(57)【要約】【課題】高周波スイッチ回路において、その耐電力性を向上させること。【解決手段】直列に接続された複数のスイッチング素子４ａ〜４ｎによる回路部の一端は、入力端子１と出力端子２との間を接続する伝送線路３上の接続点Ａに接続されるとともに、直列に接続された複数のスイッチング素子５ａ〜５ｎによる回路部の一端は、伝送線路３上の接続点Ａから１／４波長の奇数倍長だけ離れた接続点Ｂに接続される。スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎの各制御端は、その導通を制御するための制御端子６に接続される。このように構成された高周波スイッチ回路において、入力端子１から出力端子２に向かう高周波信号は、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎがオフ制御される場合に遮断され、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎがオン制御される場合に伝送される。【選択図】        図１
2008193238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路と、
前記伝送線路の一端に設けられた第１端子と、
前記伝送線路の他端に設けられた第２端子と、
直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の第１の接続点に接続される第１のスイッチング素子回路部、および直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の前記第１の接続点から１／４波長の奇数倍長だけ離れた第２の接続点に接続される第２のスイッチング素子回路部、ならびに直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、前記第１、第２のスイッチング素子回路部の各スイッチング素子の導通を制御する制御端子と、
を備えたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
【請求項２】
１／４波長の奇数倍長の長さを有する伝送線路と、
前記伝送線路の一端から引き出されて設けられた第１端子と、
前記伝送線路の他端から引き出されて設けられた第２端子と、
直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の一端に接続される第１のスイッチング素子回路部と、
直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の他端に接続される第２のスイッチング素子回路部と、
前記第１、第２のスイッチング素子回路部を制御する制御端子と、
を備え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関するものであり、特に、マイクロ波帯からミリ波帯に至る周波数帯に用いられて好適な高周波スイッチ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波スイッチ回路として、例えば下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１では、アンテナ端子（１）を２つの入出力端子（２、３）に選択的に接続する高周波スイッチ回路において、２つの入出力端子（２、３）を結ぶ伝送線路の点とアースとの間に半導体スイッチング素子（６、７）を設けるとともに、該伝送路に１／４波長線路（４、５）を挿入し、伝送路上の前記点と前記アースとの間に前記半導体スイッチング素子との組み合わせにより共振回路を構成する誘導性リアクタンス回路（１０１、１０２）を設けるようにした、高周波スイッチ回路が開示されている。
【０００３】
この高周波スイッチ回路では、１／４波長線路の一端に接続された半導体スイッチング素子をオン制御する一方で、１／４波長線路の他端に接続された半導体スイッチング素子をオフ制御することにより、入力側から１／４波長線路の一端側を見たときのインピーダンスを開放とし、逆に、入力側から１／４波長線路の他端側を見たときのインピーダンスが開放とならないような制御を行っている。
【０００４】
すなわち、従来の高周波スイッチ回路では、入力側から１／４波長線路の一端側に向かう一方の経路を遮断経路とする制御を行うとともに、入力側から１／４波長線路の他端側に向かう他方の経路を通過経路とする制御を行うことにより、高周波信号の経路切換を実現している。
【０００５】
【特許文献１】特開平８-２１３８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１などに代表される従来の高周波スイッチ回路に共通する技術では、通過損失や信号漏洩という観点に対する考慮はなされているものの、耐電力性という観点に対する考慮はなされていない。このため、従来の高周波スイッチ回路では、入力電力が大きな高周波回路への適用が困難であるという課題があった。
【０００７】
また、従来の高周波スイッチ回路の構成では、高周波スイッチ回路自身の耐電力性は半導体スイッチング素子の耐電力性のみに依存するため、入力電力が比較的大きな高周波回路に適用する場合には、半導体スイッチング素子のサイズそのものを大きくする必要があり、高周波スイッチ回路が大型化するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐電力性を向上させた高周波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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる高周波スイッチ回路は、伝送線路と、前記伝送線路の一端に設けられた第１端子と、前記伝送線路の他端に設けられた第２端子と、直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の第１の接続点に接続される第１のスイッチング素子回路部、および直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の前記第１の接続点から１／４波長の奇数倍長だけ離れた第２の接続点に接続される第２のスイッチング素子回路部、ならびに直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、前記第１、第２のスイッチング素子回路部の各スイッチング素子の導通を制御する制御端子と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる高周波スイッチ回路によれば、入力端子から出力端子に向かう高周波信号の通過および遮断を制御する回路部として、直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の第１の接続点に接続される第１のスイッチング素子回路部と、直列接続された複数のスイッチング素子によって構成され、その一端が前記伝送線路の前記第１の接続点から１／４波長の奇数倍長だけ離れた第２の接続点に接続される第２のスイッチング素子回路部と、を設けるようにしたので、耐電力性を向上させた高周波スイッチ回路を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の好適な実施の形態にかかる高周波スイッチ回路を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（高周波スイッチ回路の構成）
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる高周波スイッチ回路の回路構成を示す図である。同図に示す高周波スイッチ回路は、伝送線路３、伝送線路３の一端に設けられた入力端子１、伝送線路３の他端に設けられた出力端子２、例えばＦＥＴであるスイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎおよび、これらのスイッチング素子をオン／オフ制御するための制御端子６を備えている。
【００１３】
図１において、複数のスイッチング素子４ａ〜４ｎは直列に接続され、直列接続された回路部の一端（同図の例では、スイッチング素子４ａのドレイン）は、伝送線路３上のＡ点に接続されている。同様に、直列接続された複数のスイッチング素子５ａ〜５ｎによる回路部の一端（同図の例では、スイッチング素子５ａのドレイン）は、伝送線路３上のＡ点とは異なるＢ点に接続されている。また、スイッチング素子４ａ〜４ｎによる回路部およびスイッチング素子５ａ〜５ｎによる回路部の各他端（同図の例では、スイッチング素子４ｎ，５ｎの各ソース）は、接地されている。さらに、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎの各制御端（ゲート）は、制御端子６にそれぞれ接続されている。すなわち、スイッチング素子４ａ〜４ｎおよびスイッチング素子５ａ〜５ｎは、制御端子６から入力される制御信号によって同時に制御される。
【００１４】
なお、接続点Ａ，Ｂ間の長さ（電気長）ｄは、後述する作用を効果的に引き出すために、入力信号波長の１／４の長さ（以下「１／４波長」という）の奇数倍、すなわち、ｄ＝（２ｍ＋１）×λ／４（ｍは自然数）を満足するように設定することが好ましい。また、さらに、回路の小型化という観点を考慮する場合には、接続点Ａ，Ｂ間の長さ（電気長）は、入力信号波長の１／４（ｄ＝λ／４）に設定されていることがより好ましい。
【００１５】
（高周波スイッチ回路の動作）
つぎに、図１に示した高周波スイッチ回路の動作について図２、３を参照して説明する。なお、図２は、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオフ制御した場合の等価回路を示す回路図であり、図３は、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオン制御した場合の等価回路を示す回路図である。
【００１６】
（スイッチング素子をオフ制御した場合の動作）
まず、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオフ制御した場合の動作について説明する。図１において、スイッチング素子４ａ〜４ｎおよびスイッチング素子５ａ〜５ｎをオフ制御する制御信号が制御端子６に入力された場合、スイッチング素子４ａ〜４ｎによる接続回路部の等価回路は、図２に示すように、スイッチング素子４ａ〜４ｎの各オフ容量である容量８ａ〜８ｎと、各寄生インダクタンス７ａ〜７ｎとが直列に接続された等価回路１６となる。同様に、スイッチング素子５ａ〜５ｎによる接続回路部の等価回路は、スイッチング素子５ａ〜５ｎの各オフ容量である容量１０ａ〜１０ｎと、各寄生インダクタンス９ａ〜９ｎとが直列に接続された等価回路１８となる。
【００１７】
ここで、等価回路１６における容量８ａ〜８ｎと、各寄生インダクタンス７ａ〜７ｎとが、所望の周波数帯で直列共振するようなスイッチング素子接続数を設定することにより、当該周波数帯における等価回路１６のインピーダンスを略ゼロとすることができ、Ａ点を当該周波数帯における短絡点とすることができる。
【００１８】
また、等価回路１８における容量１０ａ〜１０ｎと、各寄生インダクタンス９ａ〜９ｎとが、所望の周波数帯で直列共振するようなスイッチング素子接続数を設定することにより、当該周波数帯における等価回路１８のインピーダンスを略ゼロとすることができ、Ｂ点についても当該周波数帯における短絡点とすることができる。
【００１９】
一方、上述のように接続点Ａ，Ｂ間の長さは１／４波長の奇数倍に設定されているので、Ａ点からＢ点側を見たインピーダンスは、１／４波長の分布定数線路の終端部が短絡されている場合のインピーダンス、すなわち略無限大とすることができる。
【００２０】
このように、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオフ制御することにより、Ａ点を短絡点とする一方で、Ｂ点側（出力端子２側）を見たＡ点を開放点として機能させることができるので、入力端子１から出力端子２に向かう信号を効果的に遮断することが可能となる。
【００２１】
いま、スイッチング素子４ａ〜４ｎの各寄生インダクタンスをＬｐ（ｐ＝ａ〜ｎ）、オフ容量をＣｐ（ｐ＝ａ〜ｎ）とすると、等価回路１６における直列共振周波数ｆｃは、次式で表される。
ｆｃ＝１／(２×π×√(Ｌt×Ｃoff)）      …（１）
ただし、上記（１）式において、Ｌt＝Ｌa＋…＋Ｌn、１／Ｃoff＝(１／Ｃa＋…＋１／Ｃn）である。
【００２２】
なお、等価回路１７においても同様であり、等価回路１７における直列共振周波数ｆｃは、スイッチング素子５ａ〜５ｎの各寄生インダクタンスをＬｐ（ｐ＝ａ〜ｎ）、オフ容量をＣｐ（ｐ＝ａ〜ｎ）とした場合に、上記（１）式で表すことができる。
【００２３】
（スイッチング素子をオン制御した場合の動作）
つぎに、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオン制御した場合の動作について説明する。図１において、スイッチング素子４ａ〜４ｎおよびスイッチング素子５ａ〜５ｎをオン制御する制御信号が制御端子６に入力された場合、スイッチング素子４ａ〜４ｎによる接続回路部の等価回路は、図３に示すように、スイッチング素子４ａ〜４ｎの各オン抵抗である抵抗１１ａ〜１１ｎと、各寄生インダクタンス７ａ〜７ｎとが直列に接続された等価回路１７となる。同様に、スイッチング素子５ａ〜５ｎによる接続回路部の等価回路は、スイッチング素子５ａ〜５ｎの各オン抵抗である抵抗１２ａ〜１２ｎと、各寄生インダクタンス９ａ〜９ｎとが直列に接続された等価回路１９となる。
【００２４】
ここで、等価回路１７においては、上述したように、各スイッチング素子のオフ容量と各寄生インダクタンスとが、所望の周波数帯で直列共振するようなスイッチング素子接続数が設定されている。このため、等価回路１７では、複数のスイッチング素子４ａ〜４ｎが多段かつ直列に接続され、抵抗１１ａ〜１１ｎと、各寄生インダクタンス９ａ〜９ｎとがそれぞれ加算される構成となるので、スイッチング素子４ａ〜４ｎが接続されるＡ点を当該周波数帯における開放点とすることができる。
【００２５】
また、等価回路１９においても、複数のスイッチング素子５ａ〜５ｎが多段かつ直列に接続され、抵抗１２ａ〜１２ｎと、各寄生インダクタンス９ａ〜９ｎとがそれぞれ加算される構成となるので、スイッチング素子５ａ〜５ｎが接続されるＢ点についても、当該周波数帯における開放点とすることができる。
【００２６】
一方、上述のように接続点Ａ，Ｂ間の長さは１／４波長の奇数倍に設定されているので、Ａ点からＢ点側を見たインピーダンスは、１／４波長の分布定数線路の終端部が開放されている場合のインピーダンス、すなわち略ゼロとすることができる。
【００２７】
このように、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎをオン制御することにより、Ａ点を開放点とする一方で、Ｂ点側（出力端子２側）を見たＡ点を短絡点として機能させることができるので、入力端子１から出力端子２に向かう信号を効果的に伝送することが可能となる。
【００２８】
また、スイッチング素子４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎが、それぞれ多段に直列接続される構成により、入力される高周波電圧が各スイッチング素子に分圧されて印加されるので、従来の高周波スイッチ回路と比較して、より高耐電力化することができる。
【００２９】
（ボンディングワイヤのインダクタンスに関する検討）
ところで、図１に示す高周波スイッチ回路では、入力端子１および出力端子２を伝送線路上の一端および他端にそれぞれ設ける構成としているが、スイッチング素子が接続されるＡ点、Ｂ点との間のみを伝送線路とし、Ａ点と入力端子１との間、およびＢ点と出力端子との間を、金ワイヤなどでボンディング接続する実装も考えられる。このようなボンディング接続の場合、ボンディング接続するボンディングワイヤのインダクタンスが問題となることが多い。
【００３０】
ここで、例えばＰＩＮダイオードをボンディングワイヤで実装するようにした従来の高周波スイッチ回路について考察する。例えば、図４は、ＰＩＮダイオードをボンディングワイヤで実装した従来構成の一例を示す図であり、図５は、図４に示す高周波スイッチ回路の等価回路を示す図である。
【００３１】
図４に示す高周波スイッチ回路では、ＰＩＮダイオード３０と基板２０，２１上にそれぞれ形成された入出力線路２２，２３との間をボンディングワイヤ２４，２５でそれぞれ接続する構成とされている。このような構成の場合、その等価回路は、図５に示すように、ボンディングワイヤのインダクタンスＬとＰＩＮダイオードのキャパシタンスＣｊとによるＬＰＦの構成となる。
【００３２】
ここで、ボンディングワイヤのインダクタンスは、実装上の制約により、例えば０．４ｎＨ程度であり、ＰＩＮダイオードのキャパシタンスは、例えば０．１ｐＦ程度である。この場合、この高周波スイッチ回路の遮断周波数は約３９ＧＨｚとなり、例えば準ミリ波帯やミリ波帯における損失が非常に大きくなる。
【００３３】
一方、準ミリ波帯やミリ波帯における損失を減少させるために、ボンディングワイヤのインダクタンスＬを小さくした場合には、伝送線路との整合が難しくなる。したがって、図４に示すような従来技術の構成による高周波スイッチ回路は、例えば準ミリ波帯やミリ波帯の帯域で使用する高周波スイッチ回路として採用することができない。
【００３４】
他方、本実施の形態にかかる高周波スイッチ回路は、高周波スイッチ回路自身が、接地状態（スイッチング素子オンの状態）と１／４波長線路（５０Ω）による整合状態（スイッチング素子オフの状態）との切り替えを実現しているので、入出力端子に接続されるボンディングワイヤのインダクタンスの影響を無視することができる。したがって、本実施の形態にかかる高周波スイッチ回路は、例えば準ミリ波帯やミリ波帯の帯域において好適な使用が可能となる。
【００３５】
以上、説明したように、この実施の形態の高周波スイッチ回路によれば、入力端子１から出力端子２に向かう高周波信号の通過および遮断を制御する回路部として、直列接続された複数のスイッチング素子４ａ〜４ｎによって構成され、その一端が伝送線路３の接続点Ａに接続されるスイッチング素子回路部と、直列接続された複数のスイッチング素子５ａ〜５ｎによって構成され、その一端が伝送線路３の接続点Ａから１／４波長の奇数倍長だけ離れた接続点Ｂに接続されるスイッチング素子回路部と、を設けるようにしたので、耐電力性を向上させた高周波スイッチ回路を提供することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、スイッチング素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用する場合の一例を示したが、例えばＩＧＢＴなどの接合容量を有するバイポーラ型のトランジスタを用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる高周波スイッチ回路は、自身の耐電力性を向上させた高周波スイッチ回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる高周波スイッチ回路の回路構成を示す図である。
【図２】各スイッチング素子をオフ制御した場合の等価回路を示す回路図である。
【図３】各スイッチング素子をオン制御した場合の等価回路を示す回路図である。
【図４】ＰＩＮダイオードをボンディングワイヤで実装した従来構成の一例を示す図である。
【図５】図４に示す高周波スイッチ回路の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  入力端子
２  出力端子
３  伝送線路
４ａ〜４ｎ，５ａ〜５ｎ  スイッチング素子
６  制御端子
７ａ〜７ｎ，９ａ〜９ｎ  寄生インダクタンス
８ａ〜８ｎ，１０ａ〜１０ｎ  オフ容量
１１ａ〜１１ｎ，１２ａ〜１２ｎ  オン抵抗
１６〜１９  等価回路
２０，２１  基板
２２，２３  入出力線路
２４，２５  ボンディングワイヤ
３０  ＰＩＮダイオード
【図１】
2008193238.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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