(57)【要約】【課題】昇圧回路による電力消費を抑えた低消費電力のマイクロ・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送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・スイッチは受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、さらに受信回路端子と共通端子は送信周波数の１／４波長となる伝送線路で接続した。【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のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチと、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制御端子と、前記制御端子に接続される昇圧回路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送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・スイッチは受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、さらに受信回路端子と共通端子は送信周波数の１／４波長となる伝送線路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請求項１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、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）を用いた送受信を行う無線通信機器で、特にバッテリーを電源とする携帯電話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・スイッチについては例えば特許文献１に報告されている。マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチはダイオードを用いた場合のような、オン状態時の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。加えて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。
【０００４】
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特許文献１に報告されているような、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。ところで、特許文献１によればこのようなマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチをオン状態にするには２５Ｖを超える高い電圧を制御端子に印加する必要があるため、リチウムイオンバッテリーなどのバッテリーで駆動する無線端末においては、バッテリー電圧を昇圧させる昇圧回路が必要になる。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、送信回路あるいは受信回路へ切替える場合、図３のように２つのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチと昇圧回路が必要となる。その動作は、送信時には制御端子２４に低電圧を印加して第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、制御端子２５に昇圧回路３３ａより得る高電圧を印加して第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、共通端子を送信回路端子に接続することになる。
【０００５】
また、受信時においては、制御端子２４に昇圧回路３３ｂから得る高電圧を印加して第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１をオン状態とし、制御端子２５に低電圧を印加して第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２をオフ状態とすることで、共通端子を受信回路端子に接続することが出来る。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４３５９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３の構成においては、受信時、送信時のいずれの動作時においても、どちらかのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチがオン状態になっている。このため、いずれかの制御端子に高電圧を印加するために昇圧回路が動作しており、昇圧回路の消費電力が常に発生してしまう。このようにして従来の構成では、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの大きな利点である低消費電力性が失われてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、時分割多元接続方式を用いた携帯電話に用いられるマイクロ・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、消費電力が極めて小さくなる構成を提案するものである。
【０００９】
【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の制御端子と、前記制御端子に接続される昇圧回路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送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・スイッチは受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、さらに受信回路端子と共通端子は送信周波数の１／４波長となる伝送線路で接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２のアンテナ送受信切替え回路は、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
【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制御端子２４と、前記制御端子２４に接続された昇圧回路３３を持つアンテナ送受信回路切り換回路であって、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、共通端子２１と送信回路端子２２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、受信回路端子２３と接地端子２６の間をオン・オフする位置に配置し、さらに受信回路端子２３と共通端子２２との間は送信周波数の１／４波長となす伝送線路４０で接続したものである。
【００１２】
このような構成をとることにより、このアンテナ送受信切り替え回路は次のように動作する。
１．受信時
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ともオフ状態とすることにより、共通端子２１から見た送信回路端子２２側は、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。また第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチもオフ状態であるため、共通端子２１と受信回路端子２３は伝送線路４０を持って直結されている状態になる。したがって伝送線路４０の特性インピーダンスが受信回路の入力インピーダンスと同じであれば、共通端子２１からみた受信回路端子側のインピーダンスは変換されることなく、整合条件を乱さない。したがってアンテナで受信された受信信号は共通端子２１に入力され伝送線路４０を通って受信回路端子２３に出力される。
【００１３】
このとき、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチの制御端子に加える電圧は０Ｖでよいため、昇圧回路３３の動作を中断させてよい。このため受信時の消費電力を抑えることができる。
【００１４】
２．送信時
送信時においては、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ともオン状態とすることにより次のように動作する。受信回路端子２３は第２のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１２により接地されている。このため、共通端子２１からみた受信回路端子２２側のインピーダンスは、受信回路のインピーダンスに関わらず、接地（ショート）を４分の１波長の伝送線路で変換されたインピーダンス、すなわちオープンにみえる。したがって第１のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ１１をオン状態にすることにより、共通端子２１と送信回路端子２２が直結することになり、送信回路端子２２から入力された送信信号は共通端子２１へと出力される。このとき、制御端子２４には、昇圧回路３３を動作させて閾値電圧以上の電圧を加える必要がある。
【００１５】
以上のような動作により、送信時には昇圧回路３３を動作させる必要があるが、携帯電話で用いられている時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）の通話方式において、通常の使用状況では、携帯電話側はそのほとんどの時間を基地局からの呼出しを待ち受けている状態であり、このときアンテナは、受信回路と接続している。このため本発明による構成では、ほとんどの時間において昇圧回路が動作する必要がなくなり、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大幅な消費電力の低下が可能となる。
【００１６】
また、上記した実施例で用いた前記伝送線路４０の代わりに、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。集中定数による等価な回路を用いた場合には、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。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５２ａ，５２ｂの容量Ｃ及びインダクタ５１のインダクタンスＬは、次式を用いて設定すると、送信周波数において前記伝送線路４０と等価な性能を得る事が出来る。ここでＺａｎｔは共通端子に接続される外部のインピーダンスであり、ｆｔは送信信号周波数を表す。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
【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、大幅な消費電力の低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の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】本発明の第２の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
３３，３３ａ，３３ｂ：昇圧回路
４０：送信周波数の４分の１波長伝送線路
５０：バッテリー
５１：インダクタ
５２ａ，５２ｂ：キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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