(57)【要約】【課題】ダイオードへの逆バイアス電圧が従来の約１／２で、ＲＦ信号の通過と遮断とを切り替えることが可能なスイッチ回路を提供する。【解決手段】  スイッチ回路が、第１のダイオード１５と、一端がダイオード１５のアノードに接続されて他端がバイアス端子１０に接続され、ダイオード１５のアノード電圧をバイアス端子１０からの第１の電圧にする第１のバイアス印加部と、一端がダイオード１５のカソードに接続されたコンデンサ１６と、コンデンサ１６の他端にアノードが接続された第２のダイオード１７と、一端がダイオード１７のアノードに接続されて他端がバイアス端子１０に接続され、ダイオード１７のアノード電圧を第１の電圧にする第２のバイアス印加部と、を備え、第１の電圧に応じて、ダイオード１５とダイオード１７とをオンオフ制御することにより、伝送線路の一端から入力された信号の伝送線路の他端への通過と遮断とを切り替える。【選択図】図１
2008236112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が伝送可能な伝送線路にアノードが接続された第１のダイオードと、
一端がこの第１のダイオードのアノードに接続されるとともに他端がバイアス端子に接続されて、前記第１のダイオードのアノード電圧を、このバイアス端子を介して入力される第１の電圧にする第１のバイアス印加部と、
一端が前記第１のダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、
このコンデンサの他端にアノードが接続された第２のダイオードと、
一端がこの第２のダイオードのアノードに接続されるとともに他端が前記バイアス端子に接続されて、この第２のダイオードのアノード電圧を前記第１の電圧にする第２のバイアス印加部と、を備え、
前記第１の電圧に応じて、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをオンオフ制御することにより、前記伝送線路の一端から入力された信号の前記伝送線路の他端への通過と遮断とを切り替えることを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
一端が前記第１のダイオードのカソードに接続されるとともに他端が接地されて、この第１のダイオードのカソード電圧を第２の電圧にする第３のバイアス印加部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項３】
前記第１のバイアス印加部、前記第２のバイアス印加部及び前記第３のバイアス印加部は、いずれも、前記高周波信号の基本波の波長の１／４の長さを有する線路からなることを特徴とする請求項２記載のスイッチ回路。
【請求項４】
一端が前記第２のダイオードのカソードに接続されるとともに他端が接地されて、この第２のダイオードのカソード電圧を第３の電圧にする第４のバイアス印加部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項５】
前記第１のダイオード、前記コンデンサ、前記第２のダイオード及び前記第４バイアス印加部からなる伝送線路は、前記高周波信号の基本波の波長の１／２の電気長を有することを特徴とする請求項４記載のスイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高周波回路に用いて好適なスイッチ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号の通過と遮断とを切り替えるＳＰＳＴ（Single Pole Single Throw）スイッチには、ＰＩＮ（p-intrinsic-n）ダイオードが用いられる場合がある。ＳＰＳＴスイッチの構成はShunt型とSeries型とが知られている。
【０００３】
図３はShunt型のＳＰＳＴスイッチの一例を示す図である。入力端子５０からのＲＦ信号（高周波信号）を出力端子５１へ通過させようとする場合には、バイアス端子５２を介して、ダイオード５３には逆方向バイアスがかけられる。入力端子５０からのＲＦ信号が出力端子５１へ伝送することを遮断させようとする場合、ダイオード５３には順方向バイアスがかけられる。ダイオード５３に逆方向バイアスがかけられると、入力されたＲＦ信号が出力端子５１に伝送するため、ＳＰＳＴスイッチは通過（ＯＮ）の動作を行う。ダイオード５３に順方向バイアスがかけられると、ダイオード５３のアノードがグランドにショートするため、入力されたＲＦ信号は反射されてこのＲＦ信号の伝送が遮断（ＯＦＦ）される。この場合、ＳＰＳＴスイッチはオフの動作を行う。
【０００４】
また、図４はSeries型のＳＰＳＴスイッチの一例を示す図である。バイアス端子５２を介してダイオード５３に順方向バイアスがかけられると、入力端子５０からのＲＦ信号は出力端子５１へ伝送する。ダイオード５３に逆方向バイアスがかけられると、入力端子５０からのＲＦ信号の出力端子５１への伝送が遮断される。
【０００５】
Shunt型のＳＰＳＴスイッチやSeries型のＳＰＳＴスイッチにはＰＩＮダイオードを用いることができ、ＰＩＮダイオードによるShunt型ＳＰＳＴスイッチを用いて大振幅をもつＲＦ信号を通過させる場合には、負の大きな値の電圧が必要である。また、Series型ＳＰＳＴスイッチを用いて大振幅をもつＲＦ信号を遮断させる場合にも、負の大きな値の電圧が必要である。ＰＩＮダイオードに逆方向バイアスがかけられる状態では、ＰＩＮダイオードのアノードに入力されるＲＦ信号の振幅が、ＰＩＮダイオードの電流電圧特性の負電圧の領域において変動するようにＰＩＮダイオードを逆方向にバイアスさせる。
【０００６】
図５はＰＩＮダイオードの電圧電流特性の一例を示す図である。ダイオード５３が図５に示す特性を有するＰＩＮダイオードである場合に、ＲＦ信号が入力端子５０に加えられた状態でダイオード５３が逆方向バイアスにされると、逆バイアス電圧ＶＢとＲＦ信号の電圧とが加算された電圧が、図５の特性において電圧が負である範囲で変動する必要がある。例えば、入力される搬送波の振幅（点線）の最大値と最小値との差が数１０Ｖである場合、逆バイアス電圧ＶＢの値は、例えば−５０Ｖから−１００Ｖの範囲にする必要がある。
【０００７】
ＰＩＮダイオードを用いてスイッチングを行う技術に関しては、従来、アンテナポートを、高帯域送信ポート、低帯域送信ポートまたは受信ポートに選択的に接続するための単極単投型半導体スイッチング素子として４つのシリコンＰＩＮダイオードを備えたアンテナスイッチモジュールを有するスイッチング回路が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９４３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ回路が、振幅変動の大きいＲＦ信号の通過又は遮断を行うとする場合、スイッチ回路を高電圧化するための高電圧電源がそのスイッチ回路に必要となる。ＲＦモジュールの周辺部品に耐電圧の高い部品を用いる必要もある。従って、スイッチ回路の設計の選択の幅が狭まる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、ダイオードを有するスイッチ回路において、ダイオードにかかる逆バイアス電圧の値を小さくした状態で、入力される信号の通過と遮断とを切り替えることが可能なスイッチ回路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】
【００１０】
このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、信号が伝送可能な伝送線路にアノードが接続された第１のダイオードと、一端がこの第１のダイオードのアノードに接続されるとともに他端がバイアス端子に接続されて、前記第１のダイオードのアノード電圧を、このバイアス端子を介して入力される第１の電圧にする第１のバイアス印加部と、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、このコンデンサの他端にアノードが接続された第２のダイオードと、一端がこの第２のダイオードのアノードに接続されるとともに他端が前記バイアス端子に接続されて、この第２のダイオードのアノード電圧を前記第１の電圧にする第２のバイアス印加部と、を備え、前記第１の電圧に応じて、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをオンオフ制御することにより、前記伝送線路の一端から入力された信号の前記伝送線路の他端への通過と遮断とを切り替えることを特徴とするスイッチ回路が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチ回路によれば、ダイオードにかかる逆バイアス電圧が従来の約半分で、入力される信号の通過と遮断とを切り替えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るスイッチ回路について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るスイッチ回路の回路図である。本実施形態に係るスイッチ回路は、図１に示すように、バイアス端子１０に印加される電圧に応じて、入力端子１１からのＲＦ信号の出力端子１２への通過と、入力端子１１からのＲＦ信号の出力端子１２への伝送の遮断とを切り替えるものである。入力端子１１と出力端子１２との間の信号の伝送線路には、コンデンサ１３、１４が直列に接続されている。
【００１４】
この伝送線路には第１のダイオード１５のアノードが接続されており、このダイオード１５のカソードには、ＲＦ信号に含まれる直流成分を除去するコンデンサ１６の一端が接続される。このコンデンサ１６の他端には第２のダイオード１７のアノードが接続されている。ダイオード１７のカソードは線路１８を介して接地されている。すなわち、このスイッチ回路では、ダイオード１５及びダイオード１７の２つがコンデンサ１６を挟んで直列に接続されている。コンデンサ１６が２つのダイオード１５、１７の間に挿入されることによって、ダイオード１７のアノードへの直流成分がカットされる。
【００１５】
ダイオード１５はアノードに加えられる電圧に応じて入力端子１１からの高周波信号の通過と遮断とを切り替える。ダイオード１５にはＰＩＮダイオードが用いられる。ダイオード１５のアノードにはλ／４波長線路である線路１９の一端が接続されている。ダイオード１５のカソードにはλ／４波長線路である線路２０の一端が接続されている。この線路２０は第３のバイアス印加部として機能する。第３のバイアス印加部は、一端がダイオード１５のカソードに接続されるとともに他端が接地されて、ダイオード１５のカソード電圧を０Ｖにする。線路２０は、入力されるＲＦ信号の周波数においてそのＲＦ信号に対して高いインピーダンスを有するようにλ／４波長に調整する。これにより、バイアス回路がＲＦ信号に干渉するのを防ぐ。
【００１６】
線路１９の他端にはバイアス端子１０とコンデンサ２１とが接続されている。バイアス端子１０、線路１９を介して負の電圧あるいは正の電圧がダイオード１５に印加される。また、コンデンサ２１と線路１９とによって、一端がこのダイオード１５のアノードに接続されるとともに他端がバイアス端子１０に接続されて、ダイオード１５のアノード電圧を、バイアス端子１０を介して入力される電圧にする第１のバイアス印加部が構成される。
【００１７】
また、ダイオード１７にもＰＩＮダイオードが用いられる。ダイオード１７のアノードにはλ／４波長線路である線路２２の一端が接続されている。この線路２２の他端はバイアス端子１０に接続されている。線路２２の他端にはコンデンサ２３が接続されている。バイアス端子１０及び線路２２を介して負の電圧あるいは正の電圧がダイオード１７にも印加される。これらのコンデンサ２３と線路２２とによって、一端がダイオード１７のアノードに接続されるとともに他端がバイアス端子１０に接続されて、このダイオード１７のアノード電圧をバイアス端子１０から入力される電圧にする第２のバイアス印加部が構成される。
【００１８】
ダイオード１７のカソードには線路１８が接続されている。このスイッチ回路では、ＲＦ信号の伝送の遮断（ＯＦＦ）時において入力端子１１と出力端子１２との間のアイソレーション特性を確保するため、ダイオード１５、コンデンサ１６及びダイオード１７からなる伝送線路の電気長が、入力端子１１におけるＲＦ信号の基本波の波長λに対して１／２となるように、線路１８の線路長が調整されている。第１のバイアス印加部及び第２のバイアス印加部はいずれもＲＦ信号の交流成分に対して高いインピーダンスを有する。
【００１９】
また、ダイオード１５のオン抵抗の値とダイオード１７のオン抵抗の値とが同じである場合には、ＲＦ信号の振幅電圧は、２つのダイオード１５、１７によって分圧される。
【００２０】
このような構成により、入力端子１０に加えられた負の電圧は線路１９を介してダイオード１５に印加され、他方は線路２２を介してダイオード１７に印加される。これにより、スイッチ回路は、入力端子１１からのＲＦ信号を出力端子１２に通過させる。すなわち、スイッチ回路はＲＦ信号を通過させるので、スイッチ回路はオン動作する。
【００２１】
また、ダイオード１５、１７のそれぞれの順方向電圧の正の電圧が入力端子１０に加えられた場合には、一方は線路１９を介してダイオード１５に印加され、他方は線路２２を介してダイオード１７に印加される。ダイオード１５及びダイオード１７のいずれに対しても正の電圧が加えられるため、入力されたＲＦ信号に対して、ダイオード１５のアノードとグランドとがショートされた状態になる。スイッチ回路は、ＲＦ信号を反射してこのＲＦ信号の伝送を遮断する。すなわち、スイッチ回路はオフ動作する。
【００２２】
このように、本実施形態に係るスイッチ回路によれば、直列に接続された２つのダイオード１５、１７でＲＦ信号の振幅電圧が１／２に分圧されるため、ＲＦ信号の伝送を遮断するのに必要な逆バイアス電圧は従来の半分の大きさで済む。従って、負の領域で大きな電圧値をもつ大振幅のＲＦ信号の通過又は遮断をコントロールできるようになる。
【００２３】
本実施形態に係るスイッチ回路によれば、従来型のＳＰＳＴスイッチに加えられる逆バイアス電圧の約半分の値でＲＦ信号の伝送のオン又はオフを制御することが可能になる。このスイッチ回路は、電源として高耐圧なものを必要とせずに、スイッチ回路の構成部品についての設計を行うことができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は本実施形態に係るスイッチ回路の回路図である。本実施形態に係るスイッチ回路も、バイアス端子１０に印加される電圧に応じて、入力されたＲＦ信号の出力端子１２への通過、及び伝送の遮断を切り替えるものである。図２に示す符号のうちの上述した符号と同じ符号を有するものはそれらと同じものである。
【００２５】
本実施形態に係るスイッチ回路でも、ダイオード１５とダイオード１７とがコンデンサ１６を挟んで直列に接続されている。このスイッチ回路では、これらのダイオード１５、ダイオード１７及びコンデンサ１６からなる伝送線路において、ダイオード１５のアノードがコンデンサ１３に接続されており、ダイオード１７のカソードがコンデンサ１４に接続されている。本発明の第２の実施形態に係るスイッチ回路は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチ回路の応用例ともいえる。
【００２６】
また、本実施形態に係るスイッチ回路においても、ダイオード１５のアノードに線路１９とコンデンサ２１とが接続されている。これらの線路１９及びコンデンサ２１により第１のバイアス印加部の機能が実現する。ダイオード１５のカソードには線路２０が接続されており、この線路２０によってダイオード１５のカソード電圧が０Ｖにされている。ダイオード１７のアノードには線路２２とコンデンサ２３とが接続されており、これらの線路２２及びコンデンサ２３が第２のバイアス印加部として機能する。ダイオード１７のカソードにはλ／４波長線路である線路２４が接続されている。この線路２４は第４のバイアス印加部として機能する。第４のバイアス印加部としての線路２４は、一端がダイオード１７のカソードに接続されるとともに他端が接地されて、ダイオード１７のカソード電圧を０Ｖにする。なお、線路１９、２０、２２、２４はそれぞれＲＦ信号と干渉せずにバイアスを供給できるように１／４波長線路とする。
【００２７】
また、本実施形態のスイッチ回路でも、ＲＦ信号の振幅電圧が２つのダイオード１５、１７によって分圧される。
【００２８】
このような構成により、入力端子１０に加えられた負の電圧は線路１９を介してダイオード１５に印加され、他方は線路２２を介してダイオード１７に印加される。これにより、スイッチ回路は、入力端子１１からのＲＦ信号を出力端子１２に対して遮断する。
【００２９】
また、ダイオード１５、１７のそれぞれの順方向電圧の正の電圧が入力端子１０に加えられた場合には、一方の正の電圧は線路１９を介してダイオード１５に印加され、他方の正の電圧は線路２２を介してダイオード１７に印加される。ダイオード１５及びダイオード１７のいずれに対しても正の電圧が加えられるため、入力されたＲＦ信号に対して、ダイオード１５はＯＮし、同様に、ダイオード１７もＯＮする。これにより、スイッチ回路は、ＲＦ信号を通過させてＲＦ信号を伝送する。
【００３０】
このように、本実施形態に係るスイッチ回路によれば、直列に接続された２つのダイオード１５、１７によりＲＦ信号の振幅電圧が１／２に分圧されるため、ＲＦ信号を通過させるために必要な逆バイアス電圧は従来の約半分の大きさで済む。従って、負の領域で大きな値をもつ電圧を用いて、大振幅のＲＦ信号の通過又は遮断をコントロールできるようになる。
【００３１】
なお、上記の第１の実施形態に係るスイッチ回路及び第２の実施形態に係るスイッチ回路に入力されるＲＦ信号の周波数は、マイクロ波帯の信号であったが、本発明のスイッチ回路はマイクロ波帯と異なる他の高周波帯域の波長をもつ信号に対しても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスイッチ回路の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るスイッチ回路の回路図である。
【図３】Shunt型のＳＰＳＴスイッチの一例を示す図である。
【図４】Series型のＳＰＳＴスイッチの一例を示す図である。
【図５】ＰＩＮダイオードの電圧電流特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…バイアス端子、１１…入力端子、１２…出力端子、１３，１４，１６…コンデンサ、１５…第１のダイオード、１７…第２のダイオード、１８…線路、１９…線路（第１のバイアス印加部）、２０…線路（第３のバイアス印加部）、２１…コンデンサ（第１のバイアス印加部）、２２…線路（第２のバイアス印加部）、２３…コンデンサ（第２のバイアス印加部）、２４…線路（第４のバイアス印加部）。
【図１】
2008236112.tif 000003
【図２】
2008236112.tif 000004
【図３】
2008236112.tif 000005
【図４】
2008236112.tif 000006
【図５】
2008236112.tif 000007