド電位となる。従って、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２には、直流バイアス電流が流れない。従って、第１ダイオード２１、第２ダイオード２２、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２は、高周波信号を開放する。
【００９０】
このため、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間は、第１ダイオード２１および第２ダイオード２２により高周波信号が遮断される。また、第２高周波端子１２２とグランドとの間の経路は、第３ダイオード１３１および第４ダイオード１３２により高周波信号が遮断される。
【００９１】
これに対して、共通高周波端子１２０から、第２キャパシタ３２、移相器１４５、第５キャパシタ１４２および第６キャパシタ１４３を経由して、第２高周波端子１２２へと出力される経路は、何れのダイオードも開放状態なので、高周波信号を通過させることができる。
【００９２】
このように、スイッチ装置１１０は、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させることができる。さらに、スイッチ装置１１０は、第２高周波端子１２２と共通高周波端子１２０との間に高周波信号を通過させる場合、第１高周波端子１２１と共通高周波端子１２０との間、共通高周波端子１２０とグランドの間、および、第２高周波端子１２２とグランドの間を、確実にアイソレーションすることができる。
【００９３】
また、スイッチ装置１１０は、４つのダイオードにより経路を切り替えるが、４つのダイオードは直列に接続されているので、直流バイアス電流は１個分の電流でよい。従って、スイッチ装置１１０は、少ない電力で安定した動作をすることができる。
【００９４】
以上の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０，５０，６０，９０，１１０  スイッチ装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ  スイッチ部
２０−１，２０Ｃ  第１のスイッチ部
２０−２，２０Ｄ  第２のスイッチ部
２１  第１ダイオード
２２  第２ダイオード
３１  第１キャパシタ
３２  第２キャパシタ
３３  第３キャパシタ
３４  第１インダクタ
３５  第２インダクタ
４０  制御部
５１  トランス
６１  第３ダイオード
６２  第４キャパシタ
６３  第５キャパシタ
６４  第３インダクタ
６５  第４インダクタ
９１  第６キャパシタ
９２  第７キャパシタ
９３  第８キャパシタ
９４  第９キャパシタ
１００  無線機
１３１  第３ダイオード
１３２  第４ダイオード
１４１  第４キャパシタ
１４２  第５キャパシタ
１４３  第６キャパシタ
１４５  移相器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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