(57)【要約】【課題】高い周波数においても安定した動作をする高周波用単極双投スイッチを提供すること。【解決手段】高周波信号が入力される入力端子とアンテナ素子の間に、直列に接続された第１のインピーダンス変換器及び第１の伝送線路と、前記入力端子とダミー負荷抵抗の間に、直列に接続された第２のインピーダンス変換器及び第２の伝送線路と、前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点と正のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗及び第１のインピーダンス線路と、前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点と負のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗と第１のインピーダンス線路と、前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点に接続された第１のスイッチング素子と、前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点に接続された第２のスイッチング素子と、を備えることを特徴とする高周波用単極双投スイッチ。【選択図】図１
2007208800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号が入力される入力端子とアンテナ素子の間に、直列に接続された第１のインピーダンス変換器及び第１の伝送線路と、
前記入力端子とダミー負荷抵抗の間に、直列に接続された第２のインピーダンス変換器及び第２の伝送線路と、
前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点と正のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗及び第１のインピーダンス線路と、
前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点と負のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗と第１のインピーダンス線路と、
前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点に接続された第２のスイッチング素子と、を備えることを特徴とする高周波用単極双投スイッチ。
【請求項２】
入力端子に一端を接続された４分の１波長の長さの第１のインピーダンス変換器と、
直流遮断するための直流カットコンデンサを介して、前記入力端子に一端を接続された４分の１波長の長さの第２のインピーダンス変換器と、
前記第１のインピーダンス変換器の他端にその一端を接続され他端をアンテナ素子に接続された第１の伝送線路と、
前記第２のインピーダンス変換器の他端に、その一端を接続され他端をダミー負荷抵抗に接続された第２の伝送線路と、
前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点にその一端を接続された第１の安定化抵抗と、
この第１の安定化抵抗に一端を接続され他端に正バイアス電圧を印加され、前記第１のインピーダンス変換器より大きいインピーダンスを有する、４分の１波長の長さの第１のインピーダンス線路と、
前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路の接続点にその一端を接続された第２の安定化抵抗と、
この第２の安定化抵抗に一端を接続され他端に負バイアス電圧を印加され、前記第１のインピーダンス変換器より大きいインピーダンスを有する、４分の１波長の長さの第２のインピーダンス線路と、
前記前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点にそのアノードを接続され、そのカソードに正又は負の電圧を印加される第１のスイッチング素子と、
前記前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路の接続点にそのアノードを接続され、そのカソードに負又は正の電圧を印加される第２のスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする高周波用単極双投スイッチ。
【請求項３】
前記第１，第２の安定化抵抗及び前記ダミー負荷抵抗は、ほぼ同じ値の抵抗値を有することを特徴する請求項２記載の高周波用単極双投スイッチ。
【請求項４】
前記スイチング素子は、ＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項２又は３記載の高周波用単極双投スイッチ。
【請求項５】
前記第１，第２のインピーダンス線路のインピーダンスは、前記第１，第２のインピーダンス変換器のインピーダンスより大きくすることを特徴する請求項２乃至４のいずれか１記載の高周波用単極双投スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にミリ波帯のように高い周波数帯で使用するための、単極双投スイッチの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波用の単極双投（ＳＰＤＴ；Single Pole Double Throw）スイッチは、送受信系の切り替えを行うための素子として用いられることが多い。このようなスイッチは、例えば特許文献１に示される。このようなスイッチは図３に示すように、入力端子３１から２つのポートに分岐しており、一方のポートの出力端子３２には、アンテナ素子が接続され、他方のポートの出力端子には、ダミー負荷Ｒ３１が接続される。２つのポートは、４分の１波長（λ／４）の長さのインピーダンス変換器３３ａ，３３ｂと伝送線路３４ａ，３４ｂが直列接続され、それらの接続点には、各々、ＰＩＮダイオードＤ３１ａ，Ｄ３１ｂと４分の１波長の長さのインピーダンス線路３５ａ，３５ｂが並列に接続される。
【０００３】
これらのインピーダンス線路３５ａ、３５ｂの他端には、各々正負のバイアスＶ，−Ｖが印加されると共にバイパスコンデンサＣ３ａ，Ｃ３ｂを介して接地されている。また、分岐点とインピーダンス変換器３３ｂの間には直流遮断用の直流カットコンデンサＣ３ｃが挿入されている。
【０００４】
そして、入力端子３１には受信素子が接続され出力端子３２には、アンテナ素子が接続され、上記ＰＩＮダイオードＤ３１ａ，３１ｂの正負バイアスを、切り替えて印加することによって送受信を切り替える。入力端子３１と出力端子３２が損失最小の状態で接続される場合をこのスイッチのオン状態、両端子の損失がもっとも多くなる状態をオフ状態とする。オン状態ではＰＩＮダイオードＤ３１ａに負電圧を、ＰＩＮダイオードＤ３１ｂには正電圧を、各々印加する。すると、正電圧を印加されたＰＩＮダイオードＤ３１ｂは、インピーダンスが低くなり、ポートＢはオープンとなり、入力端子に入ってきた信号はポートＡを通ってアンテナ素子に送られる。オフ状態では、ＰＩＮダイオードＤ３１ａに正電圧、Ｄ３１ｂに負電圧を印加する。すると、ＰＩＮダイオードＤ３１ａはインピーダンスが低くなり、ポートＡはオープンとなる一方、ポートＢでは、ＰＩＮダイオードＤ３１ｂのインピーダンスが高くなって、ダミー負荷抵抗Ｒ３１が見えることになる。
【０００５】
通常の使用周波数では、上述のように動作する。しかし、高周波帯域で用いられる送受信モジュールの場合には、受信素子の遮断周波数が高いので、当然、使用帯域より低い周波数においてもポートＢにおいて安定した負荷が見えないと発振等のトラブルを引き起こすという問題点があった。
【０００６】
図４に、使用周波数が３５ＧＨｚの場合の上記従来スイッチの周波数対利得のシミュレーション特性を示す。実線は、このスイッチがオン状態のときの特性であり、点線はオフ状態のときの特性を示す。図示するように、使用周波数の３５ＧＨｚでは、オン状態で−１７ｄＢ程度、オフ状態でー３ｄＢ程度の利得となる。一方、使用周波数より低い１０〜１５ＧＨｚでは２ｄＢ程度の損失しかとれておらず、オン状態でもこのような低い周波数では、２ｄＢ程度の損失しか得られていない。したがって、このようなスイッチを用いる送受信モジュールでは発振等のトラブルを生ずるおそれがある。
【特許文献１】特開平９−２１４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来の問題点にかんがみてなされたもので、高い周波数においても安定した動作をする高周波用単極双投スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１によれば、高周波信号が入力される入力端子とアンテナ素子の間に、直列に接続された第１のインピーダンス変換器及び第１の伝送線路と、前記入力端子とダミー負荷抵抗の間に、直列に接続された第２のインピーダンス変換器及び第２の伝送線路と、前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点と正のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗及び第１のインピーダンス線路と、前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点と負のバイアス電圧源との間に直列に接続された第１の安定化抵抗と第１のインピーダンス線路と、前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点に接続された第１のスイッチング素子と、前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路との接続点に接続された第２のスイッチング素子と、を備えることを特徴とする高周波用単極双投スイッチを提供する。
【０００９】
本発明の請求項２によれば、入力端子に一端を接続された４分の１波長の長さの第１のインピーダンス変換器と、直流遮断するための直流カットコンデンサを介して、前記入力端子に一端を接続された４分の１波長の長さの第２のインピーダンス変換器と、前記第１のインピーダンス変換器の他端にその一端を接続され他端をアンテナ素子に接続された第１の伝送線路と、前記第２のインピーダンス変換器の他端に、その一端を接続され他端をダミー負荷抵抗に接続された第２の伝送線路と、前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点にその一端を接続された第１の安定化抵抗と、この第１の安定化抵抗に一端を接続され他端に正バイアス電圧を印加され、前記第１のインピーダンス変換器より大きいインピーダンスを有する、４分の１波長の長さの第１のインピーダンス線路と、前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路の接続点にその一端を接続された第２の安定化抵抗と、この第２の安定化抵抗に一端を接続され他端に負バイアス電圧を印加され、前記第１のインピーダンス変換器より大きいインピーダンスを有する、４分の１波長の長さの第２のインピーダンス線路と、前記前記第１のインピーダンス変換器と前記第１の伝送線路との接続点にそのアノードを接続され、そのカソードに正又は負の電圧を印加される第１のスイッチング素子と、前記前記第２のインピーダンス変換器と前記第２の伝送線路の接続点にそのアノードを接続され、そのカソードに負又は正の電圧を印加される第２のスイッチング素子と、を備えることを特徴とする高周波用単極双投スイッチを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い周波数においても安定した動作をする高周波用単極双投スイッチが得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明一実施形態による高周波用単極双投スイッチの構成を示す。
【００１２】
この単極双投スイッチは、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として構成され、図３に示すように、入力端子１１から２つのポートに分岐しており、入力端子１１に入って来る高周波信号をポートＡとポートＢの切り替える機能を有するものである。このスイッチは、一方のポートの出力端子１２には、アンテナ素子（図示せず）が接続され、他方のポートの出力端子には、ダミー負荷抵抗Ｒ１１が接続される。
【００１３】
２つのポートは各々、４分の１波長（λ）の長さのインピーダンス変換器１３ａ，１３ｂと伝送線路１４ａ，１４ｂが直列接続され、これらの接続点と接地間には、Ｐ１ＮダイオードＤ１１ａ，Ｄ１１ｂが各々接続される。また、上記接続点と接地間には各々、安定化抵抗Ｒ１２ａ，１２ｂと４分の１波長の長さのインピーダンス線路１５ａ，１５ｂが直列に接続される。
【００１４】
これらのインピーダンス線路１５ａ、１５ｂの他端には、各々正負のバイアスＶ，−Ｖが印加されると共にバイパスコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂを介して接地される。また、分岐点とインピーダンス変換器１３ｂの間には直流遮断用のカットコンデンサＣ１ｃが挿入されている。
【００１５】
なお、インピーダンス線路１５ａ，１５ｂのインピーダンスはインピーダンス変換器１３ａ，１３ｂのインピーダンスより大きく設定することが安定性の観点から好ましい。
【００１６】
そして、入力端子１１には受信素子が接続され出力端子１２には、アンテナ素子が接続され、上記ＰＩＮダイオードＤ１１ａ，１１ｂの正負バイアスを切り替えて印加することによって送受信を切り替える。
【００１７】
すなわち、入力端子１１と出力端子１２が損失最小の状態で接続される場合をこのスイッチのオン状態、両端子の損失がもっとも多くなる状態をオフ状態とすると、オン状態では、ＰＩＮダイオードＤ１１ａに負電圧を印加し、ＰＩＮダイオードＤ１１ｂには正電圧を印加する。一般的に、ＰＩＮダイオードは正電圧を加えるとインピーダンスが低くなり、負電圧を加えると、インピーダンスが高くなる。またこのインピーダンスは、ＰＩＮダイオードの径に反比例する性質を有する。
【００１８】
したがって、オン状態では、ＰＩＮダイオードＤ１１ｂのインピーダンスが低くなり、インピーダンス変換器１３ｂは４分の１波長の長さであるので、ポートＢはオープンとなる。結局、受信素子から入力端子に入ってきた高周波信号は、ポートＡを通って、出力端子１２を介してアンテナ素子に送られる。
【００１９】
逆に、この単極双投スイッチがオフの状態では、ＰＩＮダイオードＤ１１ｂに負電圧を印加し、ＰＩＮダイオードＤ１１ａに正電圧を印加する。すると、ＰＩＮダイオードＤ１１ａのインピーダンスが低くなり、インピーダンス変換器１３ａが４分の１波長の長さであるので、ポートＡがオープンとなる。一方、ＰＩＮダイオードＤ１１ｂは逆バイアスによってインピーダンスが高くなり、４分の１波長の長さのインピーダンス変換器１３ｂにより、ポートＢのインピーダンスは低くなる。入力端子１１に接続される受信素子からは、ダミー負荷抵抗Ｒ１１の抵抗値が見える。
【００２０】
この実施形態では、インピーダンス変換器１３ａ，１３ｂと伝送線路１４ａ，１４ｂの各々の接続点と、インピーダンス線路１５ａ，１５ｂの一端の間に、各々安定化抵抗Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂが接続される。ポートＢでは、使用周波数より低い周波数でも、ダミーとしての抵抗Ｒ１１のほか、安定化抵抗Ｒ１２ｂが見えることになる。これらの抵抗の値としては、（Ｒ１１＋Ｒ１２ｂ）／２＝１００Ω、Ｒ１２ａ＝Ｒ１２ｂ＝１００Ω、程度であればよい。このように安定化抵抗Ｒ１２ｂをインピーダンス線路１５ｂと直列に接続することにより、使用周波数より低い周波数においてもＶＳＷＲを改善することが可能となる。
【００２１】
この実施形態において、使用周波数を３５Ｇｚとし１０ＧＨｚから４０Ｇｚにおける周波数対利得のシミュレーションによる特性図を、図２に示す。同図において横軸には周波数（ＧＨｚ）を取り縦軸には利得を取っており、実線はオン状態の特性を、また点線はオフ状態のときの特性を示す。この例では、オフ状態では３５ＧＨｚでは、利得はー３ｄＢ程度であるが、１０〜１５ＧＨｚの低い周波数では、−６ｄＢ以上のＶＳＷＲが取れている。また、オン状態では、３５Ｇｚ付近で−１６ｄＢ程度の利得となっており、１０〜１５ＧＨｚ程度の低い周波数でも、図４の特性図と比較すると明らかなように、従来の場合に比べて、−４〜−５ｄＢ程度、ＶＳＷＲは改善されている。これは、低い周波数帯ではインピーダンス線路１５ｂに直列に接続された安定化抵抗Ｒ１２ｂとダミー負荷抵抗Ｒ１１が、並列に作用し、負電圧を印加されるＤ１１ｂが５０Ω前後に設定されているので、インピーダンス整合が取れたためにＶＳＷＲが改善されたものである。
【００２２】
なお、このスイッチがオン状態では、ＰＩＮダイオードＤ１１ｂには正電圧が印加されており、正電圧が印加されたＰＩＮダイオードは直流抵抗に見えるので周波数分散は少ない。
【００２３】
以上述べたように、本発明のこの実施形態によれば、安定化抵抗Ｒ１２ａ、Ｒ２１ｂが設けられているので、マイクロ波送受信モジュールのような高い周波数で用いる場合にも発振等を生ぜず安定した動作をする高周波用単極双投スイッチが得られる利点がある。
【００２４】
なお、上記実施形態において安定化抵抗Ｒ１２ａ、Ｒ２１ｂとして用いる抵抗は、ＭＥＳＡ型の薄膜抵抗で小型のものが好ましい。また、上記実施形態におけるＰＩＮダイオードＤ１１ａ，Ｄ１１ｂは、他の型のダイオードでもよく、一般的にはスイッチング素子であればよい。また、インピーダンス線路１５ａ，１５ｂは、必ずしも４分の１波長の長さである必要はない。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明一実施形態による全体の構成を示す図。
【図２】本発明一実施形態の周波数利得特性を示す図。
【図３】従来の単極双投スイッチの構成例を示す図。
【図４】従来の単極双投スイッチの周波数利得特性を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１１・・・入力端子、
１２・・・出力端子、
１３ａ，１３ｂ・・・インピーダンス変換器、
１４ａ，１４ｂ・・・伝送線路
１５ａ，１５ｂ・・・インピーダンス線路、
Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ・・・バイパスコンデンサ、
Ｃ１ｃ・・・カットコンデンサ、
Ｄ１１ａ，Ｄ１１ｂ・・・ＰＩＮダイオード、
Ｒ１１・・・ダミー負荷抵抗、
Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂ・・・安定化抵抗。
【図１】
2007208800.tif 000003
【図２】
2007208800.tif 000004
【図３】
2007208800.tif 000005
【図４】
2007208800.tif 000006