(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの不平衡端子と、該不平衡端子に同相の第１平衡端子と、前記不平衡端子に逆相の第２平衡端子とを備えた不平衡−平衡変換器と、
前記第１平衡端子に第１スイッチ素子を介して接続する第１信号入出力端子と、
前記第２平衡端子に第２スイッチ素子を介して接続する第２信号入出力端子と、
前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子のオン・オフ制御を行うスイッチ制御手段と、
前記第１信号入出力端子と前記第２信号入出力端子との間に接続され、位相を変化させることなく信号を伝送する信号キャンセル回路網と、
を備えたことを特徴とする高周波信号切替回路。
【請求項２】
前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子がＰＩＮダイオードである請求項１に記載の高周波信号切替回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの高周波入出力端子を他の１つの高周波入出力端子に切り替えて接続する高周波信号切替回路、特に、アンテナに対して送信回路または受信回路のいずれかを切り替えて接続するアンテナスイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナスイッチは、アンテナ入出力端子（ＡＮＴ端子）、送信信号入力端子（ＴＸ端子）、および受信信号出力端子（ＲＸ端子）を備える。そして、アンテナスイッチは送信時にＴＸ端子とＡＮＴ端子とを接続し、受信時にＡＮＴ端子とＲＸ端子とを接続するように切り替える。【０００３】
従来、このようなアンテナスイッチには送信信号経路と受信信号経路とのそれぞれにダイオードを用いたＳＰＤＴスイッチが多く用いられており、この場合、各信号経路には１つのダイオードが設置されていた。【０００４】
しかしながら、各信号経路に１つのダイオードを設置したアンテナスイッチでは、アイソレーションを十分に大きく取ることができず、ＴＸ端子から入力された大電力の送信信号がＲＸ端子に伝送され、ＲＸ端子に接続するＳＡＷフィルタ等を破損するという問題があった。この問題を解決するアンテナスイッチとして、特許文献１には各信号経路に複数のダイオードを設置した高周波信号切替回路が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２８８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の高周波信号切替回路では、設置ダイオード数が増加することでアイソレーションを大きくすることはできるが、ダイオードの設置数に応じて高周波信号切替回路が複雑で大きくなる。また、信号経路に接続されるダイオード数が多くなることで、高周波信号切替回路としての挿入損失が大きくなる。すなわち、必要な信号までも減衰させてしまうことになる。【０００６】
したがって、この発明の目的は、挿入損失を増加させることなくアイソレーションを大きく取り、簡素な構造の高周波信号切替回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の高周波信号切替回路は、１つの不平衡端子と該不平衡端子に同相の第１平衡端子と不平衡端子に逆相の第２平衡端子とを備えた不平衡−平衡変換器と、第１平衡端子に第１スイッチ素子を介して接続する第１信号入出力端子と、第２平衡端子に第２スイッチ素子を介して接続する第２信号入出力端子と、第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子のオン・オフ制御を行うスイッチ制御手段と、第１信号入出力端子と第２信号入出力端子との間に接続され、位相を変化させることなく信号を伝送する信号キャンセル回路網と、を備えたことを特徴としている。【０００８】
この構成では、第１スイッチ素子を導通状態にして第２スイッチ素子を切断状態にした状態で、第１信号入出力端子から高周波信号を入力すると、この高周波信号が不平衡−平衡変換器の第１平衡端子に入力される。この高周波信号により不平衡−平衡変換器の不平衡端子からは同相の高周波信号が出力され、第２平衡端子からは逆相（１８０°位相ズレ）の高周波信号が出力される。第２平衡端子から出力された１８０°位相ズレの高周波信号は、切断状態の第２スイッチ素子を漏洩して第２信号入出力端子方向に伝送される。一方、信号キャンセル回路網は第１信号入出力端子から入力された高周波信号の位相を変えることなく第２信号入出力端子方向に伝送する。そして、この信号キャンセル回路網を伝送した高周波信号（位相ズレの無い高周波信号）と第２スイッチ回路を漏洩した１８０°位相ズレの高周波信号とが結合することで、互いに相殺し合い減衰されて第２信号入出力端子には出力されない。【０００９】
これをアンテナスイッチに適用すると、送信信号入力端子から入力された高周波信号すなわち送信信号が受信信号出力端子側に伝送される際に、不平衡−平衡変換器を経由する１８０°位相ズレの送信信号と、信号キャンセル回路網を経由する位相ズレのない送信信号とが互いに相殺し合い減衰するので、受信信号出力端子には伝送されない。【００１０】
また、この発明は、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子がＰＩＮダイオードであることを特徴としている。【００１１】
この構成では、ＰＩＮダイオードであることで、構造および制御が簡素化される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、スイッチ素子数を増加させることなく所定の第１端子から入力した高周波信号を、この信号を入力させたくない第２端子に伝送させることを抑制することができる。また、スイッチ素子数が少ないことで、必要な信号を減衰させることなく前記第２端子に伝送することができる。具体的にアンテナスイッチでは、スイッチ素子数を増加させることなく送信信号を受信信号出力端子に伝送することを抑制することができる。この際、受信信号はダイオード数が少ないことで受信信号出力端子に伝送されまでに殆ど減衰しない。【００１３】
これにより、簡素な構造でありながら、挿入損失が少なく、アイソレーションが大きい高周波信号切替回路を構成することができる。【００１４】
また、この発明によれば、スイッチ素子がダイオードであることで、構造および制御が簡素化される。これにより、さらに簡素な構造でありながら、挿入損失が少なく、アイソレーションが大きい高周波信号切替回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態のアンテナスイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の構成と従来例の構成と、さらには本実施形態の構成から信号キャンセル回路網を除いた構成とによるアイソレーションのシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【００１６】
１−バルントランス
１１−バルントランス１の１次巻線
２１−バルントランス１の２次巻線
３１−バルントランス１の３次巻線
２−信号キャンセル回路網２
１０１−送信信号入力端子
１０２−受信信号出力端子
１０３−アンテナ入出力端子
１０４−第１スイッチ制御信号入力端子
１０５−第２スイッチ制御信号入力端子
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の高周波信号切替回路について図１、図２を参照して説明する。なお、以下の説明では、高周波信号切替回路としてアンテナスイッチを例に示す。
図１は本実施形態のアンテナスイッチの構成を示すブロック図である。【００１８】
バルントランス１は、不平衡端子側の１次巻線１１と、平衡端子側の２次巻線２１、３次巻線３１とからなるトリファイラ巻きのバルントランスであり、１次巻線１１に信号が入力されると３次巻線３１に同相の信号が励起され、２次巻線２１に逆相（１８０°位相ズレ）の信号が励起される形状で形成されている。この場合、３次巻線３１に信号が入力されると、１次巻線１１には同相の信号が励起され、２次巻線２１には１８０°位相ズレの信号が励起される。【００１９】
バルントランス１の１次巻線１１の一方端（不平衡信号入出力端）はアンテナ入出力端子１０３に接続し、他方端は接地している。【００２０】
また、バルントランス１の平衡端子側の２次巻線２１と３次巻線３１との接続部（平衡端子側のセンタータップ）は接地されており、２次巻線２１のセンタータップと対向する端部はＰＩＮダイオードからなるダイオードＤ２のカソードに接続し、３次巻線３１のセンタータップと対向する端部はＰＩＮダイオードからなるダイオードＤ１のカソードに接続している。【００２１】
ここで、バルントランス１が本発明の「不平衡−平衡変換器」に相当する。バルントランス１の１次巻線１１の一方端が本発明の「不平衡端子」に相当し、バルントランス１の２次巻線２１のセンタータップと対向する端部が「第２平衡端子」に相当し、バルントランス１の３次巻線３１のセンタータップと対向する端部が「第１平衡端子」に相当する。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は本発明の「スイッチ素子」に相当する。【００２２】
ダイオードＤ１のアノードはＤＣカットコンデンサＣ１を介して送信信号入力端子１０１に接続し、ダイオードＤ２のアノードはＤＣカットコンデンサＣ２を介して受信信号出力端子１０２に接続している。【００２３】
また、ダイオードＤ１のアノードは抵抗Ｒ４０を介して第１スイッチ制御信号入力端子１０４に接続し、この第１スイッチ制御信号入力端子１０４がコンデンサＣ４０により高周波的に接地している。また、ダイオードＤ２のアノードは抵抗Ｒ５０を介して第２スイッチ制御信号入力端子１０５に接続し、この第２スイッチ制御信号入力端子１０５がコンデンサＣ５０により高周波的に接地している。なお、ここで、抵抗Ｒ４０，Ｒ５０は高周波信号に対して高いインピーダンスを有すればよいので、ＲＦチョークコイルに置き換えてもよい。【００２４】
信号キャンセル回路網２は直列接続された抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ２０とからなり、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のアノードとの間に接続している。【００２５】
このような構成のアンテナスイッチの動作について次に説明する。【００２６】
（１）送信時
送信時には、第１スイッチ制御信号入力端子１０４から直流でＨｉ状態の第１スイッチ制御信号ＶＤ１が入力されてダイオードＤ１に供給される。ダイオードＤ１はこのＨｉ状態の第１スイッチ制御信号ＶＤ１により導通状態となる。また、第２スイッチ制御信号入力端子１０５からは直流でＬｏｗ状態の第２スイッチ制御信号ＶＤ２が入力されてダイオードＤ２に供給されるか、第２スイッチ制御信号ＶＤ２が入力されずダイオードＤ２に第２スイッチ制御信号が供給されない。これにより、ダイオードＤ２は遮断状態となる。【００２７】
このような状態で、送信信号入力端子１０１から高周波の送信信号が入力されると、ダイオードＤ１を通過してバルントランス１の３次巻線３１に供給される。バルントランス１の３次巻線３１に送信信号が入力されると、同相（位相ズレ無し）の送信信号が１次巻線１１に励起され、アンテナ入出力端子１０３に出力される。【００２８】
また、３次巻線３１に送信信号が入力されることで、１８０°位相ズレの送信信号が２次巻線２１に励起され、ダイオードＤ２に出力される。ここで、ダイオードＤ２は遮断状態にあるので、カソードから入力された送信信号を所定量減衰するが、この送信信号の一部が漏洩してアノードから出力される。【００２９】
一方、送信信号入力端子１０１から入力された送信信号は信号キャンセル回路網２にも入力される。信号キャンセル回路網２は抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ２０との直列回路であるが、送信信号に対して主として抵抗Ｒ２０に依存する設定がされており、送信信号入力端子１０１側から入力された送信信号は、位相を変化させないまま所定量減衰して受信信号出力端子１０２側に出力される。この際、信号キャンセル回路網２で送信信号を減衰する量は前記ダイオードＤ２により１８０°位相ズレの送信信号が減衰される量に相当するように設定されている。【００３０】
このように、信号キャンセル回路網２を伝送した位相ズレなしの送信信号と、ダイオードＤ２のアノードから出力される１８０°位相ズレの送信信号とは、ダイオードＤ２と信号キャンセル回路網２との接続点で結合する。ここで、前述のように、これら２つの信号は振幅が殆ど同じで、且つ、１８０°位相のズレがある、すなわち逆相であるので、互いに相殺し合い、減衰する。これにより、受信信号出力端子１０２には送信信号が伝送されない。すなわち、受信信号出力端子１０２の送信信号に対するアイソレーションを大きくすることができる。【００３１】
なお、信号キャンセル回路網２の回路構成を、コンデンサＣ２０が主体となる回路に設定した場合、信号キャンセル回路網２を通過する送信信号と、ダイオードＤ２から出力される送信信号との周波数特性を整合させることができる。これにより、送信信号の周波数が変化（上昇）してもアイソレーションが劣化することを抑制することができる。【００３２】
図２は本実施形態の構成と従来例の構成と、さらには本実施形態の構成から信号キャンセル回路網を除いた構成とによるアイソレーションのシミュレーション結果を示した図である。この場合のアイソレーションは送信信号入力端子１０１から出力端子１０２までの挿入損失を意味する。ここで、従来例とは前述の特許文献１に記載の高周波信号切替回路に該当する。また、本シミュレーションは、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数で、信号レベルが０．１Ｖｒｍｓであり、ダイオードに１Ｎ４１４８型を用いてスイッチ制御信号の電圧を６Ｖにして行った。【００３３】
図２に示すように、本実施形態の構成を用いることにより、殆ど全ての周波数帯域において、従来例の高周波信号切替回路以上のアイソレーションを確保することができる。特に４０ＭＨｚ以上の周波数帯域では、従来例よりも１０ｄＢ以上高いアイソレーションを確保することができる。【００３４】
一方、信号キャンセル回路網がない場合には従来例よりも低いアイソレーションとなる。この結果、本実施形態に示すようにバルントランスとともに信号キャンセル回路網を用いることで、従来例以上のアイソレーションを確保することができる。【００３５】
（２）受信時
受信時には、第２スイッチ制御信号入力端子１０５からは直流でＨｉ状態の第２スイッチ制御信号ＶＤ２が入力されてダイオードＤ２に供給される。ダイオードＤ２はこのＨｉ状態の第２スイッチ制御信号ＶＤ２により導通状態となる。また、第１スイッチ制御信号入力端子１０４からは直流でＬｏｗ状態の第１スイッチ制御信号ＶＤ１が入力されてダイオードＤ１に供給されるか、第１スイッチ制御信号ＶＤ１が入力されずダイオードＤ１に第１スイッチ制御信号が供給されない。これにより、ダイオードＤ１は遮断状態となる。【００３６】
このような状態で、アンテナ入出力端子１０３から高周波の受信信号が入力されると、この受信信号はバルントランス１の１次巻線１１に供給される。バルントランス１の１次巻線１１に受信信号が入力されると、逆相（１８０°位相ズレ）の受信信号が２次巻線２１に励起され、ダイオードＤ２のカソードに出力される。ダイオードＤ２は導通状態にあるので、カソードに入力された受信信号を殆ど減衰させることなくアノードから受信信号出力端子１０２に出力する。なお、アノードから出力される受信信号はレベルが弱いので信号キャンセル回路網２に入力されても抵抗Ｒ２０で減衰されて、送信信号入力端子１０１には伝送されない。【００３７】
また、１次巻線１１に受信信号が入力されることで、同相（位相ズレなし）の受信信号が３次巻線３１に励起され、ダイオードＤ１に出力される。ダイオードＤ１は遮断状態にあるので、カソードに入力された受信信号を所定量減衰する。この際、受信信号は送信信号と比較して信号レベルが低いので、ダイオードＤ１により受信信号は遮断されて送信信号入力端子１０１には伝送されない。【００３８】
このように、受信時には、受信信号を殆ど減衰させることなく受信信号出力端子１０２に伝送することができる。すなわち、受信信号の挿入損失を小さく抑えることができる。【００３９】
以上のように、本実施形態の構成を用いることにより、受信信号の挿入損失を抑制し、受信信号出力端子の送信信号に対するアイソレーションを大きく確保するアンテナスイッチを簡素な構造で実現することができる。【００４０】
なお、前述の説明では、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードをバルントランス１に接続する構造を示したが、ダイオードはスイッチ素子として機能するものであるので、ダイオードＤ１，Ｄ２の極性を逆、すなわちアノードをバルントランス１に接続する構造を用いてもよい。この場合、スイッチ制御信号は負電圧を利用するものに変更すればよい。【００４１】
また、前述の説明では、スイッチ素子として、送信信号経路と受信信号経路とにそれぞれ１つのダイオードを挿入した例を示したが、ダイオード数は１つに限ることはなく、複数のダイオードを直列に接続してもよい。【００４２】
また、前述の説明では、スイッチ素子としてダイオードを用いたが、代わりにＦＥＴ等の半導体素子を用いてもよい。【００４３】
また、前述の説明では、バルントランスとしてトリファイラ巻の形状を示したが、バイファイラ巻きのものを２つ用いた形状でもよい。さらに、巻線型を用いず、配線パターンを形成した多層基板や、厚膜／薄膜の多層セラミック基板にトランスをパターン形成したバルントランスであってもよい。また、１／４波長線路を用いたマーチャンダイズバルンであってもよい。【００４４】
また、前述の説明では、アンテナスイッチを例に説明したが、１つの入出力端子に対して２つの入出力端子を切り替えて接続することで、高周波信号の送受信を行う高周波信号切替回路であれば、前述の構成を適用でき、前述の効果を奏することができる。
【図１】
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【図２】
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