(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子と第２端子との間の伝送路にシリーズ接続された所定のバイアス電圧に応答してオン又はオフ状態になる第１ＰＩＮダイオードを含み、オフ状態にある前記第１ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと共振して該オフ状態における２つの周波数帯の信号の前記第２端子から前記第１端子への通過を阻止する第１共振回路と、
前記第１端子と第３端子との間の伝送路にシャント接続された前記バイアス電圧に応答してオン又はオフ状態になる第２ＰＩＮダイオードを含み、オフ状態にある前記第２ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと共振して該オフ状態における前記２つの周波数帯の信号の前記第１端子から前記第３端子への通過を阻止する第２共振回路と、
前記第１端子と前記第２共振回路との間の伝送路に直列接続された前記２つの周波数帯の信号のそれぞれの１／４波長線路として機能しうる２波長対応型１／４波長線路と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ回路。
【請求項２】
請求項１記載の高周波スイッチ回路において、
前記２波長対応型１／４波長線路は、右手・左手系複合線路によって構成される、
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、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し、特に、シリーズ／シャント接続されたＰＩＮダイオードを含む共振回路を有する高周波スイッチ回路に関する。
【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。特に、この種の高周波スイッチ回路をマルチバンド対応に拡張した例が下記特許文献１で提案されている。
【０００３】
図６は、この提案されている高周波スイッチ回路を示す回路図である。図７は、図６の高周波スイッチ回路の周波特性を示すグラフである。図８は、図６の高周波スイッチ回路を利用した送受信システムを例示するブロック図である。
【０００４】
図６に示す高周波スイッチ回路は、シリーズ／シリーズ接続されたＰＩＮダイオードを含む一対の共振回路から基本構成される。なお、シリーズ接続とは、伝送路に直列にＰＩＮダイオードを挿入することを意味し、一方、シャント接続とは、伝送路とグランドとの間にＰＩＮダイオードを挿入することを意味する。図６中、左側の共振回路１０は、ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を有している。また、図６中、右側の共振回路２０も同様に、ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を有している。また、バイアス電圧＋Ｖａ及び＋Ｖｂが、左右のＰＩＮダイオードＤをオンオフさせるために印加される。なお、Ｃｂ、Ｃ１、Ｃ２は、直流阻止用コンデンサである。
【０００５】
このような構成において、共振回路１０を例にとると、ＰＩＮダイオードＤに所定のバイアス電圧＋Ｖａが印加されているときには、ＰＩＮダイオードＤはオン状態になり、図７の太線で示すような周波数特性を呈する。これに対して、同ＰＩＮダイオードＤにバイアス電圧＋Ｖａが印加されていないときには、ＰＩＮダイオードＤはオフ状態になり、図７の細線で示すような周波数特性を呈する。すなわち、特定の周波数帯ｆ１及びｆ２において、オフ状態のＰＩＮダイオードＤに起因する寄生キャパシタンスと、インダクタＬ１１、Ｌ１２とがそれぞれ共振することにより、周波数帯ｆ１、ｆ２における、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）が確保される。なお、右側の共振回路２０も同様の周波数特性を呈する。
【０００６】
したがって、バイアス電圧＋Ｖａ及び＋Ｖｂを制御して、左右のＰＩＮダイオードＤをオンオフすることによって、端子Ｐ１と、端子Ｐ２又はＰ３とのスイッチングが可能になる。
【０００７】
このような構造のマルチバンド対応型の高周波スイッチを、図８に示すような送受信システムに利用した場合、図６の端子Ｐ１、Ｐ２及びＰ３はそれぞれ、アンテナＡＮＴ、送信機３及び受信機２に接続される。送信機３及び受信機２は制御部５から送受信に関する指令を受ける。制御部５は、マイクロコンピュータを含み、上記周波数帯ｆ１又はｆ２のいずれを使用するかを指定する周波数指定信号や送信／受信モードを示すモード指定信号等を出力する。
【０００８】
制御部５から出力される送信／受信モード信号はＤ／Ａ変換器４に与えられ、そうすると、Ｄ／Ａ変換器４は、図６におけるバイアス電圧＋Ｖａ及び＋Ｖｂをそれぞれ調整することによって、ＳＰＤＴスイッチ１を切替制御して送信モード又は受信モードに切り替える。また、制御部５から出力される周波数指定信号で示される周波数ｆ１又はｆ２によって、送信機３及び受信機２はそれぞれ送受信動作を行う。なお、アンテナＡＮＴは、想定される全ての周波数帯対応な周知の周波数帯対応型が使用される。
【特許文献１】特開２００５−１０２１３９号公報
【非特許文献１】I-Hsiang Lin, Student Member, IEEE, Marc DeVincestis, Member, IEEE, Christophe Caloz, Member, IEEE, and Tatsuo Itoh, Fellow, IEEE, Arbitrary Dual-Band Components Using Composite Right/Left-Handed Transmission Lines, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.52, NO.4, APRIL 2004, p.1142-p.1149
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上述のようなシリーズ／シリーズ接続された共振回路から構成される高周波スイッチでは、２つのＰＩＮダイオードＤに対してそれぞれ別個にバイアス電圧を印加する必要があるため、２つのバイアス電圧印加回路が必要となり、構成が複雑化するという問題があった。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、バイアス電圧印加回路の構成を簡易にしつつ、２つの周波数帯において良好なアイソレーションが確保可能になる高周波スイッチ回路を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の高周波スイッチ回路は、第１端子と第２端子との間の伝送路にシリーズ接続された所定のバイアス電圧に応答してオン又はオフ状態になる第１ＰＩＮダイオードを含み、オフ状態にある前記第１ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと共振して該オフ状態における２つの周波数帯の信号の前記第２端子から前記第１端子への通過を阻止する第１共振回路と、前記第１端子と第３端子との間の伝送路にシャント接続された前記バイアス電圧に応答してオン又はオフ状態になる第２ＰＩＮダイオードを含み、オフ状態にある前記第２ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと共振して該オフ状態における前記２つの周波数帯の信号の前記第１端子から前記第３端子への通過を阻止する第２共振回路と、前記第１端子と前記第２共振回路との間の伝送路に直列接続された前記２つの周波数帯の信号のそれぞれの１／４波長線路として機能しうる２波長対応型１／４波長線路と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、第１共振回路の第１ＰＩＮダイオードはシリーズ接続されているが、第２共振回路の第２ＰＩＮダイオードは２つの周波数帯にそれぞれ対応可能な１／４波長線路を介してシャント接続されている。このため、１つのバイアス電圧を調整するだけで、第１端子と第２端子との接続、又は、第１端子と第３端子との接続を切り替えることが可能になる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の高周波スイッチ回路は、請求項１記載の高周波スイッチ回路において、前記２波長対応型１／４波長線路は、右手・左手系複合線路によって構成される、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、２波長対応型１／４波長線路は、右手・左手系複合線路によって構成されるので、１より大きい任意の倍数の関係にある２つの周波数帯の信号に対応可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、第１共振回路の第１ＰＩＮダイオードはシリーズ接続されているが、第２共振回路の第２ＰＩＮダイオードは２つの周波数帯にそれぞれ対応可能な１／４波長線路を介してシャント接続されている。このため、１つのバイアス電圧を調整するだけで、第１端子と第２端子との接続、又は、第１端子と第３端子との接続を切り替えることが可能になる。したがって、バイアス電圧印加回路の構成を簡易にしつつ、従来と同様に、２つの周波数帯において良好なアイソレーション特性を有するスイッチング制御を実現できる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、２波長対応型１／４波長線路は、右手・左手系複合線路によって構成されるので、簡易な構成でありながら、１より大きい任意の倍数の関係にある２つの周波数帯の信号に対応可能な高周波スイッチ回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の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係る高周波スイッチを示す回路図である。
【００１８】
図１に示す高周波スイッチは、シリーズ／シャント接続されたＰＩＮダイオードを含む一対の共振回路を有している。シリーズ／シャント接続とは、上述したように、一方のＰＩＮダイオードＤが伝送路（Ｐ１−Ｐ２間）に直列に挿入され、他方のＰＩＮダイオードＤが伝送路とグランドとの間に挿入されていることを示す。第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２及び第３端子Ｐ３はそれぞれ、例えば、図８に示した送受信システムのアンテナＡＮＴ、送信機３及び受信機２に接続される。図１中、左側の共振回路１０は、シリーズ接続された第１ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を有している。この共振回路１０は、請求項の第１共振回路に対応する。第１ＰＩＮダイオードＤには所定のバイアス電圧＋Ｖａが印加される。
【００１９】
また、図１中、右側の共振回路２０は、シャント接続された第２ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を有している。なお、Ｃｂ、Ｃ１、Ｃ２は、直流阻止用コンデンサである。この共振回路２０は、請求項の第２共振回路に対応する。この共振回路２０と第１端子Ｐ１との間には、２波長対応型λ／４線路３０が挿入されている。
【００２０】
２波長対応型λ／４線路３０は、倍数関係にある２つの周波数帯の信号（以下、単に、２つの周波数ともよぶ）ｆ１、ｆ２に対してそれぞれ１／４波長線路として機能しうるものである。すなわち、２つの周波数ｆ１、ｆ２は、１より大きい任意の倍数の関係、つまり、ｆ２＝αｆ１（ここで、αは任意の定数、α＞１）の関係にある。この２波長対応型λ／４線路３０は、上記非特許文献１にも示されている右手・左手系複合線路、或いは、ＣＲＬＨ（Composite Right/Left-Handed）型伝送線路とよばれる伝送線路で実現可能である。
【００２１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ＣＲＬＨ型伝送線路を説明するための図である。ＣＲＬＨ型伝送線路は、周知のように、図２（ａ）及び図２（ｂ）にそれぞれ示すようなコンデンサ−インダクタ回路ＬR、ＣRからなる右手系単位セル及びＬL、ＣLからなる左手系単位セルが組み合わさた伝送路である。組合せ方法は、非特許文献１にも示されている通り様々なバリエーションがあるので、ここでは例示しない。
【００２２】
このような図２（ａ）及び図２（ｂ）にそれぞれ示すようなコンデンサ−インダクタ回路ＬR、ＣR及びＬL、ＣLにおいて、右手系における位相をφR、左手系における位相をφLとする。そうすると、
【００２３】
【数１】
0004641491.tif 000002
【００２４】
と表現できる。ここで、Ｎは整数、ｆは周波数である。ＣＲＬＨ型伝送線路における位相は、φRとφLの和となるので、これをφ（ｆ）とすると、
【００２５】
【数２】
0004641491.tif 000003
【００２６】
となるようにすると、これらｆ１とｆ２の２つの周波数においてλ／４変換が可能になる。式（３）及び式（４）をＰ、Ｑについて解くと、
【００２７】
【数３】
0004641491.tif 000004
【００２８】
となる。すなわち、任意のｆ１とｆ２に対して、ＰとＱ（これらが上記ＬR、ＣR、ＬL、ＣLを決定する）を式（５）及び式（６）のように選べば、これらのＰ、Ｑはｆ１とｆ２に対してλ／４変換が可能になる。このことを図示すると、図３のようになる。φCがπ／２（すなわち９０度）及び３π／２（すなわち２７０度）のときにそれぞれ、周波数ｆがｆ１及びｆ２になる。
【００２９】
しかしながら、式（３）及び式（４）は、φCがπ／２及び３π／２のときしか考慮していない。φCの漸近線であるφRは、原点を通る直線であることから、ｆ２＝αｆ１となる任意のαは、１＜α＜３の制約がある。そこで、式（３）及び式（４）を拡張する。
【００３０】
例えば、３＜α＜５の場合には、式（３）及び式（４）は以下のようになる。なお、この場合を図４に示す。
【００３１】
【数４】
0004641491.tif 000005
【００３２】
同様にして、２ｎ−１＜α＜２ｎ＋１の場合（ここで、ｎは自然数）には、式（３）及び式（４）は以下のようになる。
【００３３】
【数５】
0004641491.tif 000006
【００３４】
これが、１＜α＜３の制約をなくし、一般値２ｎ−１＜α＜２ｎ＋１の場合にした場合のφCである。これら式（３ｂ）及び（４ｂ）をＰ、Ｑについて解くと、
【００３５】
【数６】
0004641491.tif 000007
【００３６】
となる。これにより、任意のαについても、Ｐ及びＱを求めることが可能であることがわかる。
【００３７】
したがって、シャント接続されたダイオードを含む共振回路２０に上述のようにして設計した２波長対応型λ／４線路３０を入れることにより、図６の回路と同等のスイッチング制御を確保できる。すなわち、ひとつのバイアス電圧＋Ｖａを調整するだけで、左右のＰＩＮダイオードＤをオンオフすることが可能になる。
【００３８】
このような２波長対応型λ／４線路３０を含む高周波スイッチ回路のスイッチング動作を上述の図１に、図５を加えて説明する。図１に示す２波長対応型λ／４線路３０は上述の通りであり、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１の高周波スイッチによるスイッチング動作を説明するための図である。
【００３９】
図１のような高周波スイッチの構成において、所定のバイアス電圧＋Ｖａが印加されているときには、共振回路１０の第１ＰＩＮダイオードＤ及び共振回路２０の第２ＰＩＮダイオードＤは共にオン状態となる。第２ＰＩＮダイオードＤがオン状態になると、２波長対応型λ／４線路３０の図中左端はショートとなり、これとは位相がλ／４反転する２波長対応型λ／４線路３０の図中左右端はオープンとなる。この結果、図５（ａ）に示すように、端子Ｐ１−端子Ｐ２間のみが接続状態になる。
【００４０】
これに対して、所定のバイアス電圧＋Ｖａが印加されていないときには、共振回路１０の第１ＰＩＮダイオードＤ及び共振回路２０の第２ＰＩＮダイオードＤは共にオフ状態となる。第１ＰＩＮダイオードＤがオフ状態になるので端子Ｐ１−端子Ｐ２間は非接続状態になり、第２ＰＩＮダイオードＤがオフ状態になるので、２波長対応型λ／４線路３０を介して、端子Ｐ１−端子Ｐ３間が接続状態になる。この結果、図５（ｂ）に示すように、端子Ｐ１−端子Ｐ３間のみが接続状態になる。
【００４１】
このように２波長対応型λ／４線路３０を挿入することによって、バイアス電圧＋Ｖａの調整だけによって、図中左右のＰＩＮダイオードＤをオンオフすることが可能になり、端子Ｐ１と、端子Ｐ２又はＰ３とのスイッチングが可能になる。
【００４２】
なお、端子Ｐ１−端子Ｐ２間又は端子Ｐ１−端子Ｐ３間が非接続状態になっているときには、図７のオフ状態で示した特性と同等の特性を得ることができる。すなわち、２波長対応型λ／４線路３０を用いた場合にも、任意の２つの周波数に対して、上記図７と同等のアイソレーションが確保される。したがって、本高周波スイッチも図８で示したような送受信システムにも適用可能である。
【００４３】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、このため、１つのバイアス電圧を調整するだけで、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との接続、又は、第１端子Ｐ１と第３端子Ｐ３との接続を切り替えることが可能になる。したがって、バイアス電圧印加回路の構成を簡易にしつつ、従来と同様に、２つの周波数帯において良好なアイソレーション特性を有するスイッチング制御を実現できる。
【００４４】
なお、本発明は、上記送受信システム以外のマルチバンドシステムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波スイッチを示す回路図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ＣＲＬＨ型伝送線路を説明するための図である。
【図３】１＜α＜３の場合の右手系及び左手系における位相の和と周波数との関係を示すグラフである。
【図４】２ｎ−１＜α＜２ｎ＋１の場合の右手系及び左手系における位相の和と周波数との関係を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１の高周波スイッチによるスイッチング動作を説明するための図である。
【図６】提案されている高周波スイッチ回路を示す回路図である。
【図７】図６の高周波スイッチ回路の周波特性を示すグラフである。
【図８】図６の高周波スイッチ回路を利用した送受信システムを例示するブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＳＰＤＴスイッチ
２  受信機
３  送信機
４  Ｄ／Ａ変換器
５  制御部
１０、２０  共振回路
３０  ２波長対応型λ／４線路
ＡＮＴ  アンテナ
Ｄ  ＰＩＮダイオード
【図１】
0004641491.tif 000008
【図２】
0004641491.tif 000009
【図３】
0004641491.tif 000010
【図４】
0004641491.tif 000011
【図５】
0004641491.tif 000012
【図６】
0004641491.tif 000013
【図７】
0004641491.tif 000014
【図８】
0004641491.tif 000015