(57)【要約】【課題】広帯域に渡りアイソレーション特性に優れた高周波スイッチ回路を提供する。【解決手段】第１ＰＩＮダイオードＤ１１と、第１ＰＩＮダイオードＤ１１と並列に接続された第１共振回路１１１とからなる第１スイッチ２０１と、第１スイッチ２０１に直列に接続された第２ＰＩＮダイオードＤ１２と第２ＰＩＮダイオードＤ１２と並列に接続された第２共振回路１１２とならなる第２スイッチ２０２を有する高周波スイッチ回路において、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２との間に伝送線路Ｌを挿入し、その伝送線路Ｌを第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２の逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となる長さに設定する。【選択図】図１
2008131322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端と出力端との間に設けられた第１ＰＩＮダイオードと、該第１ＰＩＮダイオードに並列接続された、順バイアスの非印加時に前記第１ＰＩＮダイオードに生じる寄生コンデンサと共に共振して所定周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する第１共振回路と、を備える第１スイッチと、
前記第１ＰＩＮダイオードと直列に接続された第２ＰＩＮダイオードと、該第２ＰＩＮダイオードに並列接続されるとともに前記第１共振回路と直列接続された、順バイアスの非印加時に前記第２ＰＩＮダイオードに生じる寄生コンデンサと共に共振して前記第１共振回路とは異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する第２共振回路と、を備える第２スイッチと、
を有する高周波スイッチ回路であって、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数をずらすような伝送線路が挿入されたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
【請求項２】
前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振周波数をずらすような伝送線路が、前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となる長さとしたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波スイッチ回路に係り、特に、スイッチング素子としてＰＩＮダイオードを利用した高周波スイッチ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高周波数帯を扱う通信機器においては、ＰＩＮダイオードを利用した高周波スイッチ回路が多用されている（例えば特許文献１）。図９（ａ）は、特許文献１に示された高周波スイッチを示す回路図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の高周波スイッチのオフ状態における等価回路図である。
【０００３】
図９（ａ）に示すように、この高周波スイッチは、所定の高周波信号が入力する入力端ＩＮとこれを出力する出力端ＯＵＴとの間に設けられ、順方向の所定バイアス電圧（順バイアス）に応答してオフ状態からオン状態、又はオン状態からオフ状態に変移するＰＩＮダイオードＤを有する。入力端ＩＮとＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと出力端ＯＵＴとの間にはそれぞれ、直流阻止用のコンデンサＣ１１及びＣ１２が直列接続されている。
【０００４】
また、オンオフ用のバイアス電圧＋Ｖが印加される制御端子とＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと接地端子との間にはそれぞれ、インダクタＬ１１及びＬ１２が直列接続されている。ＰＩＮダイオードＤは、バイアス電圧＋Ｖの非印加時、すなわち、オフ状態においては、図９（ｂ）に示すように、寄生コンデンサＣｖ′及び抵抗Ｒｖ′により、等価的に表すことができる。この寄生コンデンサＣｖ′を積極的に利用して、２つの異なる周波数帯ｆ１、ｆ２でのアイソレーションを高めるために、キャパシタンスＣｖ′と２つの異なる周波数帯ｆ１、ｆ２で並列共振するための共振回路１２がＰＩＮダイオードＤに並列接続されている。
【０００５】
共振回路１２は、ＰＩＮダイオードＤに並列接続されたＬＣ梯子型回路により構成されている。すなわち、この共振回路１２は、インダクタＬ１２ａに対して、コンデンサＣ１２ｂ及びインダクタＬ１２ｂが並列接続された回路が、直列接続されて構成されている。なお、Ｃ１２ａは、直流阻止用コンデンサである。
【０００６】
このようなＬＣ梯子型回路において、各コンデンサ及びインダクタの値を適宜に調整することにより、ＰＩＮダイオードＤのオフ状態における寄生キャパシタンスを利用して周波数帯ｆ１、ｆ２で共振させることができる。このようなＬＣ梯子型回路により構成される共振回路１２が、アイソレーション（オン状態での出力とオフ状態での出力の比）特性の向上のために用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１０２１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載された高周波スイッチ回路は、複数の周波数帯域に渡る特性を得ることができるが、連続的な広帯域に渡る特性を得ることができなかった。将来的にソフトウェア無線が普及した場合には、ある周波数帯域における新しく追加された無線通信システムにも対応ができるので、この種の高周波スイッチ回路は広帯域特性を持つことが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、広帯域に渡りアイソレーション特性に優れた高周波スイッチ回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、入力端と出力端との間に設けられた第１ＰＩＮダイオードと、該第１ＰＩＮダイオードに並列接続された、順バイアスの非印加時に前記第１ＰＩＮダイオードに生じる寄生コンデンサと共に共振して所定周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する第１共振回路と、を備える第１スイッチと、前記第１ＰＩＮダイオードと直列に接続された第２ＰＩＮダイオードと、該第２ＰＩＮダイオードに並列接続されるとともに前記第１共振回路と直列接続された、順バイアスの非印加時に前記第２ＰＩＮダイオードに生じる寄生コンデンサと共に共振して前記第１共振回路とは異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する第２共振回路と、を備える第２スイッチと、を有する高周波スイッチ回路であって、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数をずらすような伝送線路が挿入されたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数をずらすような伝送線路が、前記第１スイッチと前記第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となる長さとしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１スイッチと第２スイッチとの間の逆共振を抑えるような伝送線路が挿入されているため、第１スイッチと第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数がずれることから、逆共振特性を持つ周波数による帯域の分断がなく広帯域に渡りアイソレーション特性に優れた高周波スイッチ回路とすることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、第１スイッチと第２スイッチとの間の逆共振を抑えるような伝送線路を、第１スイッチと第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲としたため、２０ｄＢ以上のアイソレーションが得られる帯域幅の下限をＢＬ、上限をＢＨとし、その帯域幅の中心周波数をＢＣとしたときに、ＢＣ／（ＢＨ−ＢＬ）で表される比帯域を広範囲とすることができる。すなわち、広帯域に渡りアイソレーション特性に優れた高周波スイッチ回路とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態における高周波スイッチ回路を示す回路図である。図３は、図１に示す高周波スイッチ回路のスイッチ間の伝送線路を変化させたシミュレーションによる周波数特性図である。図４および図５は、図１に示す高周波スイッチ回路のオン制御時及びオフ制御時における実測による周波数特性図である。図６はアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域と伝送線路Ｌとの関係をシミュレーションにより算出した特性図である。
【００１４】
ここで、本実施形態の高周波スイッチ回路は、例えば、２．２ＧＨｚ帯及び０．９ＧＨｚ帯を使用する通信装置又は通信システムに用いられ、入力端ＩＮ側に入力する両周波数帯の信号を出力端ＯＵＴ側に通過させるか、或いは通過阻止するかを切替制御するために利用されるものとする。
【００１５】
図１に示すように、高周波スイッチ回路は、例えば、約２．２ＧＨｚ帯及び約０．９ＧＨｚ帯の信号が入力する入力端ＩＮとこれを出力する出力端ＯＵＴとの間に設けられ、互いに直列接続された第１スイッチ回路２０１と第２スイッチ回路２０２を有する。
【００１６】
第１スイッチ回路２０１は、第１ＰＩＮダイオードＤ１１を有し、第１共振回路１１１が並列接続されている。第２スイッチ回路２０２は、第２ＰＩＮダイオードＤ１２を有し、第２共振回路１１２が並列接続されている。
【００１７】
第１共振回路１１１は、互いに直列接続されたインダクタンスＬ３１と直流阻止用コンデンサＣ５１とから構成されている。
【００１８】
インダクタンスＬ３１は、順バイアスの非印加時における第１ＰＩＮダイオードＤ１１の寄生コンデンサＣｖと約０．９ＧＨｚ帯で共振するような値に設定されている。
【００１９】
第２共振回路１１２は、互いに直列接続されたインダクタンスＬ３２と直流阻止用コンデンサＣ５２とから構成されている。
【００２０】
インダクタンスＬ３２は、順バイアスの非印加時における第２ＰＩＮダイオードＤ１２の寄生コンデンサＣｖと約２．２ＧＨｚ帯で共振するような値に設定されている。
【００２１】
また、入力端ＩＮと第１ＰＩＮダイオードＤ１１との間、及び第２ＰＩＮダイオードＤ１２と出力端ＯＵＴとの間にはそれぞれ、直流阻止用のコンデンサＣ１及びＣ２が直列接続されている。
【００２２】
また、第１ＰＩＮダイオードＤ１１のアノードとコンデンサＣ１との間に、インダクタンスＬ１を介してオンオフ用のバイアス＋Ｖ、−Ｖが印加される制御端子ＶＣが設けられている。また、第２ＰＩＮダイオードＤ１２のカソードとグランドとの間にはインダクタンスＬ２が設けられている。
【００２３】
次に、上述した構成の高周波スイッチ回路の動作について説明する。まず、図示しない高周波スイッチ回路のオンオフ制御回路が、制御端子ＶＣに＋Ｖ電圧を供給してオン制御する。制御端子ＶＣに＋Ｖ電圧が供給されると、第１ＰＩＮダイオードＤ１１、第２ＰＩＮダイオードＤ１２には順バイアスが印加され低インピーダンス状態となる。順バイアスの印加時には、図２のような第１ＰＩＮダイオードＤ１１、第２ＰＩＮダイオードＤ１２に寄生コンデンサＣｖが発生しない。これにより入力端ＩＮに約２．２ＧＨｚ帯及び約０．９ＧＨｚ帯の信号が入力しても、第１共振回路１１１、第２共振回路１１２は共振しない。したがって、入力端ＩＮから入力された約２．２ＧＨｚ帯及び約０．９ＧＨｚ帯の信号は、出力端ＯＵＴへ通過することができる。
【００２４】
次に、図示しないオンオフ制御回路が、制御端子ＶＣに−Ｖ電圧を供給してオフ制御する。制御端子ＶＣに−Ｖ電圧が供給されると、ＰＩＮダイオードＤ１１、Ｄ１２には逆バイアスが印加され高インピーダンス状態となり、入力端ＩＮに入力された信号の出力端ＯＵＴへの通過が阻止される。逆バイアスの印加時には、図２に示すようにＰＩＮダイオードＤ１１、Ｄ１２に寄生コンデンサＣｖが発生する。これにより入力端ＩＮに約０．９ＧＨｚ帯の信号が入力すると、第１共振回路１１１が共振する。約２．２ＧＨｚ帯の信号が入力すると、第２共振回路１１２が共振する。共振回路１１１、１１２によって約２．２ＧＨｚ帯及び約０．９ＧＨｚ帯の信号の入力端ＩＮから出力端ＯＵＴへの通過が阻止される。
【００２５】
次に、本発明者らは、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２との間の伝送線路Ｌを変化させてシミュレーションを行い周波数特性を調べて、本発明の効果を確認した。
【００２６】
図３は、図１の回路において、Ｃ５１＝Ｃ５２＝２７ｐＦ、Ｌ３１＝８２ｎＨ、Ｌ３２＝１５ｎＨ、第１ＰＩＮダイオードＤ１１および第２ＰＩＮダイオードＤ１２のオフ時の寄生容量Ｃｖ＝０．３５ｐＦとし、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２との間の伝送線路Ｌを変化させてシミュレーションした場合の周波数特性である。図中、太線はＬ＝０ｍｍの場合の周波数特性であり、細線はＬ＝１０ｍｍの場合の周波数特性であり、一点鎖線はＬ＝２０ｍｍの場合の周波数特性であり、二点鎖線はＬ＝３０ｍｍの場合の周波数特性であり、点線はＬ＝３９ｍｍの場合の周波数特性である。
【００２７】
図３に示したように、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌが０ｍｍでは、２つの共振回路による逆共振特性が１．７ＧＨｚ付近において出てしまい、帯域が２つに分断されてしまう。すなわち、広帯域に渡る特性が得られない。
【００２８】
そこで、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを増加させていくと、逆共振の周波数がずれることから広帯域な特性が得られることが図３のシミュレーション結果から明らかとなった。特に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌ＝２０ｍｍ付近および３９ｍｍ付近において広帯域特性が得られた。
【００２９】
なお、図３のシミュレーションにおいて、基板材料として厚さ０．８ｍｍ、比誘電率εｒ＝３．４５としている。従って波長短縮率はsqrt(εeff)＝sqrt(2.70)＝１．６４となる。このため、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌ＝２０ｍｍおよび３９ｍｍはそれぞれ逆共振特性を持つ周波数である１．７ＧＨｚにおける波長をλとすると０．１８６λ、０．３６λに相当することとなる。
【００３０】
次に、本発明者らは、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを変化させて周波数特性を実測した。
【００３１】
図４に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌ＝２１ｍｍにおける実測結果を示し、図５に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌ＝３９ｍｍにおける実測結果を示す。図４、図５ともに太線が図１に示した高周波スイッチ回路をオフ制御時の周波数特性、細線が図１に示した高周波スイッチ回路をオン制御時の周波数特性を示している。
【００３２】
図４および図５では、Ｃ５１＝Ｃ５２＝２７ｐＦ、Ｌ３１＝８２ｎＨ、Ｌ３２＝１５ｎＨ、第１ＰＩＮダイオードＤ１１および第２ＰＩＮダイオードＤ１２のオフ時の寄生容量Ｃｖ＝０．３５ｐＦは図３のシミュレーション時と同様とし、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌは２１ｍｍと３９ｍｍとシミュレーションとほぼ等しくして測定した。
【００３３】
図４において、寄生定数の影響により動作周波数は１０％程度低域にシフトしているが、９８０ＭＨｚから２６４０ＭＨｚの範囲においてアイソレーションを２０ｄＢ以上、挿入損失を１ｄＢ以内とすることができることが明らかとなった。すなわち、９８０ＭＨｚから２６４０ＭＨｚの範囲において挿入損失と比較して充分なアイソレーションを得られることが明らかとなった。
【００３４】
図５においても、寄生定数の影響により動作周波数は１０％程度低域にシフトしているが、アイソレーションはさらなる改善ができ、８７０ＭＨｚから２６７０ＭＨｚの範囲においてアイソレーションを３０ｄＢ以上、挿入損失を１ｄＢ以内とすることができることが明らかとなった。すなわち、８７０ＭＨｚから２６７０ＭＨｚの範囲において挿入損失と比較して充分なアイソレーションを得られることが明らかとなった。
【００３５】
図６は、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを変化させた場合のアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域をシミュレーションした結果である。図６によれば、第１ＰＩＮダイオードＤ１１と第２ＰＩＮダイオードＤ１２間の伝送線路Ｌ＝４ｍｍ以上３９ｍｍ以下の範囲（１．７ＧＨｚにおける波長をλとすると約０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲）において急激に比帯域が増加し６０％以上となった。
【００３６】
また、図６において第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌ＝７６ｍｍ以上においても再び比帯域の増加が見られるが、これは１．７ＧＨｚにおいてλ＝１０８ｍｍであることから第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌの電気長が再び広帯域特性に寄与するためである。しかしながら、一般に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを長くすることは装置の小型化の観点から不利であり、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌは４ｍｍ以上３９ｍｍ以下の範囲が好ましい。
【００３７】
ここで、前記伝送線路Ｌを逆共振周波数の波長をλに置き換えると、図６の伝送線路Ｌ＝４ｍｍ以上３９ｍｍ以下の範囲および７６ｍｍ以上の範囲は、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲および０．７１λ以上の範囲となる。すなわち、伝送線路Ｌが、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２の逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合に０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となる長さとするのが好ましい。
【００３８】
次に、逆共振特性を持つ周波数として２．５ＧＨｚの場合（Ｌ３１＝３９ｎＨ、Ｌ３２＝６．８ｎＨ）に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを変化させたときのアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域をシミュレーションした結果を図７に、同様に１．１ＧＨｚの場合（Ｌ３１＝１８０ｎＨ、Ｌ３２＝３３ｎＨ）に第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２間の伝送線路Ｌを変化させたときのアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域をシミュレーションした結果を図８に示す。
【００３９】
図７（λ＝２．５ＧＨｚ）において、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となるＬは２．７ｍｍ以上２６．３ｍｍ以下の範囲となる。したがって図７によればＬは２．７ｍｍ以上２６．３ｍｍ以下の範囲の比帯域は４５％以上となることが明らかとなった。
【００４０】
図８（λ＝１．１ＧＨｚ）において、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となるＬは６．１ｍｍ以上５９．８ｍｍ以下となる。したがって図７によればＬは６．１ｍｍ以上５９．８ｍｍ以下の範囲の比帯域は１１０％以上となることが明らかとなった。
【００４１】
以上のシミュレーション結果より、第１スイッチと第２スイッチとの間の逆共振特性を持つ周波数をずらすような伝送線路Ｌを、第１スイッチと第２スイッチの逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲とすることで高周波スイッチ回路の比帯域を広くすることができることが明らかとなった。
【００４２】
以上の高周波スイッチ回路によれば、第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２との間に伝送線路Ｌを挿入し、その伝送線路Ｌを第１スイッチ２０１と第２スイッチ２０２の逆共振特性を持つ周波数の波長をλとした場合、０．０３７λ以上０．３６λ以下の範囲となる長さ、すなわち第１スイッチと第２スイッチとの間の逆共振特性を持つ周波数をずらすような長さとしたために、広帯域に渡り２０ｄＢ以上のアイソレーションを得られる高周波スイッチ回路とすることができる。
【００４３】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の高周波スイッチ回路の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示された高周波スイッチ回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】図１に示された高周波スイッチ回路のスイッチ間の伝送線路を変化させたシミュレーションによる周波数特性図である。
【図４】図１に示す高周波スイッチ回路のスイッチ間の伝送線路が２１ｍｍの場合のオン制御時及びオフ制御時における実測による周波数特性図である。
【図５】図１に示す高周波スイッチ回路のスイッチ間の伝送線路が３９ｍｍの場合のオン制御時及びオフ制御時における実測による周波数特性図である。
【図６】図１に示す高周波スイッチ回路のアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域と伝送線路Ｌとの関係をシミュレーションにより算出した特性図である。
【図７】逆共振周波数が２．５ＧＨｚの場合にアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域と伝送線路Ｌとの関係をシミュレーションにより算出した特性図である。
【図８】逆共振周波数が１．１ＧＨｚの場合にアイソレーションが２０ｄＢ以上となる比帯域と伝送線路Ｌとの関係をシミュレーションにより算出した特性図である。
【図９】従来の高周波スイッチの回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
ＩＮ          入力端
ＯＵＴ        出力端
Ｄ１１        第１ＰＩＮダイオード
Ｄ１２        第２ＰＩＮダイオード
１１１        第１共振回路
１１２        第２共振回路
２０１        第１スイッチ
２０２        第２スイッチ
Ｌ            伝送線路
【図１】
2008131322.tif 000003
【図２】
2008131322.tif 000004
【図３】
2008131322.tif 000005
【図４】
2008131322.tif 000006
【図５】
2008131322.tif 000007
【図６】
2008131322.tif 000008
【図７】
2008131322.tif 000009
【図８】
2008131322.tif 000010
【図９】
2008131322.tif 000011