(57)【要約】【課題】大電力を送信しても相互変調ひずみの少なく線形性の良い、電界効果トランジスタを用いた小型の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の電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタのゲート電位を制御する制御端子を有し、第１の電界効果トランジスタは共通端子と接続されたノードｎ１にソース端子を接続し、受信回路端子にドレイン端子を接続し、制御端子に抵抗を介してゲート端子を接続し、ノードｎ１と送信回路端子に接続されるノードｎ２の間に受信信号波長の１／４の伝送線路が接続され、更に第２の電界効果トランジスタはノードｎ２にドレイン端子を接続し、接地端子にソース端子を接続し、制御端子に抵抗を介してゲート端子を接続した。【選択図】      図１
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【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の電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのゲート電位を制御する制御端子を持つ送受信切替え回路であって、前記第１の電界効果トランジスタは共通端子と接続されたノードｎ１にソース端子を接続し、受信回路端子にドレイン端子を接続し、制御端子に抵抗を介してゲート端子が接続されるように配置され、更に前記ノードｎ１と送信回路端子に接続されるノードｎ２の間に受信信号波長の略４分の１の長さを持つ伝送線路が接続され、更に前記第２の電界効果トランジスタは前記ノードｎ２にドレイン端子を接続し、接地端子にソース端子を接続し、前記制御端子に抵抗を介してゲート端子が接続されるように配置したことを特徴とするアンテナ送受信切替え回路。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナ送受信切替え回路であって、前記第１、第２の電界効果トランジスタと並列にインダクタが接続され、前記インダクタのインダクタンスは送信信号周波数においてそれぞれ電界効果トランジスタのオフ時のキャパシタンスと並列共振するように設定されることを特徴とするアンテナ送受信切替え回路。
【請求項３】
請求項１または２記載のアンテナ送受信切替え回路であって、前記第２の電界効果トランジスタのソースが接続される接地端子を、キャパシタを介して交流的に接地することにより、前記第１及び第２の電界効果トランジスタのソース端子の直流電位を変更可能にしたことを特徴とするアンテナ送受信切替え回路。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ送受信切替え回路であって、前記伝送線路の代わりに、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アンテナ送受信切替え回路。
【請求項５】
請求項４記載のアンテナ送受信切替え回路であって、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事を特徴とする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、移動体無線通信機器、特に時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を採用した携帯電話等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。このようなアンテナ送受信切替え回路として例えば特許文献１に報告されている。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より低消費電力のスイッチが求められている。
【０００３】
そのような素子として、電界効果トランジスタが挙げられる。電界効果トランジスタは、そのゲートとソース間の電圧によりドレイン端子とソース端子間の導通をオン・オフでき、なおかつゲート端子に流れ込む電流がごくわずかですむために低消費電力でスイッチングできるという好ましい特徴をもつ。特にＧａＡｓを材料として用いた電界効果トランジスタは高周波特性に優れ、準マイクロ波、マイクロ波帯域で使用するのにふさわしい特性を持つ。
【０００４】
このような電界効果トランジスタを用いたアンテナ送受信切替え回路として、特許文献２の高周波スイッチ回路や特許文献３の高周波スイッチ等に開示されている。図６は特許文献２に示された回路図である。しかしながら、図６からも明らかなように、これらの構成では、いずれも送信時には送信信号電流が電界効果トランジスタを通過してしまう。現在用いられている携帯電話などの出力は１Ｗ近くにもなるため、電界効果トランジスタの持つ非線形性通過特性により、高調波発生による帯域外輻射や相互変調による歪みから近接通信チャンネルへの電波の漏洩が問題となる可能性がある。また、電界効果トランジスタのオン抵抗を電流が流れるので、信号が減衰するという問題もある。
【０００５】
また別の構成を持つアンテナ送受信切替え回路としては、特許文献４が挙げらる。図７は特許文献４に示された回路図である。この構成によれば、送信信号電流は電界効果トランジスタを通過せずに送信アンプからアンテナへ流れるように見えるが、実際には送信時に電界効果トランジスタ１２ｃはオン状態にあり、（４分の１波長伝送線路４０ｃの特性インピーダンス）／（ノードｎ３における交流電圧）分だけの電流が流れるため、やはり非線形性による問題を回避できない。またこの構成では４分の１波長伝送線路を複数個使用する構成となるため、１０ＧＨｚ以下の帯域では装置の小型化が困難といった問題が発生する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２４６９４５号公報
【特許文献２】
特開平５−１９９０９４号公報
【特許文献３】
特開平８−２３２７０号公報
【特許文献４】
特開平７−２３５８０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１０ＧＨｚ以下の準マイクロ波帯、マイクロ波帯で用いられるアンテナ送受信切替え回路において、信号送信時の線形性に優れ、尚且つ小型化を可能とする回路を実現することを目的とする。
【０００８】
【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の電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのゲート電位を制御する制御端子を持つ送受信切替え回路であって、前記第１の電界効果トランジスタは共通端子と接続されたノードｎ１にソース端子を接続し、受信回路端子にドレイン端子を接続し、制御端子に抵抗を介してゲート端子が接続されるように配置され、更に前記ノードｎ１と送信回路端子に接続されるノードｎ２の間に受信信号波長の略４分の１の長さを持つ伝送線路が接続され、更に前記第２の電界効果トランジスタは前記ノードｎ２にドレイン端子を接続し、接地端子にソース端子を接続し、前記制御端子に抵抗を介してゲート端子が接続されるように配置したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２のアンテナ送受信切替え回路は、上記アンテナ送受信切替え回路において、前記第１、第２の電界効果トランジスタと並列にインダクタが接続され、前記インダクタのインダクタンスは送信信号周波数においてそれぞれ電界効果トランジスタのオフ時のキャパシタンスと並列共振するように設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３のアンテナ送受信切替え回路は、上記アンテナ送受信切替え回路の何れかにおいて、前記第２の電界効果トランジスタのソースが接続される接地端子を、キャパシタを介して交流的に接地することにより、前記第１及び第２の電界効果トランジスタのソース端子の直流電位を変更することを可能にしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４のアンテナ送受信切替え回路は、上記アンテナ送受信切替え回路の何れかにおいて、前記伝送線路の代わりに、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。
【００１２】
本発明の第５のアンテナ送受信切替え回路は、上記アンテナ送受信切替え回路において、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事を特徴とする。
【００１３】
【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を実施例の図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は本発明のアンテナ送受信切替え回路の第１の実施例である。図１に示されるように、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の電界効果トランジスタ１２ａ，１２ｂと、前記電界効果トランジスタのゲート電位を制御する制御端子２４ａを持つ送受信切替え回路である。ここで前記第１の電界効果トランジスタ１２ａは共通端子２１と接続されたノードｎ１にソース端子を接続し、受信回路端子２３にドレイン端子を接続し、制御端子２４ａに抵抗１３ａを介してゲート端子が接続されるように配置し、更に前記ノードｎ１と送信回路端子２２に接続されるノードｎ２の間に受信信号波長の略４分の１の長さを持つ伝送線路４０を接続し、更に前記第２の電界効果トランジスタ１２ｂは前記ノードｎ２にドレイン端子を接続し、接地端子２６にソース端子を接続し、前記制御端子２４ａに抵抗１３ｂを介してゲート端子が接続されるように配置したものである。以下にその動作を説明する。
【００１４】
▲１▼：送信時
送信時においては制御端子２４ａに、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂの閾値電圧以下の電圧（例えば−２Ｖ）を印加することにより、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂのソース、ドレイン間をオフ状態にする。こうする事によって、ノードｎ１から受信回路側を見た場合にそのインピーダンスはオープンに近くなり、受信端子はノードｎ１から電気的に切り離された状態となる。またノードｎ２から第２の電界効果トランジスタ側を見たインピーダンスも同様にオープンに近い高インピーダンスとなり、送信回路端子から入力された信号は伝送線路４０を通過して共通端子２１に出力され、出力信号の高周波電流は電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂを通過することがなくなる。したがって電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂによる非線形の効果は最小限に抑える事が出来、線形性のよい切替え回路となる。また、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂのドレイン・ソース間には電流が流れないので、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂによる信号減衰もなく、比較的小さい電界効果トランジスタを用いても十分な特性を得られることが期待でき、製造コストの削減にも寄与する。
【００１５】
▲２▼：受信時
受信時においては制御端子２４ａに電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂの閾値電圧以上の電圧（例えば３．６Ｖ）を印加することにより、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂのソース、ドレイン間を導通させた状態にする。こうすることによりまずノードｎ１から受信回路端子側を見た場合には、電界効果トランジスタ１２ａのドレイン、ソース間が導通状態にあるため、ほぼ受信回路のインピーダンスが見えることになる。さらに、ノードｎ２はオン状態にある電界効果トランジスタ１２ｂのため、送信回路のインピーダンスに係らずほぼ接地状態となる。ノードｎ１からノードｎ２側を見たインピーダンスは、ｎ２における接地の状態が伝送線路によるインピーダンス変換を受け、ほぼオープンに近い高インピーダンスに見える。したがって共通端子２１からアンテナ送受信切替え回路側を見た場合には、ほぼ受信回路のインピーダンスが見えることになり、整合条件が保たれ、共通端子２１から入力された受信信号は電界効果トランジスタ１２ａを通って受信回路端子２３に出力される。この際電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂともに受信信号による高周波電流がドレイン、ソース間に流れるが、受信電力は通常極めて小さいため、電界効果トランジスタのオン抵抗を十分小さくしておけば、非線形性が問題になることはない。
【００１６】
（実施例２）
図２に本発明の第２の実施例を示す。本実施例においては電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂと並列にインダクタ１４ａ、１４ｂを接続する。本構成は特に送信時において、前記各インダクタがオフ状態にある電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂの寄生容量と共振するように設定する事により、これらの並列回路の受信周波数におけるインピーダンスをより高めることが出来る。このようにすることで、送信電力の受信回路端子への漏洩電力をより少なくする事が出来、好ましい。また、受信時においては、この時電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂはオン状態にあるため、そのオン抵抗とインダクタが並列に接続されることにより、この並列回路のインピーダンスが小さく見えるだけであり、特に悪影響を及ぼす事はない。
【００１７】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例を示す図である。本実施例においては、接地端子２４ｂをキャパシタ３６を介して交流的に接地する。接地端子２４ｂはインダクタ３７を介して直流的には制御回路に接続され、その電位を調整することが可能である。高周波信号に対しては、インダクタ３７が高インピーダンスを示すため、制御回路に信号が漏洩する事を防ぐことが出来る。このような構成をとる事により、送信時に、制御端子２４ｂに正の電圧（例えば３Ｖ）を印加し、２４ａに０Ｖを印加することにより、制御回路が負の電圧を作ることなく電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧を負にすることが可能となる。したがって、制御回路が簡単となりコスト削減に貢献する。
【００１８】
（実施例４）
図４は本発明の第４の実施例を示す図である。図において５１はインダクタ、５２ａ、５２ｂはキャパシタであり、それぞれのインダクタンス、容量は次のように設定する。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
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。このように、集中定数による等価な回路を用いることにより、４分の１波長伝送線路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。
【００２１】
（実施例５）
図５は上記した第２の実施例に係わる別の実施例を示す図である。次にその動作について説明する。すなわち送信時において、制御端子２４ａに閾値電圧以下の電圧を印加する事により、電界効果トランジスタ１２ａ、１２ｂともオフ状態とし、制御端子２４ｃに閾値電圧以上の電圧を印加して電界効果トランジスタ１２ｉをオン状態にする。電界効果トランジスタ１２ａはオフ状態でインダクタ１４ａと並列共振し、高インピーダンス状態を作りだしているが、実際にはインピーダンスは有限であるため、わずかではあるが信号が漏れてしまう。そこで電界効果トランジスタ１２ｉをオン状態にして受信回路端子を接地させてこの漏れ電流を接地に逃がすことにより、実施例２と比較して、受信回路のアイソレーションをより改善することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、電界効果トランジスタを用いた高性能のアンテナ送受信切替え回路において、良好な線形性を持ち相互変調歪みが小さい、小型の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】本発明のアンテナ送受信切替え回路の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明のアンテナ送受信切替え回路の第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明のアンテナ送受信切替え回路の第３の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明のアンテナ送受信切替え回路の第５の実施例を示す回路図である。
【図５】本発明のアンテナ送受信切替え回路の別の実施例を示す回路図である。
【図６】従来のアンテナ送受信切替え回路の例を示す回路図である。
【図７】従来の別のアンテナ送受信切替え回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１：アンテナ
１２ａ：第１の電界効果トランジスタ
１２ｂ：第２の電界効果トランジスタ
２１：共通端子
２２：送信回路端子
２３：受信回路端子
２４ａ：制御端子
２４ｂ：制御端子
２６：接地端子
３１：送信回路
３２：受信回路
３３：電界効果トランジスタのゲート電圧制御回路
４０：４分の１波長伝送線路
４１：送受信切り替え回路
３４、３５、３６、５２ａ、５２ｂ：キャパシタ
１４ａ、１４ｂ、３７、５１：インダクタ
【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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