(57)【要約】【課題】  簡単な構成でフィルタ回路にスイッチ機能を付加でき、部品点数の削減と小型化ができるスイッチ機能付フィルタ回路および高周波通信装置を提供する。【解決手段】  端子ＡＮＴから節点３に向かって、直列キャパシタンス成分Ｃ１e、短絡線路共振器ＴＬ１e、直列キャパシタンス成分Ｃ４eを順に接続する。節点３を短絡線路共振器ＴＬ４eを介してグランドに接続する。端子ＲＸから節点３に向かって、直列キャパシタンス成分Ｃ２e、キャパシタンス成分Ｃ５eにより高周波的に接地された高周波線路ＴＬ２e、ＰＩＮダイオードＤ１eを順に接続する。端子ＴＸから節点３に向かって、直列キャパシタンス成分Ｃ３e、キャパシタンス成分Ｃ６eにより高周波的に接地された高周波線路ＴＬ３e、ＰＩＮダイオードＤ２eを順に接続する。高周波線路ＴＬ２e,ＴＬ３eとキャパシタンス成分Ｃ５e,Ｃ６eとの間に制御電流供給端子１e,２eを接続する。【選択図】  図２５
2005051656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の共振要素を容量結合または磁界結合により結合させた共振器結合型のバンドパスフィルタ回路として機能するスイッチ機能付フィルタ回路であって、
前記共振要素のうちの少なくとも１つの共振要素のグランド側と反対の側に一端が接続され、他端が直流的には制御電流供給端子に接続され、交流的には前記制御電流供給端子に対して高周波信号を遮断する回路要素と、
前記制御電流供給端子から前記回路要素および前記共振要素を介してグランドに至るまでの直流経路中のいずれかの地点に挿入された可変インピーダンス素子とを備えたことを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記回路要素が、直流的には前記制御電流供給端子に接続され、前記制御電流供給端子に対して交流的にはキャパシタンス成分を介してグランドに短絡された開放線路であることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記回路要素がインダクタンス成分であることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記回路要素が、低周波帯では低インピーダンスかつ高周波帯では高インピーダンスとなる回路素子であることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項５】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記可変インピーダンス素子がＰＩＮダイオードであることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項６】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記共振要素が、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器であることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項７】
請求項１に記載のスイッチ機能付フィルタ回路において、
前記共振要素が、キャパシタンス成分とインダクタンス成分との並列共振回路であることを特徴とするスイッチ機能付フィルタ回路。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載のスイッチ機能付フィルタ回路を、同一のアンテナを送信回路と受信回路との間で共用するためのスイッチ回路に用いたことを特徴とする高周波通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ機能付フィルタ回路および高周波通信装置に関し、特に高周波フィルタ回路の中でもＧＨz帯で多用されている共振器結合型のバンドパスフィルタに適用されるスイッチ機能付フィルタ回路および高周波通信装置に関し、また特に携帯電話等において送信回路と受信回路との間で同一のアンテナ部品を共用して使うために用いられるアンテナスイッチ回路に応用されるスイッチ機能付フィルタ回路およびそれを用いた高周波通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＨz帯のような高周波帯では、フィルタ回路の実現法として、共振器結合型という回路構造が多用されている。図３８は、２つの共振器を用いたフィルタ回路の構造を示す回路図である(例えば、特開２００２-０２６６０５公報(特許文献１)参照)。図３８において、Ｃ３i〜Ｃ５iは直列キャパシタンス成分、７はキャパシタンス成分Ｃ１iとインダクタンス成分Ｌ１iからなるＬＣ並列共振器、８はキャパシタンス成分Ｃ２iとインダクタンス成分Ｌ２iからなるＬＣ並列共振器である。
【０００３】
前記フィルタ回路の典型的な特性は、図４２中のＡに示すような緩やかなバンドパス特性になることが知られている。図３８のフィルタ回路は、ＬＣ並列共振器７および８を短絡線路共振器で置き換えても等価であり、その場合の等価回路は図３９のように表せる。図３９において、Ｃ１j〜Ｃ３jは直列キャパシタンス成分、ＴＬ１j,ＴＬ２jは短絡線路共振器である。図４２のグラフ中のＡを得た時の回路定数は、図３９において、Ｃ１j＝０.５８ｐＦ、Ｃ２j＝０.３５ｐＦ、Ｃ３j＝Ｃ１jであり、短絡線路共振器ＴＬ１jとＴＬ２jは、特性インピーダンスが１３.７３２Ωで周波数６６３０.６１１ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路である。
【０００４】
また、図４３は、図３９のフィルタ回路の実現形態の平面図であり、図４４は、図４３のフィルタ回路の斜視図である。図４３,図４４において、５１はガラスエポキシ等の誘電体基板、５２は５１の裏面に設けられたグランドパターン、５３と５４は誘電体基板５１の表面の金属配線パターンであり、特に金属配線パターン５３はマイクロストリップ線路を形成している。５５は誘電体基板５１の表面に設けられたグランドパターン、５６はグランドパターン５５を５２に接地させるためのＶＩＡ(バイア)ホール、５７はと５８は図３９のＴＬ１jとＴＬ２jに相当する片面短絡型の誘電体共振器である。誘電体共振器５７と５８は、その開放端側において、金属ピン６２と６３を介して、中心導体が基板上の金属配線パターン５４に電気的に接続されている。５９と６０と６１は図３９のＣ１jとＣ２jとＣ３jに相当するチップコンデンサである。
【０００５】
従来技術の共振器結合型フィルタの中には、図４２のグラフ中のＡのような緩やかなバンドパス特性を改善し、急峻度を高めるために、図４２のグラフ中のＢのように、通過帯域近傍に減衰極を形成したタイプの構造もある。図４０と図４１は、例えば前記の特開２００２−０２６６０５号公報(特許文献１)に記載されている回路であり、減衰極付の共振器結合型フィルタ回路の回路図である。図４０において、Ｃ３k〜Ｃ５kはキャパシタンス成分、７はキャパシタンス成分Ｃ１kとインダクタンス成分Ｌ１kからなるＬＣ並列共振器、８はキャパシタンス成分Ｃ２kとインダクタンス成分Ｌ２kからなるＬＣ並列共振器である。また、図４１において、Ｃ１m〜Ｃ３mは直列キャパシタンス成分、ＴＬ１m,ＴＬ２mは短絡線路共振器、Ｌ１m,Ｌ２mは磁界結合(結合係数Ｋ１m)されたインダクタンス成分である。
【０００６】
図４２のグラフ中のＢを得た時の回路定数は、図４１において、Ｃ１m＝１.２ｐＦ、Ｃ２m＝０.８５１ｐＦ、Ｃ３m＝Ｃ１m、Ｌ１m＝Ｌ２m＝０.６ｎＨ、Ｋ１m＝０.１３２であり、短絡線路共振器ＴＬ１mとＴＬ２mは、特性インピーダンスが４.３２３Ωで周波数５８１５.２６４ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路である。
【０００７】
また、図４５および図４６は、従来のフィルタ回路が一般的な高周波通信装置の中で使われる様子を表す代表的なブロック図である。図４５,図４６において、１１と２１は送信回路、１２と２２は受信回路、１３と２３は送信・受信を切り替える分岐スイッチ回路、１４と２４はバンドパスフィルタ回路、１５と２５はアンテナである。図４５と図４６の２つのブロック図の違いは、以下の通りである。すなわち、図４５は、送信信号と受信信号が同じ周波数帯で時分割で多重化されるＴＤＤ(Time Division Duplex；時分割複信)通信方式において、送信回路にも受信回路にも同程度の仕様のフィルタ回路を挿入したい場合に使われるブロック図である。それに対して、図４６は、同じＴＤＤ通信方式でも低損失化のために送信回路か受信回路のどちらかのフィルタを削減したい場合や、あるいは、送信信号と受信信号が別の周波数帯で多重化されるＦＤＤ通信方式において使われるブロック図である。
【０００８】
フィルタ回路は、一般的に図４５,図４６に示すブロック図中の複数の箇所で使われるが、本発明の主目的とするフィルタ回路は、１４と２４のように、アンテナ１５,２５の比較的近くに位置する、いわゆるＲＦフィルタ回路である。このＲＦフィルタ回路は、図４５と図４６のように、スイッチ回路１３,２３に隣接するようにして置かれることが多いという特徴もある。
【０００９】
図４３および図４４のような従来技術のフィルタ部品は、携帯電話や無線ＬＡＮ(Local Area Network；ローカル・エリア・ネットワーク)等の高周波通信装置用の電子部品の中では、サイズが大きな部品の１つであった。サイズが大きい原因は誘電体共振器５７,５８の寸法が大きいためである。誘電体共振器５７,５８の長さ寸法は、フィルタの中心周波数における電気信号の波長λによってほぼ決まってしまう。誘電体共振器５７,５８の幅や高さ寸法も、図３９の等価回路における線路共振器ＴＬ１j,ＴＬ２jの特性インピーダンスやロス等と密接に関係しているため、自由に縮めることが難しい。
【特許文献１】特開２００２−０２６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明のスイッチ機能付フィルタ回路は、従来技術のこのような問題点の解決を目的とするものであり、フィルタ部品のサイズの実質的な小型化を目的とし、より具体的には、フィルタ部品を高機能化して周辺の別の電子部品の機能までも取り込むことで、それら周辺の電子部品を削減することを目的としている。それによって、フィルタ部品自体のサイズがあまり変化しなくても、周辺の電子部品も合せて見
れば、全体としてはサイズが縮小されたスイッチ機能付フィルタ回路になる。また、その効果によって、スイッチ機能付フィルタ回路を用いた高周波通信装置全体の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明のスイッチ機能付フィルタ回路は、機能を取り込んで削減すべき周辺の電子部品として、スイッチ回路を選んだ点に特徴がある。具体的には、２以上の共振要素を容量結合または磁界結合により結合させた共振器結合型のバンドパスフィルタ回路として機能するスイッチ機能付フィルタ回路であって、前記共振要素のうちの少なくとも１つの共振要素のグランド側と反対の側に一端が接続され、他端が直流的には制御電流供給端子に接続され、交流的には前記制御電流供給端子に対して高周波信号を遮断する回路要素と、前記制御電流供給端子から前記回路要素および前記共振要素を介してグランドに至るまでの直流経路中のいずれかの地点に挿入された可変インピーダンス素子とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
前記構成のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、前記制御電流供給端子から回路要素および共振要素を介してグランドに至る直流経路に、制御電流供給端子から電流を流すことにより、可変インピーダンス素子(例えばＰＩＮダイオード)に電流が流れ、可変インピーダンス素子が電流の有無に応じてオン／オフ動作する。そうして、可変インピーダンス素子をオン状態にしたときに、前記２以上の共振要素を容量結合または磁界結合により結合させた共振器結合型のバンドパスフィルタ回路が機能するように構成する一方、可変インピーダンス素子をオフ状態にしたときに、前記バンドパスフィルタ回路のフィルタ機能が働かないようにすることで、フィルタ回路にスイッチ機能を付加できる。
【００１３】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記回路要素が、直流的には前記制御電流供給端子に接続され、前記制御電流供給端子に対して交流的にはキャパシタンス成分を介してグランドに短絡された開放線路であることを特徴とする。
【００１４】
前記実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、記回路要素が、直流的には前記制御電流供給端子に接続された開放線路であって、その開放線路は、制御電流供給端子に対して交流的にはキャパシタンス成分を介してグランドに短絡されているので、高周波信号は、開放線路を通過して制御電流供給端子に漏れることがない。
【００１５】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記回路要素がインダクタンス成分であることを特徴とする。
【００１６】
前記実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、インダクタンス成分は、直流電流に対しては低インピーダンスとなって通し、高周波信号に対しては高インピーダンスとなって遮断する。
【００１７】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記回路要素が、低周波帯では低インピーダンスかつ高周波帯では高インピーダンスとなる回路素子であることを特徴とする。
【００１８】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記可変インピーダンス素子がＰＩＮダイオードであることを特徴とする。
【００１９】
前記実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、ＰＩＮダイオードは電流制御型の可変インピーダンスとして知られる半導体素子であり、直流電流を流さない状態では、オフ状態となって高インピーダンスのオープン回路として働く一方、直流電流を流した状態ではオン状態となって低インピーダンスのショート回路として働く。
【００２０】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記共振要素が、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器であることを特徴とする。
【００２１】
前記実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、前記共振要素として、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器を用いることによって、マイクロ波帯(ミリ波帯を含む)に対応するフィルタ回路を低コストで実現できる。
【００２２】
また、一実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記共振要素が、キャパシタンス成分とインダクタンス成分との並列共振回路であることを特徴とする。
【００２３】
前記実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、前記共振要素として、キャパシタンス成分とインダクタンス成分との並列共振回路を用いることによって、キャパシタンス成分とインダクタンス成分の組み合わせによって使用周波数帯を自由に設定でき、設計の自由度を向上できる。
【００２４】
また、本発明による高周波通信装置は、本発明の高周波フィルタ回路を、同一のアンテナを送信回路と受信回路との間で共用するためのスイッチ回路に用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、隣接して位置することが多いスイッチ回路の機能を取り込むことで、部品数の削減・回路基板の小型化が可能になる。
【００２６】
本発明のスイッチ機能付フィルタ回路は、高周波通信装置におけるアンテナ共用スイッチ回路としても応用が可能であり、携帯型の小型装置を実現する上で効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明のスイッチ機能付フィルタ回路および高周波通信装置の実施の形態を図面を用いて具体的に詳細に説明する。
【００２８】
本発明は、主にＧＨz帯以上の高周波帯を想定しているため、フィルタ特性やスイッチ特性のグラフは、全てＳパラメータで表しており、Ｓ21・Ｓ31・Ｓ32等は透過係数を表し、Ｓ11・Ｓ22・Ｓ33等は反射係数を表している。なお、グラフは全て市販の回路シミュレータ(EAGLEWARE社、GENESYS7.0)を用いて計算したものである。
【００２９】
スイッチング素子としてはＦＥＴ型スイッチ等も用いることが可能であるが、以下の例では、全て可変インピーダンス素子の一例としてＰＩＮダイオードを用いた。ＰＩＮダイオードは、電流制御型の可変インピーダンスとして知られる半導体素子である。すなわち、直流制御電流を流さない状態では高インピーダンスのオープン回路として働き(オフ状態)、直流制御電流を流すと低インピーダンスのショート回路として働く(オン状態)。回路シミュレータ内におけるＰＩＮダイオードのモデルとしては、Agilent社が製品ＨＰＮＤ-４０１８について公開しているＳパラメータを用いた。オン状態の特性には直流制御電流５ｍＡの時のＳパラメータを用い、オフ状態の特性としては直流制御電圧０Ｖの時のＳパラメータを用いた。
【００３０】
(第１実施形態)
図１は、図３９の従来のフィルタ回路を基礎にした本発明の第１実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【００３１】
図１において、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間に、３つの直列キャパシタンス成分Ｃ１a,Ｃ２a,Ｃ３aを直列に接続している。直列キャパシタンス成分Ｃ１a,Ｃ２aの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ１aを接続し、直列キャパシタンス成分Ｃ２a,Ｃ３aの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ２aを接続している。
【００３２】
この構造を基本として、直列キャパシタンス成分Ｃ１aと短絡線路共振器ＴＬ１aとの間に、ＰＩＮダイオードＤ１a(アノードを直列キャパシタンス成分Ｃ１a側に接続)を挿入している。また、ＰＩＮダイオードＤ１aのアノードとグランドとの間に、回路要素１を接続している。図中の回路要素１は、直列キャパシタンス成分Ｃ１aとＰＩＮダイオードＤ１aとの間に、一端が接続された高周波線路ＴＬ３aと、高周波線路ＴＬ３aの他端とグランドとの間に接続され、高周波線路ＴＬ３aの他端を高周波的に接地しているキャパシタンス成分Ｃ４aからなる。この高周波線路ＴＬ３aの寸法は、使用する周波数帯において概略１／４波長線路となる程度に設計しておく。前記高周波線路ＴＬ３aとキャパシタンス成分Ｃ４aとの間には、ＰＩＮダイオードＤ１aに制御電流を供給するための制御電流供給端子１aを接続している。
【００３３】
図１のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１aの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００３４】
まず、制御電流供給端子１aから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ３aとＴＬ１aを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１aを通り、ＰＩＮダイオードＤ１aをオフ状態からオン状態に切り替える。キャパシタンス成分Ｃ１aやＣ２aによって分離されているために、直流電流が入力ポートＩＮや出力ポートＯＵＴに漏れることはない。
【００３５】
また、入力ポートＩＮから入った高周波信号は、図１における１の部分が高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１aに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ３aが、キャパシタンス成分Ｃ４aの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、入力ポートＩＮ側から見ればオープンに見えるためである。
【００３６】
図２は、図１のスイッチ機能付フィルタ回路中の回路要素１の部分を、回路要素の一例としての高周波阻止用のインダクタンス成分Ｌ１aで置き換えたものである。インダクタンス成分Ｌ１aは、直流電流は通し、高周波信号に対しては高インピーダンスに見えて遮断してしまうために、図１における高周波線路ＴＬ３a,キャパシタンス成分Ｃ１aと同じ働きをする。
【００３７】
図３と図４は、図１および図２のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路であり、それぞれＰＩＮダイオードＤ１aがオン状態とオフ状態の場合である。図３のオン状態では、回路の構造は図３９の従来のバンドパスフィルタ回路と極めて近くなり、そのためバンドパスフィルタ特性を示す。その一方で、図４のオフ状態では、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間はオープンなので、高周波信号が遮断される。すなわち、図１および図２の回路は、スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００３８】
図５および図６は、図１のスイッチ機能付フィルタ回路を表１の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。図５は、ＰＩＮダイオードＤ１aがオン状態のときのシミュレーション結果であるが、図３で説明した通りに良好なバンドパスフィルタ特性を示している。
【００３９】
【表１】
2005051656.tif 000003
【００４０】
図６は、ＰＩＮダイオードＤ１aがオフ状態のときのシミュレーション結果であるが、図４で説明した通り、アイサレーション２０ｄＢの良好なスイッチ特性を示している。
【００４１】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１a＝０.４０５ｐＦ、Ｃ２a＝０.２０３ｐＦ、Ｃ３a＝０.３０１ｐＦ、Ｃ４a＝５０ｐＦである。また、短絡線路共振器ＴＬ１aは、特性インピーダンスが２２.５５２Ωで周波数７１２９.００３ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、短絡線路共振器ＴＬ２aは、特性インピーダンスが３４.４１２Ωで周波数７７５３.４９６ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、高周波線路ＴＬ３aは、特性インピーダンスが１００Ωで周波数５５００ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路である。
【００４２】
図７は、図１のスイッチ機能付フィルタ回路の実現形態の具体例を示す平面図であり、図８は、図７に示すスイッチ機能付フィルタ回路の斜視図である。図７,図８において、３１はセラミックやガラスエポキシ等の誘電体材料からなる誘電体基板、３２は誘電体基板３１の裏面に設けられたグランドパターン、３３と３４は誘電体基板３１の表面の金属配線パターンであり、特に金属配線パターン３３はマイクロストリップ線路を形成している。また、３５は誘電体基板３１の表面に設けられたグランドパターン、３６はグランドパターン３５を３２に接地させるためのＶＩＡホール、３７と３８は図１の短絡線路共振器ＴＬ１aとＴＬ２aに相当する片面短絡型の誘電体共振器である。誘電体共振器３６と３７の中心導体は、その開放端において、金属ピン４２と４３を介して、基板上の金属配線パターン３４に電気的に接続されている。また、３９と４０と４１は図１のキャパシタンス成分Ｃ１aとＣ２aとＣ３aに相当するチップコンデンサ、４４は図１のＤ１aに相当するＰＩＮダイオード、４５は図１のＴＬ３aに相当する高周波線路、４６は図１のＣ４aに相当するチップコンデンサ、４７は図１の制御電流供給端子１aに相当する端子である。
【００４３】
このように、この第１実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路によれば、従来技術のフィルタ回路(図４３と図４４)にごく僅かな回路を追加するだけで、フィルタ回路にスイッチ機能までも付加することができ、部品数の削減と回路基板の小型化が可能になる。
【００４４】
(第２実施形態)
図９は、図１と同様に、図３９の従来のフィルタ回路を基礎にした本発明の第２実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。この第２実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路は、前記第１実施形態の図１に示すスイッチ機能付フィルタ回路とはＰＩＮダイオードの挿入位置を変えた点で異なる。
【００４５】
図９において、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間に、３つの直列キャパシタンス成分Ｃ１b,Ｃ２b,Ｃ３bを直列に接続している。直列キャパシタンス成分Ｃ１b,Ｃ２bの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ１bを接続し、キャパシタンス成分Ｃ２b,Ｃ３bの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ２bを接続している。
【００４６】
この構造を基本として、直列キャパシタンス成分Ｃ１bとＣ２bとの間には、図中の回路要素２が挿入されている。図中の回路要素２は、直列キャパシタンス成分Ｃ１bとＣ２bとの間に一端が接続された高周波線路ＴＬ３bと、高周波線路ＴＬ３bの他端とグランドとの間に接続され、高周波線路ＴＬ３bの他端を高周波的に接地しているキャパシタンス成分Ｃ４bからなる。前記高周波線路ＴＬ３bの寸法は、使用する周波数帯において概略１／４波長線路となる程度に設計しておく。また、高周波線路ＴＬ３bとキャパシタンス成分Ｃ４bとの間には、ＰＩＮダイオードＤ１bに制御電流を供給するための制御電流供給端子１bを接続している。
【００４７】
図９のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１bの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００４８】
まず、制御電流供給端子１bから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ３bと短絡線路共振器ＴＬ１bを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１bを通り、ＰＩＮダイオードＤ１bをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子１bがキャパシタンス成分Ｃ１bやＣ２bによって入力ポートＩＮや出力ポートＯＵＴと分離されているために、直流電流が入力ポートＩＮや出力ポートＯＵＴに漏れることはない。
【００４９】
また、入力ポートＩＮから入った高周波信号は、図９における２の部分が高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１bに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ３bが、キャパシタンス成分Ｃ４bの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、入力ポートＩＮ側から見ればオープンに見えるためである。
【００５０】
また、図１０は、図９のスイッチ機能付フィルタ回路中の回路要素２の部分を、回路要素の一例としての高周波阻止用のインダクタンス成分Ｌ１bで置き換えたものである。インダクタンス成分Ｌ１bは、直流電流は通し、高周波信号に対しては高インピーダンスに見えて遮断してしまうために、図９における高周波線路ＴＬ３b,キャパシタンス成分Ｃ４bと同じ働きをする。
【００５１】
図１１と図１２は、図９および図１０の回路の動作原理を表す高周波等価回路であり、それぞれＰＩＮダイオードＤ１bがオン状態とオフ状態の場合である。図１１の状態では、回路の構造は図３９(従来技術のバンドパスフィルタ回路)と極めて近くなり、そのためバンドパスフィルタ特性を示す。その一方で、短絡線路共振器ＴＬ１bの寸法を使用する周波数帯において概略１／４波長となるように設計しておくと、図１２のオフ状態では、入力ポートＩＮから見た短絡線路共振器ＴＬ１bは１／４波長開放線路になってショートに見えるため、高周波信号が通過できなくなる。すなわち、図９および図１０の回路は、スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００５２】
図１３および図１４は、図９のスイッチ機能付フィルタ回路を表１の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。図１３は、ＰＩＮダイオードＤ１bがオン状態のときのシミュレーション結果であるが、図１１で説明した通りに良好なバンドパスフィルタ特性を示している。図１４は、ＰＩＮダイオードＤ１bがオフ状態のときのシミュレーション結果であるが、図１２で説明した通りアイサレーション１５ｄＢの良好なスイッチ特性を示している。
【００５３】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１b＝０.２３５ｐＦ、Ｃ２b＝０.０７９ｐＦ、Ｃ３b＝０.１９１ｐＦ、Ｃ４b＝５０ｐＦである。また、短絡線路共振器ＴＬ１bは、特性インピーダンスが７１.０５３Ωで周波数９５４６.９０７ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、短絡線路共振器ＴＬ２bは、特性インピーダンスが１０１.８０８Ωで周波数９９２９.９４４ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、高周波線路ＴＬ３bは、特性インピーダンスが１００Ωで周波数５５００ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路である。
【００５４】
(第３実施形態)
図１５は、図４０の従来技術のバンドパスフィルタ回路を基礎にした本発明の第３実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【００５５】
図１５において、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間には、直列キャパシタンス成分Ｃ３c、２組のＬＣ並列共振器、直列キャパシタンス成分Ｃ４cが挿入されている。すなわち、入力ポートＩＮに直列キャパシタンス成分Ｃ３cを介して一方のＬＣ並列共振器の一端を接続し、そのＬＣ並列共振器の他端をグランドに接続し、出力ポートＯＵＴに直列キャパシタンス成分Ｃ４cを介して他方のＬＣ並列共振器の一端を接続し、そのＬＣ並列共振器の他端をグランドに接続している。また、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間は、キャパシタンス成分Ｃ６cによっても直結されている。前記２組のＬＣ並列共振器は、並列接続されたキャパシタンス成分Ｃ１cとインダクタンス成分Ｌ１c、および、並列接続されたキャパシタンス成分Ｃ２cとインダクタンス成分Ｌ２cからなる。このうち２つのインダクタンス成分Ｌ１cとＬ２cは、結合係数Ｋ１cで磁界結合し、相互誘導インダクタンスを形成している。なお、磁界結合で結ばれた前記２組のＬＣ並列共振器は、分布定数回路形式で表せば、磁界結合された２組の短絡線路共振器と等価であることが広く知られている(例えば、特開２００２−０２６６０５号公報(特許文献１)参照)。そのため図１５の構造は、本発明を逸脱するものではない。
【００５６】
以上の構造を基本として、直列キャパシタンス成分Ｃ３cと第１のＬＣ並列共振器(キャパシタンス成分Ｃ１cとインダクタンス成分Ｌ１c)との間に、直列にＰＩＮダイオードＤ１c(アノードを直列キャパシタンス成分Ｃ３c側に接続)を挿入している。また、ＰＩＮダイオードＤ１cのアノードに高周波線路ＴＬ１cの一端を接続し、高周波線路ＴＬ１cの他端とグランドとの間にキャパシタンス成分Ｃ５cを接続して、高周波線路ＴＬ１cの他端をキャパシタンス成分Ｃ５cで高周波的に接地している。高周波線路ＴＬ１cとキャパシタンス成分Ｃ５cで回路要素を構成している。高周波線路ＴＬ１cの寸法は、使用する周波数帯において概略１／４波長線路となる程度に設計しておく。高周波線路ＴＬ１cとキャパシタンス成分Ｃ５cとの間に、ＰＩＮダイオードＤ１cに制御電流を供給するための制御電流供給端子１cを接続している。
【００５７】
図１５のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１cの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００５８】
まず、制御電流供給端子１cから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ１cとインダクタンス成分Ｌ１cを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１cを通り、ＰＩＮダイオードＤ１cをオフ状態からオン状態に切り替える。前記制御電流供給端子１cと入力ポートＩＮとは、キャパシタンス成分Ｃ３cによって分離されているために、直流電流が入力ポートＩＮに漏れることはない。
【００５９】
また、入力ポートＩＮから入った高周波信号は、高周波線路ＴＬ１cが高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１cに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ１cが、キャパシタンス成分Ｃ５cの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、入力ポートＩＮ側から見ればオープンに見えるためである。
【００６０】
図１６と図１７は、図１５のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路であり、それぞれＰＩＮダイオードＤ１cがオン状態とオフ状態の場合である。図１６のオン状態では、回路の構造は図４０(従来技術の減衰極付のバンドパスフィルタ回路)と極めて近くなり、そのため急峻なバンドパスフィルタ特性を示す。その一方で、図１７のオフ状態では、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間はキャパシタンス成分Ｃ６cを除けばオープンなので、高周波信号がほぼ遮断される。すなわち、図１５のスイッチ機能付フィルタ回路は、スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００６１】
図１８および図１９は、図１５の回路を表１の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。図１８は、ＰＩＮダイオードＤ１cがオン状態のときのシミュレーション結果であるが、図１６で説明した通りに、通過帯域の両側に減衰極を有するような急峻なバンドパスフィルタ特性を示している。図１９は、ＰＩＮダイオードＤ１cがオフ状態のときのシミュレーション結果であるが、図１７で説明した通り、アイサレーション１５ｄＢの良好なスイッチ特性を示している。
【００６２】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１c＝０.５９６ｐＦ、Ｃ２c＝０.８３ｐＦ、Ｃ３c＝０.３４７ｐＦ、Ｃ４c＝０.３８６ｐＦ、Ｃ５c＝５０ｐＦ、Ｃ６c＝０.０３３ｐＦ、Ｌ１c＝０.９５８ｎＨ、Ｌ２c＝０.７９６ｎＨ、Ｋ１c＝０.２１８であり、高周波線路ＴＬ１cは、特性インピーダンスが１００Ωで周波数５５００ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路である。
【００６３】
(第４実施形態)
図２０は、図４１の従来のフィルタ回路を基礎にした本発明の第４実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【００６４】
図２０において、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間には、３つの直列キャパシタンス成分Ｃ１d,Ｃ２d,Ｃ３dが直列に接続され、直列キャパシタンス成分Ｃ１dとＣ２dとの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ１dを接続し、直列キャパシタンス成分Ｃ２dとＣ３dとの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ２dを接続している。また、入力ポートＩＮと直列キャパシタンス成分Ｃ１dとの間に直列インダクタンス成分Ｌ１dを挿入し、出力ポートＯＵＴと直列キャパシタンス成分Ｃ３dとの間に直列インダクタンス成分Ｌ２dを挿入している。この２つのインダクタンス成分Ｌ１dとＬ２dは、結合係数Ｋ１dで磁界結合され、相互誘導インダクタンスを形成している。
【００６５】
以上の構造を基本として、直列キャパシタンス成分Ｃ１dと短絡線路共振器ＴＬ１dとの間にＰＩＮダイオードＤ１d(直列キャパシタンス成分Ｃ３c側にアノードを接続)を挿入している。また、ＰＩＮダイオードＤ１dのアノードに高周波線路ＴＬ３dの一端を接続し、高周波線路ＴＬ３dの他端とグランドとの間にキャパシタンス成分Ｃ４dを接続して、高周波線路ＴＬ３dの他端をキャパシタンス成分Ｃ４dで高周波的に接地している。高周波線路ＴＬ３dとキャパシタンス成分Ｃ４dで回路要素を構成している。高周波線路ＴＬ３dの寸法は、使用する周波数帯において概略１／４波長線路となる程度に設計しておく。高周波線路ＴＬ３dとキャパシタンス成分Ｃ４dとの間に、ＰＩＮダイオードＤ１dに制御電流を供給するための制御電流供給端子１dを接続している。
【００６６】
図２０のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１dの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００６７】
まず、制御電流供給端子１dから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ３dと短絡線路共振器ＴＬ１dを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１dを通り、ＰＩＮダイオードＤ１dをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子１dがキャパシタンス成分Ｃ１dとＣ２dによって入力ポートＩＮや出力ポートＯＵＴと分離されているために、直流電流が入力ポートＩＮや出力ポートＯＵＴに漏れることはない。
【００６８】
また、入力ポートＩＮから入った高周波信号は、高周波線路ＴＬ３dが高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１dに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ３dが、キャパシタンス成分Ｃ４dの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、入力ポートＩＮ側から見ればオープンに見えるためである。
【００６９】
図２１と図２２は、図２０のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路であり、それぞれＰＩＮダイオードＤ１dがオン状態とオフ状態の場合である。図２１のオン状態では、回路の構造は図４１(従来技術の減衰極付のバンドパスフィルタ回路)と極めて近くなり、そのため急峻なバンドパスフィルタ特性を示す。その一方で、図２２のオフ状態では、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴとの間は相互誘導インダクタンス成分(結合係数Ｋ１dからなる。)を除けばほぼオープンなので、高周波信号がほぼ遮断される。すなわち、図２０のスイッチ機能付フィルタ回路は、スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００７０】
図２３および図２４は、図２０のスイッチ機能付フィルタ回路を表１の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。図２３は、ＰＩＮダイオードＤ１dがオン状態のときのシミュレーション結果であるが、図２１で説明した通りに、通過帯域の両側に減衰極を有するような急峻なバンドパスフィルタ特性を示している。図２４は、ＰＩＮダイオードＤ１dがオフ状態のときのシミュレーション結果であるが、図２２で説明した通りアイサレーション２０ｄＢの良好なスイッチ特性を示している。
【００７１】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１d＝０.４７２ｐＦ、Ｃ２d＝０.４８８ｐＦ、Ｃ３d＝０.４０２ｐＦ、Ｃ４d＝５０ｐＦ、Ｌ１d＝０.１０１ｎＨ、Ｌ２d＝２.６４６ｎＨ、Ｋ１d＝０.１８６である。また、短絡線路共振器ＴＬ１dは、特性インピーダンスが１８.８８２Ωで周波数７７２９.１５５ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、短絡線路共振器ＴＬ２dは、特性インピーダンスが６.６５１Ωで周波数５６１５.０４１ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、高周波線路ＴＬ３dは、特性インピーダンスが１００Ωで周波数５５００ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路である。
【００７２】
(第５実施形態)
前記第１〜第４実施形態では、バンドパスフィルタ回路に、単純な２端子のスイッチ回路の機能を取り込む例を示したのに対して、以下の第５,第６実施形態では、３端子のスイッチ回路、特にアンテナ共用スイッチ回路に本発明のスイッチ機能付フィルタ回路を適用した例を示す。
【００７３】
図２５は、本発明の第５実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図であり、図４５のブロック図において、バンドパスフィルタ回路にアンテナ共用スイッチ回路の機能を取り込んだ例である。すなわち、アンテナ共用スイッチ回路の３つの端子のうち、アンテナ端子にバンドパスフィルタが接続される場合である。
【００７４】
図２５において、アンテナ端子ＡＮＴと受信端子ＲＸと送信端子ＴＸは、共通の節点３を介して接続されている。すなわち、アンテナ端子ＡＮＴと節点３を直列接続された直列キャパシタンス成分Ｃ１e,Ｃ４eを介して接続し、受信端子ＲＸに直列キャパシタンス成分Ｃ１eの一端を接続し、直列キャパシタンス成分Ｃ１eの他端をＰＩＮダイオードＤ１eのアノードに接続し、ＰＩＮダイオードＤ１eのカソードを節点３に接続している。さらに、送信端子ＴＸに直列キャパシタンス成分Ｃ３eの一端を接続し、直列キャパシタンス成分Ｃ３eの他端をＰＩＮダイオードＤ２eのアノードに接続し、ＰＩＮダイオードＤ２eのカソードを節点３に接続している。そして、ＰＩＮダイオードＤ１eのアノードに高周波線路ＴＬ２eの一端を接続し、高周波線路ＴＬ２eの他端とグランドとの間をキャパシタンス成分Ｃ５eを介して接続して、高周波線路ＴＬ２eの他端を高周波的にグランドに短絡している。一方、ＰＩＮダイオードＤ２eのアノードに高周波線路ＴＬ３eの一端を接続し、高周波線路ＴＬ３eの他端とグランドとの間をキャパシタンス成分Ｃ６eを介して接続して、高周波線路ＴＬ３eの他端を高周波的にグランドに短絡している。高周波線路ＴＬ２eとキャパシタンス成分Ｃ５eで回路要素を構成しており、高周波線路ＴＬ３eとキャパシタンス成分Ｃ６eで回路要素を構成している。高周波線路ＴＬ２eとキャパシタンス成分Ｃ５eの間に、ＰＩＮダイオードＤ１eに対する制御電流供給端子１eを接続し、高周波線路ＴＬ３eとキャパシタンス成分Ｃ６eの間に、ＰＩＮダイオードＤ２eに対する制御電流供給端子２eを接続している。４本の高周波伝送線路ＴＬ１e,ＴＬ２e,ＴＬ３e,ＴＬ４eは、使用周波数帯付近において概略１／４波長となる寸法に近く設計される。
【００７５】
図２５のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１eとＤ２eの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００７６】
まず、制御電流供給端子１eから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ２eとＴＬ４eを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１eを通り、ＰＩＮダイオードＤ１eをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子１eが直列キャパシタンス成分Ｃ２eやＣ４eやダイオードＤ２eの整流特性によって高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)と分離されているために、直流電流が高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)に漏れることはない。制御電流供給端子２eから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ３eとＴＬ４eを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ２eを通り、ＰＩＮダイオードＤ２eをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子２eが直列キャパシタンス成分Ｃ３eやＣ４eやダイオードＤ１eの整流特性によって高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)と分離されているために、直流電流が高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)に漏れることはない。
【００７７】
また、高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)から入った高周波信号は、高周波線路ＴＬ２eやＴＬ３eが高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１eや２eに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ２eとＴＬ３eが、キャパシタンス成分Ｃ５eとＣ６eの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、高周波信号から見ればオープンに見えるためである。
【００７８】
図２６は、図２５のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路である。ＰＩＮダイオードＤ１eがオン状態かつＰＩＮダイオードＤ２eがオフ状態、すなわち、受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続され送信端子ＴＸは遮断されている状態である。図２６の状態では、まず送信端子ＴＸは、オープンであり遮断されている。残る受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴとの間を見ると、回路の構造は図３９(従来技術のバンドパスフィルタ回路)と極めて近くなり、そのためバンドパスフィルタ特性を示す。また、２つの制御電流供給端子１e,２eを通じて、２個のＰＩＮダイオードＤ１e,Ｄ２eのオン／オフ状態を逆転してやれば、受信端子ＲＸが遮断され、送信端子ＴＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続されることになる。すなわち、図２５のスイッチ機能付フィルタ回路は、アンテナ共用スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００７９】
図２７および図２８は、図２５の回路を表２の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。なお、表２において、Ｄ１はＰＩＮダイオードＤ１eであり、Ｄ２はＰＩＮダイオードＤ２eである。
【００８０】
【表２】
2005051656.tif 000004
【００８１】
図２７および図２８とも、ＰＩＮダイオードＤ１eがオン状態であり、かつ、ＰＩＮダイオードＤ２eがオフ状態のときのシミュレーション結果である。すなわち、受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続され、送信端子ＴＸは遮断されている状態である。図２７は受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴ間の反射・透過特性であるが、図２６で説明した通り、良好なバンドパスフィルタ特性を示している。図２８は送信端子ＴＸと他端子との間のアイサレーション特性であるが、図２６で説明した通り２０ｄＢ以上の良好なスイッチ遮断特性を示している。
【００８２】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１e＝０.２８９ｐＦ、Ｃ２e＝０.３９５ｐＦ、Ｃ３e＝Ｃ２e、Ｃ４e＝０.１９９ｐＦ、Ｃ５e＝５０ｐＦ、Ｃ６e＝Ｃ５eである。また、短絡線路共振器ＴＬ１eは、特性インピーダンスが３７.８８１Ωで周波数８０１６.１６ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、高周波線路ＴＬ２eとＴＬ３eは、特性インピーダンスが５３.７１４Ωで周波数５３９２.６６７ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路であり、短絡線路共振器ＴＬ４eは、特性インピーダンスが２７.６６Ωで周波数７８６６.６９６ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路である。
【００８３】
(第６実施形態)
図２９は、本発明の第６実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図であり、図４６のブロック図において、バンドパスフィルタ回路にアンテナ共用スイッチ回路の機能を取り込んだ例である。すなわち、アンテナ共用スイッチ回路の３つの端子のうち、受信端子側にのみバンドパスフィルタが接続される場合である。
【００８４】
図２９において、アンテナ端子ＡＮＴと受信端子ＲＸと送信端子ＴＸは、共通の節点４に接続されている。すなわち、アンテナ端子ＡＮＴと節点４を直列キャパシタンス成分Ｃ４fを介して接続し、受信端子ＲＸを直列キャパシタンス成分Ｃ１f,Ｃ２fを介してＰＩＮダイオードＤ１fのアノードに接続し、ＰＩＮダイオードＤ１fのカソードを節点４に接続している。さらに、送信端子ＴＸを直列キャパシタンス成分Ｃ３fを介してＰＩＮダイオードＤ２fのアノードに接続し、ＰＩＮダイオードＤ２fのカソードを節点４に接続している。また、直列キャパシタンス成分Ｃ１f,Ｃ２fの接続点とグランドとの間に短絡線路共振器ＴＬ４fを接続している。節点４は、短絡線路共振器ＴＬ４fを介して直流的にグランドに短絡されている。そして、ＰＩＮダイオードＤ１fのアノードに高周波線路ＴＬ２fの一端を接続し、高周波線路ＴＬ２fの他端とグランドとの間をキャパシタンス成分Ｃ５fを介して接続して、高周波線路ＴＬ２fの他端を高周波的にグランドに短絡している。一方、ＰＩＮダイオードＤ２fのアノードに高周波線路ＴＬ３fの一端を接続し、高周波線路ＴＬ３fの他端とグランドとの間をキャパシタンス成分Ｃ６fを介して接続して、高周波線路ＴＬ３fの他端を高周波的にグランドに短絡している。高周波線路ＴＬ２fとキャパシタンス成分Ｃ５fで回路要素を構成しており、高周波線路ＴＬ３fとキャパシタンス成分Ｃ６fで回路要素を構成している。高周波線路ＴＬ２fとキャパシタンス成分Ｃ５fの間に、ＰＩＮダイオードＤ１fに対する制御電流供給端子１fを接続し、高周波線路ＴＬ３fとキャパシタンス成分Ｃ６fの間に、ＰＩＮダイオードＤ２fに対する制御電流供給端子２fを接続している。４本の高周波伝送線路(ＴＬ１f、ＴＬ２f、ＴＬ３f、ＴＬ４f)は、使用周波数帯付近において概略１／４波長となる寸法に近く設計される。
【００８５】
図２９のスイッチ機能付フィルタ回路内においては、直流電流(ＰＩＮダイオードＤ１fとＤ２fの制御電流)と高周波信号とは次のように分離され、そのためフィルタ回路機能とスイッチ回路機能が矛盾することなく共存している。
【００８６】
まず、制御電流供給端子１fから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ２fとＴＬ４fを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ１fを通り、ＰＩＮダイオードＤ１fをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子１fがキャパシタンス成分Ｃ２fやＣ４fやダイオードＤ２fの整流特性によって高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)と分離されているために、直流電流が高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)に漏れることはない。一方、制御電流供給端子２fから入った直流電流は、高周波線路ＴＬ３fとＴＬ４fを通ってグランドに流れる。その途中で、ＰＩＮダイオードＤ２fを通り、ＰＩＮダイオードＤ２fをオフ状態からオン状態に切り替える。制御電流供給端子２fがキャパシタンス成分Ｃ３fやＣ４fやダイオードＤ１fの整流特性によって高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)と分離されているために、直流電流が高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)に漏れることはない。
【００８７】
また、高周波ポート(ＡＮＴ,ＲＸ,ＴＸ)から入った高周波信号は、高周波線路ＴＬ２fやＴＬ３fが高インピーダンスに見えるため、これを通過して制御電流供給端子１fや２fに漏れることがない。これは、概略１／４波長の寸法である高周波線路ＴＬ２fとＴＬ３fが、キャパシタンス成分Ｃ５fとＣ６fの効果によって高周波的には１／４波長短絡線路として働くため、高周波信号から見ればオープンに見えるためである。
【００８８】
図３０は、図２９のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路である。ＰＩＮダイオードＤ１fがオン状態かつＰＩＮダイオードＤ２fがオフ状態、すなわち、受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続され送信端子ＴＸは遮断されている状態である。図３０の状態では、まず送信端子ＴＸは、オープン状態で遮断されている。残る受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴとの間を見ると、回路の構造は図３９(従来技術のバンドパスフィルタ回路)と極めて近くなり、そのためバンドパスフィルタ特性を示す。また、２つの制御電流供給端子１f,２fを通じて、２個のＰＩＮダイオード(Ｄ１fとＤ２f)のオン／オフ状態を逆転してやれば、受信端子ＲＸが遮断され、送信端子ＴＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続されることになる。すなわち、図２９のスイッチ機能付フィルタ回路は、アンテナ共用スイッチ機能を兼ね備えたバンドパスフィルタ回路となっている。
【００８９】
図３１および図３２は、図２９のスイッチ機能付フィルタ回路を表２の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。両図とも、ＰＩＮダイオードＤ１fがオン状態であり、かつ、ＰＩＮダイオードＤ２fがオフ状態のときのシミュレーション結果である。すなわち、受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴが接続され、送信端子ＴＸは遮断されている状態である。図３１は受信端子ＲＸとアンテナ端子ＡＮＴ間の反射・透過特性であるが、図３０で説明した通り良好なバンドパスフィルタ特性を示している。図３２は送信端子ＴＸと他端子との間のアイサレーション特性であるが、図３０で説明した通り２０ｄＢ以上の良好なスイッチ遮断特性を示している。
【００９０】
この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１f＝２.１３３ｐＦ、Ｃ２f＝０.４３２ｐＦ、Ｃ３f＝Ｃ２f、Ｃ４f＝０.４６２ｐＦ、Ｃ５f＝５０ｐＦ、Ｃ６f＝Ｃ５fである。また、短絡線路共振器ＴＬ１fは、特性インピーダンスが７.９５９Ωで周波数５９２１.６９１ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路であり、高周波線路ＴＬ２fとＴＬ３fは、特性インピーダンスが４１.１６１Ωで周波数９２７２.２９８ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路であり、短絡線路共振器ＴＬ４fは、特性インピーダンスが１００Ωで周波数７６５７.０６７ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の高周波線路である。
【００９１】
(第７実施形態)
図４５および図４６は、既に説明した通り、一般的な高周波通信装置の模式的なブロック図である。これらにおいて、バンドパスフィルタ回路１４,２４のサイズが、高周波通信装置の小型化の障害の１つであることも既に説明した。
【００９２】
そこで、本発明の高周波通信装置においては、バンドパスフィルタ回路１４,２４とアンテナ共用スイッチ回路１３,２３が隣接している場合が多いことに注目し、これらを本発明によるスイッチ機能付フィルタ回路で置き換えることを特徴とする。図４５においては１６の部分を例えば図２５のスイッチ機能付フィルタ回路で１部品化、図４６においては２６の部分を例えば図２９のスイッチ機能付フィルタ回路で１部品化して置き換える。これによって、装置全体としては小型化と軽量化および低コスト化が可能になる。
【００９３】
(比較例１)
本発明と構造が若干類似した技術が、特開２００１−３３２９０２号公報に記載されている。図３３がそのアンテナスイッチ回路であり、この従来技術を比較例１として本発明との違いを説明する。
【００９４】
図３３において、受信端子ＲＸと第１のアンテナ端子ＡＮＴ１と第２のアンテナ端子ＡＮＴ２は、共通の節点５に接続されている。節点５は、高周波線路ＴＬ１gを介して直流的にグランドに短絡されている。受信端子ＲＸから節点５に向かっては、直列キャパシタンス成分Ｃ１gが挿入されている。第１のアンテナ端子ＡＮＴ１から節点５に向かっては、直列キャパシタンス成分Ｃ２g、並列の高周波線路ＴＬ２g、直列のＰＩＮダイオードＤ１gが、この順番で挿入されている。第２のアンテナ端子ＡＮＴ２から節点５に向かっては、直列キャパシタンス成分Ｃ３g、並列の高周波線路ＴＬ３g、直列のＰＩＮダイオードＤ２gが、この順番で挿入されている。高周波線路ＴＬ２gとＴＬ３gの反対端は、それぞれキャパシタンス成分Ｃ５gとＣ６gによって高周波的にグランドに短絡されている。高周波線路ＴＬ２gおよびＴＬ３gとキャパシタンス成分Ｃ５gおよびＣ６gの間には、それぞれ抵抗Ｒ１gとＲ２gを介して、ＰＩＮダイオードＤ１gおよびＤ２gに対する制御電流供給端子１gおよび２gが接続されている。４本の高周波伝送線路ＴＬ１g,ＴＬ２g,ＴＬ３g,ＴＬ４gは、使用周波数帯付近において１／４波長以下の寸法に設計される。
【００９５】
図３４は、図３３の回路の動作原理を表す高周波等価回路である。ＰＩＮダイオードＤ１gがオン状態であり、かつ、ＰＩＮダイオードＤ２gがオフ状態である。すなわち、第１のアンテナ端子ＡＮＴ１と受信端子ＲＸが接続され、第２のアンテナ端子ＡＮＴ２は遮断されている状態である。図３４の状態では、まず第２のアンテナ端子ＡＮＴ２は、オープン状態で遮断されている。残る第１のアンテナ端子ＡＮＴ１と受信端子ＲＸとの間を見ると、回路の構造は図３９から図４１までの従来技術のバンドパスフィルタ回路のいずれとも共通しておらず、そのためバンドパスフィルタとしての適切な特性を有していない。
【００９６】
図３５のグラフは、図３３の回路を表２の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。ただし、図３５のようなスイッチ専用回路において通常使われる設計法に合せて設計した結果である。すなわち、全てのキャパシタンス成分Ｃ１g,Ｃ２g,Ｃ３g,Ｃ４g,Ｃ５g,Ｃ６gは高周波的に影響しない程度に大きく(本例では１０ｐＦ)、また全ての高周波線路ＴＬ１g,ＴＬ２g,ＴＬ３gは使用周波数(５５００ＭＨz)において１／４波長となる寸法の線路とした(特性インピーダンスは１００Ω)。２つのダイオード(Ｄ１g、Ｄ２g)のオン／オフ状態は、図３４の時と同じとした。図３５に示すグラフを見ると、帯域内の挿入損(Ｓ21)もアイサレーション(Ｓ32)も良好であり、スイッチ回路としては優れた特性が得られている。しかし、帯域外における減衰特性(Ｓ21)が全く不十分であり、バンドパスフィルタ回路としては機能していないことが分かる。
【００９７】
図３６のグラフは、図３３の回路を表２の目標設計仕様に沿って設計したときのシミュレーション結果の一例である。そのとき、図３５で採った一般的なスイッチ回路の設計法は採らずに、シミュレータ(GENESYS7.0)が持つ最適設計機能によって、表２を最適条件として自動設計させた結果である。この結果を得たときの回路定数は、Ｃ１g＝０.４３９ｐＦ、Ｃ２g＝０.５８７ｐＦ、Ｃ３g＝Ｃ２g、Ｃ４g＝Ｃ５g＝Ｃ６g＝５０ｐＦである。また、高周波線路ＴＬ１gは、特性インピーダンスが３３.６７６Ωで周波数４６５０.７９８ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路であり、高周波線路ＴＬ２gとＴＬ３gは、特性インピーダンス３３.７０５Ωで周波数１１６５３.０６９ＭＨzにおいて１／４波長となる寸法の線路である。２つのダイオード(Ｄ１g、Ｄ２g)のオン／オフ状態は、図３４の時と同じとした。
【００９８】
図３４に示すグラフを見ると、図３５のようなスイッチ特性は保たれており、また帯域外における減衰特性(Ｓ21)が改善してバンドパスフィルタ特性に近付いたことが分かる。しかし、リターンロス(Ｓ11とＳ22)の帯域幅が全く確保できておらず、バンドパスフィルタ回路としては機能できていないことが分かる。
【００９９】
(比較例２)
本発明と目的が若干類似した技術が、特開２００１−３３２９０２号公報に記載されている。以下、この従来技術を比較例２として本発明との違いを説明する。
【０１００】
図３７はこの従来技術の構造図であり、３端子のアンテナ共用スイッチ回路である。図３７において、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２と第３ポートＰ３は、共通の節点６に接続されている。第２ポートＰ２と節点６との間には、ダイオードＤ１hと、高周波線路Ｌ１hとキャパシタンス成分Ｃ１hの直列回路とが、並列に挿入されている。第３ポートＰ３と節点６との間には、高周波線路ＳＬhと、キャパシタンス成分Ｃ２hが、並列に挿入されている。第２ポートＰ２には、短絡高周波線路Ｌ２hが接続され、その短絡高周波線路Ｌ２hの短絡端には、ダイオードＤ１hに対する制御電流供給端子１hが接続されている。第３ポートＰ３には、ダイオードＤ２hが並列に接続され、そのダイオードＤ２hの反対端はキャパシタンス成分Ｃ３hを介して高周波的にグランドに短絡されている。ダイオードＤ２hとキャパシタンス成分Ｃ３hとの間には、抵抗Ｒhを介して、ダイオードＤ２hに対する制御電流供給端子２hが接続されている。以上の図３７の回路において、例えば第１ポートＰ１をアンテナ端子、第２ポートＰ２を受信端子、第３ポートＰ３を送信端子として割り振ると、３端子のアンテナ共用スイッチ回路として機能する。
【０１０１】
本発明における同様の３端子のアンテナ共用スイッチ回路は、図２５および図２９であるが、一見して分かるように、構造が全く異なる。また、発明が主目的とするフィルタ特性も、図３７の回路はローパスフィルタ特性であり、図２５および図２９の本発明はバンドパスフィルタ特性であり、全く異なっている。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は本発明の第１実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図２】図２は図１のスイッチ機能付フィルタ回路の別の形態を示す回路図である。
【図３】図３は図１および図２のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図４】図４は図１および図２のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図５】図５は前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図６】図６は前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図７】図７は図１のスイッチ機能付フィルタ回路の実現形態の具体例を示す平面図である。
【図８】図８は図７のスイッチ機能付フィルタ回路の斜視図である。
【図９】図９は本発明の第２実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図１０】図１０は前記スイッチ機能付フィルタ回路の別の形態を示す回路図である。
【図１１】図１１は図９および図１０のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図１２】図１２は図９および図１０のスイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図１３】図１３は図９の前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図１４】図１４は図９の前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図１５】図１５は本発明第３実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図１６】図１６は前記スイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図１７】図１７は前記スイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図１８】図１８は前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図１９】図１９は前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図２０】図２０は本発明第４実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図２１】図２１は前記スイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図２２】図２２は前記スイッチ機能付フィルタ回路の動作原理を表す高周波等価回路を示す図である。
【図２３】図２３は前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図２４】図２４は前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図２５】図２５は本発明第５実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図２６】図２６は前記スイッチ機能付フィルタ回路の高周波等価回路の一例である。
【図２７】図２７は前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図２８】図２８は前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図２９】図２９は本発明第６実施形態のスイッチ機能付フィルタ回路の回路図である。
【図３０】図３０は前記スイッチ機能付フィルタ回路の高周波等価回路の一例である。
【図３１】図３１は前記スイッチ機能付フィルタ回路の反射・透過特性の一例である。
【図３２】図３２は前記スイッチ機能付フィルタ回路のアイサレーション特性の一例である。
【図３３】図３３は比較例１としての従来のアンテナスイッチ回路の回路図である。
【図３４】図３４は図３３のアンテナスイッチ回路の高周波等価回路の一例である。
【図３５】図３５は図３３のアンテナスイッチ回路の特性の一例である。
【図３６】図３６は図３３のアンテナスイッチ回路の特性の一例である。
【図３７】図３７は比較例２としての従来のアンテナスイッチ回路の回路図である。
【図３８】図３８は従来のフィルタ回路の構造を示す回路図である。
【図３９】図３９は上記フィルタ回路の等価回路を示す図である。
【図４０】図４０は従来の減衰極付の共振器結合型フィルタ回路の回路図である。
【図４１】図４１は上記共振器結合型フィルタ回路の等価回路を示す図である。
【図４２】図４２は従来のバンドパスフィルタ回路の透過特性の一例である。
【図４３】図４３は図３９のフィルタ回路の実現形態の平面図である。
【図４４】図４４は上記フィルタ回路の斜視図である。
【図４５】図４５は従来のフィルタ回路が用いられた高周波通信装置のブロック図である。
【図４６】図４６は従来のフィルタ回路が用いられた他の高周波通信装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１,２…回路要素
１a,１b,１c,１d,１e,２e,１f,２f,１g,２g,１h,２h…制御電流供給端子
３,４,５,６…節点
７,８…共振器
１１,２１…送信回路
１２,２２…受信回路
１３,２３…スイッチ回路
１４,２４…バンドパスフィルタ回路
３１,５１…誘電体基板
３２,５２…基板裏面のグランドパターン
３３,５３…金属配線パターン
３４,５４…金属配線パターン
３５,５５…基板表面のグランドパターン
３６,５６…ＶＩＡホール
３７,３８,５７,５８…誘電体共振器
３９,４０,４１,４６,５９,６０,６１…チップコンデンサ
４２,４３…金属ピン
４４…ＰＩＮダイオード
４５…１／４波長線路
Ｃ１a,Ｃ２a,Ｃ３a,Ｃ１b,Ｃ２b,Ｃ３b,Ｃ３c,Ｃ４c,Ｃ１d,Ｃ２d,Ｃ３d,Ｃ１e,Ｃ２e,Ｃ３e,Ｃ４e,Ｃ１f,Ｃ２f,Ｃ３f,Ｃ４f,Ｃ１g,Ｃ２g,Ｃ３g,Ｃ３i,Ｃ４i,Ｃ５i,Ｃ１j,Ｃ２j,Ｃ３j,Ｃ３k,Ｃ４k,Ｃ１m,Ｃ２m,Ｃ３m…直列キャパシタンス成分
Ｃ４a,Ｃ４b,Ｃ１c,Ｃ２c, Ｃ５c,Ｃ６c,Ｃ４d,Ｃ５e,Ｃ６e,Ｃ５f,Ｃ６f,Ｃ４g,Ｃ５g,Ｃ１h,Ｃ２h,Ｃ３h,Ｃ１i,Ｃ２i,Ｃ１k,Ｃ２k,Ｃ５k,…キャパシタンス成分
Ｌ１c,Ｌ２c,Ｌ１d,Ｌ２d,Ｌ１i,Ｌ２i,Ｌ１k,Ｌ２k,Ｌ１m,Ｌ２m…インダクタンス成分
Ｋ１d,Ｋ１k,Ｋ１m…相互誘導インダクタンスの結合係数
ＴＬ１a,ＴＬ２a,ＴＬ１b,ＴＬ２b,ＴＬ１d,ＴＬ２d,ＴＬ１e,ＴＬ４e,ＴＬ１f,ＴＬ４f,ＴＬ１j,ＴＬ２j,ＴＬ１m,ＴＬ２m…短絡線路共振器
ＴＬ３a,ＴＬ３b,ＴＬ１c,ＴＬ３d,ＴＬ２e,ＴＬ３e,ＴＬ２f,ＴＬ３f,ＴＬ１g,ＴＬ２g,ＴＬ３g,Ｌ１h,Ｌ２h,ＳＬh…高周波線路
Ｄ１a,Ｄ１b,Ｄ１c,Ｄ１d,Ｄ１e,Ｄ２e,Ｄ１f,Ｄ２f,Ｄ１g,Ｄ２g,Ｄ１h,Ｄ２h…ＰＩＮダイオード
Ｒ１g,Ｒ２g,Ｒh…抵抗
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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