JP4318243B2 - 高周波スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の異なる通信方式を使用できる複数通信方式の無線機に用いられる高周波スイッチおよびこれを用いた高周波スイッチモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線のシステムは、たとえば、主に欧州で盛んなＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式、ＤＣＳ１８００（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ １８００）方式、米国で盛んなＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）方式、日本で採用されているＰＤＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式などの様々なシステムがあるが、昨今の携帯電話の急激な普及にともない、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯ではシステム利用者を賄い切れず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断するなどの問題が生じている。そこで、前記利用者が複数のシステムを利用出来るようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を計り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラの有効活用することが提唱されている。
しかしながら、複数のシステムを利用したい場合には、各システムに対応した携帯機を必要な分だけ持たねばならず、従来１台で複数のシステムを通信できる小型軽量の携帯機がなかった。単純に、１台の携帯機で複数のシステムを利用可能とするには、システム毎の部品を用いて携帯機を構成すればよいが、信号の送信系においては、例えば希望の送信周波数の送信信号を通過させるフィルタ、送受信回路を切り替える高周波スイッチや送受信信号を入放射するアンテナ、また信号の受信系では、前記高周波スイッチを通過した受信信号の希望の周波数を通過させるフィルタ等の高周波回路部品がシステム毎に必要となる。このため携帯機が高価になるとともに、体積・重量も増加してしまい携帯用としては不適であって、一台で複数のシステムを利用可能な携帯機を実現するには複数のシステムの周波数構成を満たし、かつ小型で複合機能化した高周波回路部品が必須となる。
【０００３】
このような高周波回路部品として、高周波スイッチを用いて複数のシステムの送信回路と受信回路を切り換える高周波スイッチモジュールがある。本発明者等は特開平１１−２２５０８９号、特開平１１−３１３００３号で、２つの送受信系の受信回路と送信回路を切り替える小型かつ高性能の高周波スイッチモジュールを提案している。これらの高周波スイッチモジュールは、異なる通過帯域を備えたフィルタを組み合わせて構成する分波回路と、前記分波回路に接続し前記２つの送受信系の受信回路と送信回路を切り替える２つのスイッチ回路を主構成としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記高周波スイッチモジュールはその実施例に記載されているように、例えば、第１の送受信系としてＧＳＭ、第２の送受信系としてＤＣＳ１８００が選択され、第２の送受信系の周波数は第１の送受信系のおおよそ２倍と、その周波数帯域が重複しない場合には高周波スイッチモジュールとして非常に優れた機能を発揮するものであるが、第１、第２の送受信系として一部周波数帯域が重複するＤＣＳ１８００、ＰＣＳ等の受信回路と送信回路を切り替える場合には、分波回路で第１、第２の送受信系が分波できないため、前記高周波スイッチモジュールを使用するのは困難であった。
そこで本発明は、一台で複数のシステムを利用可能な携帯機に用いる高周波回路部品として、高周波スイッチを用いて複数のシステムの送信回路と受信回路を切り換えることが可能な高周波スイッチモジュールを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の異なる送受信系の送信回路と受信回路を切り替える高周波スイッチであって、当該高周波スイッチは、前記送受信系の送受信信号の入出力端と、第１及び第２の送受信系の送信回路からの送信信号が入力する入力端と、第１の送受信系の受信信号と第２の送受信信号を分波する分波回路を接続する接続端と、前記第１の送受信系の受信信号を受信回路へ出力する第１の出力端と、前記第２の送受信系の受信信号を受信回路へ出力する第２の出力端とを備え、前記入出力端と第１及び第２の送受信系の入力端との間と、前記入出力端と前記接続端との間には第１のスイッチング素子が配置され、前記第１のスイッチング素子は第１のコントロール回路から与えられる電圧によって送信モードと受信モードを切り替え、
前記分波回路は、前記接続端と前記第１の出力端との間に配置される第１の伝送線路と、その後段に配置される第１の帯域通過フィルタと、前記第１の伝送線路の出力端側とアース間に配置され第１のコンデンサを介して接地される第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子と前記コンデンサとに並列接続されたチョークコイルと、前記接続端と前記第２の出力端との間に配置される第２の伝送線路と、その後段に配置される第２の帯域通過フィルタを有し、
前記入出力端と前記接続端との間に第２のコンデンサが直列接続されており、前記入出力端と前記入力端との接続時（送信モード）及び／又は前記入出力端と前記第２の出力端との接続時（受信モード）において、前記第２のスイッチング素子と前記第１のコンデンサとの間に設けられた第２のコントロール回路からの電圧により、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態として前記第１の伝送線路を接地し、前記接続端から前記第１の出力端の経路を高インピーダンスとすることを特徴とする高周波スイッチである。
本発明において、前記スイッチング素子はダイオードあるいはトランジスタであるのが好ましい。
また本発明の高周波スイッチは、前記入出力端と第１及び第２の送受信系の入力端との間にスイッチング素子が配置され、当該スイッチング素子とアースとの間に第３の伝送線路が配置され、前記入出力端と前記接続端との間に第４の伝送線路が配置され、前記接続端とアースとの間に他のスイッチング素子が配置され、当該他のスイッチング素子とアースとの間に第３のコンデンサが配置され、前記他のスイッチング素子と前記第２のコンデンサとの間に前記第1のコントロール回路が設けるように構成するのが好ましい。そして、前記第１の伝送線路の線路長を、第２の帯域通過フィルタの通過帯域周波数において入出力端側から第１の出力端をみたインピーダンスが略開放となるようになし、かつ、第２の伝送線路の線路長を、第１の帯域通過フィルタの通過帯域周波数において入出力端側から第２の出力端をみたインピーダンスが略開放となるように構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る高周波スイッチの一実施例の等価回路図である。この高周波スイッチは、２つの送受信系を取り扱い、第１及び第２の送受信系の送信回路ＴＸ１と第１の送受信系の受信回路ＲＸ１と第２の送受信系の受信回路ＲＸ２を切り替えるものである。尚、説明の簡略化と具体化のため２つの送受信系として、第１の信号周波数帯をＤＣＳ１８００（送信周波数：１７１０〜１７８５ＭＨｚ 受信周波数：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）、第２の信号周波数帯をＰＣＳ（送信周波数：１８５０〜１９１０ＭＨｚ 受信周波数：１９３０〜１９９０ＭＨｚ）とし、帯域通過フィルタを弾性表面波フィルタとして以下説明する。
図１において、ＤＣＳ１８００／ＰＣＳの送受信信号の入出力端ＩＰ１を挟んで右側で破線で囲んだ回路は、ＤＣＳ１８００とＰＣＳの受信信号を分波する分波回路として機能する。この分波回路は、ＰＣＳの受信周波数帯域で線路長が略λ／４となるように構成された第１の伝送線路１と、ＤＣＳ１８００の受信周波数帯域で線路長が略λ／４となるように構成された第２の伝送線路２と、第1の帯域通過フィルタ２０と、第２の帯域通過フィルタ２１を有している。
第1の帯域通過フィルタ２０は、ＤＣＳ１８００の受信周波数帯域を通過帯域としてシステム上必要な減衰特性を有し、その入力側から見たインピーダンス特性は、ＤＣＳ１８００の送信周波数帯域及び周波数帯域はＰＣＳの送受信周波数帯域で略ショートの状態となっている。他方、第２の帯域通過フィルタ２１のインピーダンス特性は、ＰＣＳの受信周波数帯域を通過帯域としてシステム上必要な減衰特性を有すると共に、その入力側から見たインピーダンス特性はＤＣＳ１８００の送受信周波数帯域及びＰＣＳの送信周波数帯域で略ショートの状態となっている。
前記第1の帯域通過フィルタ２０の前段に第１の伝送線路１を設けて、ＤＣＳの送信周波数帯域及びＰＣＳの送受信周波数帯域で、接続端ＩＰ２から第１の受信回路ＲＸ１をみたインピーダンス特性が略開放の状態となるようにし、また第２の帯域通過フィルタ２１の前段にも第２の伝送線路２を設けＤＣＳ１８００の送受信周波数帯域及びＰＣＳの送信周波数帯域で、前記接続端ＩＰ２から第２の受信端ＲＸ２をみたインピーダンス特性が略開放の状態となるようにしている。ここで、前記第１の伝送線路１と第２の伝送線路２は位相器として機能する。
上記において帯域通過フィルタ（弾性表面波フィルタ）のインピーダンス特性について述べたが、不平衡入力平衡出力型の弾性表面波フィルタ等、弾性表面波フィルタの種類によっては通過させるべき送受信系以外の送受信系で略ショートの状態とならない場合もある。この場合には、帯域通過フィルタの前段に配置される伝送線路の線路長さをλ／４の長さから、長くまたは短く適宜構成すれば良い。
更に第１の出力端側にカソードが接続され、そのアノード側にコンデンサ４４を介してアースと接続するダイオード３０を配置している。またコンデンサ４４とダイオード３０との間にコントロール回路ＶＣ１が接続される。前記ダイオード３０と並列にチョークコイルとして機能する第５の伝送線路５が配置される。前記入出力端ＩＰ１と接続端ＩＰ２との間には第４の伝送線路４が配置され、前記第４の伝送線路４の接続端ＩＰ２側とアースとの間にダイオード３２が配置されコンデンサ４３を介して接地される。またコンデンサ４３とダイオード３２との間にコントロール回路ＶＣ２が接続される。
また、入出力端ＩＰ１を挟んで左側の回路は、ＤＣＳ１８００及びＰＣＳの送信信号を扱う回路であって、前記入出力端ＩＰ１とＤＣＳ１８００／ＰＣＳの送受信系の入力端ＴＸ１との間に配置され、アノードが入出力端ＩＰ１と接続するダイオードと、アースとの間に設けられ、チョークコイルとして機能する第３の伝送線路３とを備えている。
また、入出力端ＩＰ１とアンテナＡＮＴの間、入力端ＴＸ１と入出力端ＩＰ１の間、入出力端ＩＰ１と接続端ＩＰ２の間には、それぞれＤＣカット用のコンデンサ４０、４１、４２を配置している。
【０００７】
以下に前記高周波スイッチ回路の動作について説明する。
（１）ＤＣＳ１８００／ＰＣＳ送信モード
第１及び第２の送受信系の送信回路ＴＸ１とアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ２から正の電圧が与えられ、この正の電圧がダイオード３１、３２を含む回路に印加され、ダイオード３１，３２がＯＮ状態となる。また、コンデンサ４０、４１、４２により直流分がカットされる。ダイオード３１がＯＮ状態となることにより、第１及び第２の送信回路ＴＸ１と入出力端ＩＰ１間のインピーダンスが低くなる。また、ＯＮ状態となったダイオード３２及びコンデンサ４３によって、第４の伝送線路４が高周波的に接地されることにより共振して、入出力端ＩＰ１から接続端ＩＰ２を見たインピーダンスが非常に大きくなる。さらに本発明では、前記分波回路の第１の出力端１０１側にカソードを接続し、そのアノード側にコンデンサ４４を介してアースと接続するダイオード３０を配置し、コンデンサ４４とダイオード３０との間に設けられたコントロール回路ＶＣ１から正の電圧が与えられる。この正の電圧がダイオード３０を含む回路に印加され、ダイオード３０がＯＮ状態となる。また、コンデンサ４２、４４、通過帯域フィルタ２０，２１により直流分がカットされる。ダイオード３０がＯＮ状態となることにより、ダイオード３０及びコンデンサ４４によって、第１の伝送線路１が高周波的に接地されることにより共振して、接続端ＩＰ２から第１の受信回路ＲＸ１を見たインピーダンスが非常に大きくなる。また、前記の様に第１及び第２の送受信系の送信周波数帯域で入出力端ＩＰ１から第２の受信回路ＲＸ２を見たインピーダンスは大きい。このため、このため、ＤＣＳ１８００とＰＣＳのようにＤＣＳ１８００の受信周波数（ＤＣＳ１８００：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）とＰＣＳの送信周波数（ＰＣＳ：１８５０〜１９１０ＭＨｚ）の一部が重複する場合であっても、第１及び第２の送受信系の送信回路ＴＸ１から第１及び第２の受信回路ＲＸ１、ＲＸ２に漏洩する送信信号を極めて少なくすることが出来る。
【０００８】
▲２▼ＤＣＳ１８００受信モード
第１の受信回路ＲＸ１とアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ１、ＶＣ２から０の電圧が与えられることにより、ダイオード３０、３１、３２がＯＦＦ状態となる。ダイオード３１がＯＦＦ状態となることにより、入出力端ＩＰ１と送信回路ＴＸ１の間のインピーダンスが大きくなる。また、前記の様に、第２の帯域通過フィルタ２１の前段の第２の分伝送線路２により、ＤＣＳ１８００の受信周波数帯域で、接続端ＩＰ２から第２の受信回路ＲＸ２を見たインピーダンス特性が略開放の状態となるように構成しているので、アンテナＡＮＴからの受信信号は、送信回路ＴＸ１及び受信回路ＲＸ２に漏洩することなく、第１の受信回路ＲＸ１に伝送される。
【０００９】
（３）ＰＣＳ受信モード
第２の受信回路ＲＸ２とアンテナＡＮＴとを接続する場合は２種類の電圧印加状態が選択できる。１つは、ＤＣＳ１８００受信モードとおおよそ同様であって、コントロール回路ＶＣ１、ＶＣ２から０の電圧が与えられることにより、ダイオード３０、３１、３２がＯＦＦ状態となり、入出力端ＩＰ１と送信回路ＴＸ１の間のインピーダンスが大きくなる。また、前記の様に、第１の帯域通過フィルタ２０の前段に設けた第１の伝送線路１により、ＰＣＳの受信周波数帯域で、接続端ＩＰ２から第１の受信回路ＲＸ１を見たインピーダンス特性が略開放の状態となるように構成しているので、アンテナＡＮＴからの受信信号は、送信回路ＴＸ１及び受信回路ＲＸ１に漏洩することなく、第２の受信回路ＲＸ２に伝送される。
もう１つは、コントロール回路ＶＣ１から０の電圧が、ＶＣ２から正の電圧が印加されることにより、ダイオード３１、３２をＯＦＦ状態とし、ダイオード３０をＯＮ状態とする。ダイオード３１、３２がＯＦＦ状態となり、入出力端ＩＰ１と送信回路ＴＸ１の間のインピーダンスが大きくなる。また、ダイオード３０がＯＮ状態となることにより、ダイオード３０及びコンデンサ４４によって、第１の伝送線路１が高周波的に接地されることにより共振して、接続端ＩＰ２から第１の受信回路ＲＸ１を見たインピーダンスが非常に大きくなる。このため、アンテナＡＮＴからの受信信号は、送信回路ＴＸ１及び受信回路ＲＸ１に漏洩することなく、第２の受信回路ＲＸ２に伝送される。
【００１０】
以上の説明において送受信系としてＤＣＳ１８００，ＰＣＳを用いたが、他のシステム（例えばＧＳＭ，ＧＰＳ，Ｄ−ＡＭＰＳ等々）との組み合わせであっても、その効果に変わりは無い。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の周波数帯の信号を取り扱う高周波スイッチモジュール等の高周波回路に好適な高周波スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波スイッチの一実施例の等価回路図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５ 伝送線路
２０，２１ 帯域通過フィルタ
３０，３１，３２ ダイオード
４０，４１，４２，４３，４４ コンデンサ

Claims (4)

1. 複数の異なる送受信系の送信回路と受信回路を切り替える高周波スイッチであって、当該高周波スイッチは、前記送受信系の送受信信号の入出力端と、第１及び第２の送受信系の送信回路からの送信信号が入力する入力端と、第１の送受信系の受信信号と第２の送受信信号を分波する分波回路を接続する接続端と、前記第１の送受信系の受信信号を受信回路へ出力する第１の出力端と、前記第２の送受信系の受信信号を受信回路へ出力する第２の出力端とを備え、前記入出力端と第１及び第２の送受信系の入力端との間と、前記入出力端と前記接続端との間には第１のスイッチング素子が配置され、前記第１のスイッチング素子は第１のコントロール回路から与えられる電圧によって送信モードと受信モードを切り替え、
   前記分波回路は、前記接続端と前記第１の出力端との間に配置される第１の伝送線路と、その後段に配置される第１の帯域通過フィルタと、前記第１の伝送線路の出力端側とアース間に配置され第１のコンデンサを介して接地される第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子と前記コンデンサとに並列接続されたチョークコイルと、前記接続端と前記第２の出力端との間に配置される第２の伝送線路と、その後段に配置される第２の帯域通過フィルタを有し、
   前記入出力端と前記接続端との間に第２のコンデンサが直列接続されており、前記入出力端と前記入力端との接続時（送信モード）及び／又は前記入出力端と前記第２の出力端との接続時（受信モード）において、前記第２のスイッチング素子と前記第１のコンデンサとの間に設けられた第２のコントロール回路からの電圧により、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態として前記第１の伝送線路を接地し、前記接続端から前記第１の出力端の経路を高インピーダンスとすることを特徴とする高周波スイッチ。
2. 前記スイッチング素子がダイオードあるいはトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
3. 前記入出力端と第１及び第２の送受信系の入力端との間にスイッチング素子が配置され、当該スイッチング素子とアースとの間に第３の伝送線路が配置され、前記入出力端と前記接続端との間に第４の伝送線路が配置され、前記接続端とアースとの間に他のスイッチング素子が配置され、当該他のスイッチング素子とアースとの間に第３のコンデンサが配置され、前記他のスイッチング素子と前記第２のコンデンサとの間に前記第1のコントロール回路が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波スイッチ。
4. 前記第１の伝送線路の線路長を、第２の帯域通過フィルタの通過帯域周波数において入出力端側から第１の出力端をみたインピーダンスが略開放となるようになし、かつ、第２の伝送線路の線路長を、第１の帯域通過フィルタの通過帯域周波数において入出力端側から第２の出力端をみたインピーダンスが略開放となるようになしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波スイッチ。

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