(57)【要約】【課題】大電力を送信しても信頼性の高いマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いたアンテナ送受信切替え回路を提供する。【解決手段】送受信アンテナ側に接続される共通端子２１と、送信用回路３１が接続される送信回路端子２２と、受信用回路３２が接続される受信回路端子２３と、接地電位に接続される接地端子２６と、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）１１，１２と、前記マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを制御する第１及び第２の制御端子２４，２５とを有する送受信切替え回路であって、第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１は共通端子２１と受信回路端子２３の接続をオン・オフする位置に配置し、第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２は送信回路端子２２と接地端子２６の間をオン・オフする位置に配置し、さらに送信回路端子２２と共通端子２１は受信周波数の１／４波長となるマイクロストリップライン４０で接続した。【選択図】　　　図１
2004140597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信アンテナ側に接続される共通端子と、送信用回路が接続される送信回路端子と、受信用回路が接続される受信回路端子と、接地電位に接続される接地端子と、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを持ち、前記マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを制御する第１及び第２の制御端子を持つ送受信切替え回路であって、前記第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチは共通端子と受信回路端子の接続をオン・オフする位置に配置し、前記第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチは送信回路端子と接地端子の間をオン・オフする位置に配置し、さらに送信回路端子と共通端子は受信周波数の１／４波長となるマイクロストリップラインで接続されていることを特徴とするアンテナ送受信切替え回路。
【請求項２】
前記マイクロストリップラインの代わりに、コプレーナー線路を用いたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ送受信切替え回路。
【請求項３】
前記マイクロストリップラインの代わりに、集中定数素子による等価な回路を用いたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ送受信切替え回路。
【請求項４】
前記集中定数素子による等価な回路は、ローパス特性を示すことを特徴とする請求項３記載のアンテナ送受信切替え回路
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送受信を行う無線通信機器に用いられるアンテナ送受信切り替え回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波の無線通信機器におけるアンテナ送受信切替え回路としては、従来ダイオードを用いたスイッチが広く用いられている。これは、ダイオードにＤＣ電流を流した場合には、高周波帯で導通した状態となり、電流を流さない場合には絶縁状態となる性質を利用したものである。ところがＤＣ電流を流すということは、電力を消費するという事であり、携帯電話などのバッテリーで駆動する通信機器では低消費電力のスイッチが求められている。
【０００３】
そこで、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）をダイオードの代わりに用いる方法が現在検討されている。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチはＤＣ電流を必要とせず、またスイッチの導通・不通の切替えに要するエネルギーも極わずかですむ（例えば、特許文献１参照）。加えてマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いた場合には、導通時には高周波信号の挿入損失も小さく、不通時にはアイソレーションが高いという、スイッチとして理想的な性質を持つ。しかし、反面微小電流でも接点部分が高温に晒されることが報告されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４３５９５公報
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ　ＡＮＤ　ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ　１９９９、ＶＯＬ．　２２，　ＮＯ．　３，
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いた場合のアンテナ送受信切り替え装置の構成例を示す。
現在マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの基本構造としては２端子間をＯＮ・ＯＦＦするだけのものが最も容易に作成される。このようなスイッチによりアンテナに接続する回路との接続を、送信回路３１あるいは受信回路３２へ切替える場合、図のように２つのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１、１２が必要となる。図３において、送信時には第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１をオフ状態とし、第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２をオン状態とすることで、アンテナ端子を送信回路端子に接続することになる。このような構成では、第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２を送信信号が通過するが、無線通信機器の送信電力は、３Ｗを超える場合もあり、その際に大きな電流がマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを通過する。上記非特許文献１の報告では、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの接点部分は極めて小さいため、熱が逃げにくく、且つ電流が集中するために、２００ｍＡ以下の電流で接点部分が１００℃以上の高温に晒されることが記されているが、例えば３Ｗの送信電力では５０Ωのアンテナインピーダンスの場合で２４０ｍＡの電流が流れるため、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ接点部分は極めて高温になる。このように高温に晒される場合には、長期的な信頼性が著しく低下することが懸念され、したがって送信電力の大きい場合に、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いたアンテナ送受信切替え回路の高信頼性を確保するには、このような状態を避ける手段が求められることになる。
【０００６】
そこで、本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いた送受信切替え回路において、大電力を送信しても信頼性の低下を起こさない構成を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のアンテナ送受信切替え回路は、送受信アンテナ側に接続される共通端子と、送信用回路が接続される送信回路端子と、受信用回路が接続される受信回路端子と、接地電位に接続される接地端子と、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを持ち、前記マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを制御する第１及び第２の制御端子を持つ送受信切替え回路であって、前記第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチは共通端子と受信回路端子の接続をオン・オフする位置に配置し、前記第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチは送信回路端子と接地端子の間をオン・オフする位置に配置し、さらに送信回路端子と共通端子は受信周波数の１／４波長となるマイクロストリップラインで接続されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２のアンテナ送受信切替え回路は、前記第１のアンテナ送受信切替え回路で用いたマイクロストリップラインの代わりに、コプレーナー線路を用いたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３のアンテナ送受信切替え回路は、前記第１のアンテナ送受信切替え回路で用いたマイクロストリップラインの代わりに、集中定数素子による等価な回路を用いたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４のアンテナ送受信切替え回路は、前記第３のアンテナ送受信切替え回路で用いた集中定数素子による等価な回路が、ローパス特性を持つことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアンテナ送受信切替え回路の一実施例を図面に基づいて説明する。図１に示されるように、本発明のアンテナ送受信切替え回路は、送受信アンテナ１が接続されるアンテナ端子２１と、送信用回路３１が接続される送信回路端子２２と、受信用回路３２が接続される受信回路端子２３と、接地電位に接続される接地端子２６と、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２を持ち、前記マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを制御する第１及び第２の制御端子２４，２５を持つアンテナ送受信回路切替え回路であって、前記第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１は、アンテナ端子２１と受信回路端子２３の接続をオン・オフする位置に配置し、前記第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２は、送信回路端子２２と接地端子２６の間をオン・オフする位置に配置し、さらに送信回路端子２２と共通端子２２との間は受信周波数の１／４波長となるマイクロストリップライン４０で接続したものである。
【００１２】
このアンテナ送受信回路切替え回路は、受信時には第１、第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２ともＯＮ状態とする。このとき、送信回路端子２２は、第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２により接地させられているため、送信回路端子２２に接続された送信回路３１のインピーダンスにかかわらず、インピーダンス０で接地されることになる。このため共通端子２１から送信回路側を見た場合には、１／４波長の長さのマイクロストリップラインによりショートがオープンに変換される。一方、共通端子２１からみた受信回路端子２３側のインピーダンスは、第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１により受信回路端子２３が直結されるため、受信回路端子２３に接続される受信回路３２のインピーダンスに等しい。したがって、共通端子のインピーダンスはオープン回路と受信回路の並列回路となり、従って受信回路３２のインピーダンスに等しくなる。このためインピーダンス整合条件を満たし、アンテナから入力した電力は高効率で受信回路端子へと伝達される。この際、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２には、電流が流れるが、無線通信機器での受信電力は非常に小さいため、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２に流れる電流も小さく、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの信頼性を損なうことはない。
【００１３】
次に、送信時には、第１第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２ともオフ状態とする。この時、共通端子２１から見た受信回路端子２３は、第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１がオフになっているためオープンに見える。従ってマイクロストリップライン４０の共通端子２１側の端から共通端子をみたインピーダンスは、アンテナのインピーダンスになる。一般には、送信端子２２から共通端子２１側を見た場合のインピーダンスは、さらにマイクロストリップライン４０によりインピーダンス変換を受けるが、マイクロストリップの特性インピーダンスをアンテナのインピーダンスと一致させておけばインピーダンスは変化しないため送信回路の設計が容易となる。このとき、第１及び第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１，１２ともオフ状態であるため、電流がマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを流れることがなく、そのため信頼性の低下も招かない。
【００１４】
上記した実施例で用いたマイクロストリップラインに代えてコプレーナー線路あるいは集中定数素子による等価な回路を用いて実施することも出来る。コプレーナー線路とした場合にも、前記のマイクロストリップラインと同等の効果が期待されると同時に、マイクロストリップラインでは、マイクロストリップラインの下部に必要となる接地電極面が不要となる。また、集中定数による等価な回路を用いた場合には、マイクロストリップラインと同等の効果が期待されると同時に、集中定数素子を用いるために回路の小型化が可能となる。さらにこの等価な回路にローパス特性を持つようにすることにより、送信信号に含まれる高調波成分を除去できるためにさらに望ましい。このような集中定数素子の等価な回路としては、たとえば図２のような回路を用いることができる。このときキャパシタ５１の容量Ｃ及びインダクタ５２のインダクタンスＬは、以下の数式を用いて設定すると所定の性能を得ることが出来る。ここでＺａｎｔはアンテナ端子に接続される外部のインピーダンスであり、ｆｒは受信信号周波数を表す。
【００１５】
【数１】
2004140597.tif 000003
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いた高性能のアンテナ送受信切替え回路において、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの信頼性を損なうことなく大きな送信電力を取り扱えるアンテナ送受信切替え回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いたアンテナ送受信切替え回路の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いたアンテナ送受信切替え回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図３】従来のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチを用いたアンテナ送受信切替え回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：アンテナ
１１：第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ
１２：第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ
２１：共通端子
２２：送信回路端子
２３：受信回路端子
２４：第１の制御端子
２５：第２の制御端子
２６：接地端子
３１：送信回路
３２：受信回路
３３：第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの制御回路
３４：第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの制御回路
３９：接地
４０：マイクロストリップ線路
４１：送受信切り替え回路
５１：キャパシタ
５２：インダクタ
【図１】
2004140597.tif 000004
【図２】
2004140597.tif 000005
【図３】
2004140597.tif 000006