JPH0366841B2 - - Google Patents

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JPH0366841B2
JPH0366841B2 JP23813885A JP23813885A JPH0366841B2 JP H0366841 B2 JPH0366841 B2 JP H0366841B2 JP 23813885 A JP23813885 A JP 23813885A JP 23813885 A JP23813885 A JP 23813885A JP H0366841 B2 JPH0366841 B2 JP H0366841B2
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microwave
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JP23813885A
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JPS6297403A (ja
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Makoto Matsunaga
Yoshitada Iyama
Fumio Takeda
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、入射する電波の電力が大きい場
合、あるいは小さい場合に応じて伝搬径路を切り
換えるマイクロ波半導体スイツチに関するもので
ある。
〔従来の技術〕
第3図は、例えば1982年6月米国で開催された
シンポジウム「IEEE1982Microwave and Mili
−meter Wave Monolithic Circuits
Symposium」の論文集に示された従来のマイク
ロ波半導体スイツチの構造の一例を示す図であ
る。
図において、1は金属基台、2は半導体基板、
3は第1の入出力線路、4は第2の入出力線路、
5は第3の入出力線路、6は1/2波長の長さを有
する低インピーダンス線路、7は1/2波長の長さ
を有する高インピーダンス線路であり、これらマ
イクロストリツプ線路は半導体基板2に構成され
る。
また、8は第1の電界効果トランジスタ(以下
第1のFETと略称する)、9は第1のFETのドレ
イン電極、10は第1のFETのソース電極、1
1は第1のFETのゲート電極である。第1の
FETのソース電極10は金ワイヤ12等を用い
て金属基台1に接続され、第1のFETのドレイ
ン電極9は低インピーダンス線路6に接続され
る。
一方、13は第2の電界効果トランジスタ(以
下第2のFETと略称する)、14は第2のFETの
ドレイン電極、15は第2のFETのソース電極、
16は第2のFETのゲート電極である。第2の
FETのソース電極15は金ワイヤ12等を用い
て金属基台1に接続され、第2のFETのドレイ
ン電極14は高インピーダンス線路7に接続され
る。
第1のFET8のゲート電極11には、マイク
ロストリツプ線路よりなるバイアス回路17を介
して、第1のバイアス端子18からバイアス電圧
が印加される。同様に、第2のFET13のゲー
ト電極16にもバイアス回路17を介して第2の
バイアス端子19よりバイアス電圧が印加され
る。
また、第1の入出力線路3と低インピーダンス
線路6および高インピーダンス線路7の接続され
る点を接続点20と呼ぶとすると、この接続点2
0よりそれぞれ1/4波長の位置の低インピーダン
ス線路6および高インピーダンス線路7に、第1
のFET8、第2のFET13のソース電極が接続
された構成である。
なお、両FETともソース電極とドレイン電極
を同電位とするため、第1の入出力線路3に先端
を金属基台1に接続した接地用高インピーダンス
線路21が接続されている。
次に動作について説明する。
第4図は第3図に示した従来のマイクロ波半導
体スイツチの動作説明をするため、等価回路で表
わしたものである。この等価回路表示ではバイア
ス回路17、接地用高インピーダンス線路21の
図示は略した。
第4図を用いた動作説明においては、まず、第
1の入出力線路3から低電力のマイクロ波が入射
した場合、ついで数W程度の大電力マイクロ波が
入射した場合に分けて動作説明を行なう。
まず、第1の入出力線路3から低電力のマイク
ロ波が入射し、第3の入出力線路5に伝搬してい
く場合を考える。
このとき、第2のバイアス端子19にはピンチ
オフ電圧VPより小さい負のバイアス電圧VBIAS(|
VBIAS|>|VP|)が印加され第2のFET13は
高インピーダンスを呈する。同時に第1のバイア
ス端子18はOVとされ、第1のFET8は低イン
ピーダンス線路を呈する。このインピーダンスを
R1とする。このR1は低インピーダンス線路6の
特性インピーダンスZ1より十分小さいため、接続
点20から第2の入出力線路4側を見たインピー
ダンスが、ほぼ開放状態に近い高インピーダンス
となる。したがつて第1の入出力線路から入射し
たマイクロ波は、高インピーダンス線路7側を伝
搬し、第3の入出力線路5に現われる。このと
き、第2のFETは高インピーダンスを呈してい
るため、伝搬するマイクロ波には影響を与えな
い。
つぎに、第1の入出力線路3から高電力のマイ
クロ波が入射し、第2の入出力線路4に、このマ
イクロ波を供給する場合を考える。このとき、
FETに印加するバイアス条件は下記のとおりと
なる。すなわち、第2のバイアス端子19は
OV、第1のバイアス端子18はピンチオフ電圧
VPより小さい負のバイアス電圧VBIAS(|VBIAS
>|VP|)である。このバイアス条件下では、
第2のFET13は低インピーダンスR2、第1の
FET8は高インピーダンスとなる。このため、
接続点20から第3の入出力線路5側から見たイ
ンピーダンスは開放状態に近い高インピーダンス
となり、第1の入出力線路から入射したマイクロ
波は、低インピーダンス線路6側を伝搬し、第2
の入出力線路4に現われる。
ここで、第1のFET8は高インピーダンスを
呈しており、特性インピーダンスZ1の低インピー
ダンス線路6を伝搬するマイクロ波に影響を与え
ない。
このバイアス状態のスイツチでは、高電力のマ
イクロ波が伝搬するため、第2のFET13に流
れるRF電流、第1のFET8に印加されるRF電
圧は、それぞれ大きな値となる。したがつて、こ
の値に耐えられる性能のFETを用いる必要があ
る。
いま、電力Pワツトのマイクロ波が入射した場
合を考えると、第2のFET13に流れるRF電流
Iは次式で表わされる。
I=2Z2√2Z0P/R2Z0+2Z2 2 …(1) ここで、R2は第2のFET13のOVバイアス状
態での抵抗、Z2は高インピーダンス線路7の特性
インピーダンスである。
一方、第1のFET8に印加されるRF電圧Vは
次式で表わせる。
V=Z1/Z0√20 …(2) ここで、Z1は低インピーダンス線路6の特性イ
ンピーダンスである。
例えば、入出電力として5W,Z0=50Ω,R2
3Ωとし、Z2として75Ω,Z1として40Ωの場合、
電流I、電圧VはそれぞれI=0.23A,V=14V
となる。このうち、電流値0.23Aは、通常のゲー
ト値1mmクラスのFETで流しうるドレイン電流
であり、問題はないが、電圧値V=14VはFETに
とつて許容値を越えかねない値となる。つまり、
第1のFET8のゲートバイアス電圧をVBIAS、ピ
ンチオフ電圧をVP、ゲートのブレークダウン電
圧をVBRとすると、次の関係が必要となる。
|VBR|≧V+|VP|… (3) |VBIAS|=1/2V+|VP| ピンチオフ電圧|VP|=2Vと仮定すると、ブ
レークダウン電圧|VBR|として16Vバイアス電
圧|VBIAS|として9Vが必要となる。このブレー
クダウン電圧16Vは大量生産を考えたFETでは容
易には得られず、この種マイクロ波半導体スイツ
チの許容入力電力を3W程度にするのはむずかし
いという問題があつた。
さらに、FETに印加される電圧を低くするた
め低インピーダンス線路6の電気長は1/2波長必
要となり、このマイクロ波半導体スイツチを構成
する基板である半導体基板2の面積が大きくなる
という問題があつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のマイクロ波半導体スイツチは以上のよう
に構成されているので、許容入力電力を数Wにす
るには、特殊な工程を経た耐圧の高いFETの製
造方法を用いる必要があり、歩留りの低下、量産
に適さないという問題があつた。また、同時に、
できるだけFETに高電圧が加わらないよう1/2波
長の低インピーダンス線路を使うため、半導体基
板の寸法が大きくなるという問題があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、マイクロ波の径路を切り換え
る高耐電力のマイクロ波半導体スイツチを得るこ
とを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るマイクロ波半導体スイツチは、
3つの入出力線路の接続部近傍において、一つの
FETを一方の入出力線路に直列に挿入し、もう
一方のFETを接続部から1/4波長の位置の他の入
出力線路に並列に接続したものである。
〔作用〕
この発明におけるマイクロ波半導体スイツチで
は、数Wの電力のマイクロ波が入射した場合、出
力側となる入出力線路に直列に挿入されたFET
および遮断側となる入出力線路に並列に即入され
たFETを共に低インピーダンス状態とする。こ
のためFETに印加されるRF電圧が低く、FETの
耐圧が小さくても数Wの電力を扱うことができ
る。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第1図はこの発明の一実施例の構造を示した
図である。第1と第2および第3の入出力線路
3,4,5の接続点20の近傍に第1のFET8
を接続点20と第2の入出力線路4に直列に挿入
し、かつ接続点20から第3の入出力線路5へ1/
4波長の長さの点において第2のFET13を並列
に接続した構成である。直列に挿入した第1の
FET8は第1のFETのソース電極9を接続点2
0に、第1のFETのドレイン電極10を第2の
入出力線路4に接続してあり、並列に挿入した第
2のFET13は第2のFETのソース電極14を
第3の入出力線路5に接続し、第2のFETのド
レイン電極15は金ワイヤ12を介して金属基台
1に接続してある。
また、21は接地用高インピーダンス線路であ
り、第1および第2のFET8,13のドレイン
電極、ソース電極を接地電位にするためのもの
で、一方の端は入出力線路に、他端は金属基台1
に接続される。
次にこの発明の動作説明を行なう。第2図は第
1図の実施例を等価回路表示したものである。
このマイクロ波半導体スイツチは、第1の入出
力線路3から入射した高電力のマイクロ波は第2
の入出力線路4へ通過させ、第1の入出力線路3
から入射した低電力のマイクロ波は、第3の入出
力線路5へ通過させるようバイアス電圧を制御す
る。
まず、第1の入出力線路3から高電力のマイク
ロ波が入射した場合を考える。この場合、第1の
FET8には第1のバイアス端子18を介してOV
のゲートバイアス電圧が印加され、第1のFET
8のソース電極、ドレイン電極間のインピーダン
スは低インピーダンスR1となる。一方、第2の
FET13には第2のバイアス端子19を介して
同様にOVのゲートバイアス電圧が印加され、第
2のFET13ソース電極、ドレイン電極間のイ
ンピーダンスは低インピーダンスR2となる。こ
のとき、接続点20から第2のFET13側を見
たインピーダンスは開放状態に近い高インピーダ
ンスとなるため、第1の入出力線路3から入射し
た高電力のマイクロ波は、第1のFET8を通過
し、第2の入出力線路4へ伝搬していく。この状
態において、電力Pワツトのマイクロ波が入射し
た場合を考えると、第1および第2のFET8,
13に流れるRF電流I1,I2はそれぞれ次式で与え
られる。
I1=2√Z0P/2Z0+R1 …(4) I2=2√Z0P/2Z0+R2 …(5) 例えば、入力電力として3W、Z0=50Ω,R1
R2=3Ωとすると、第1のFET8、第2のFET
13に流れるRF電流は等しくI=0.34Aとなる。
このとき、第1、第2のFET8,13に加わる
RF電圧は等しく約1Vである。
つぎに、第1の入出力線路3から低電力のマイ
クロ波が入射した場合を考える。
この場合、第1のFET8、第2のFET13と
もに負のゲートバイアス電圧VBIASはピンチオフ
電圧VPより小さい値に設定され、(|VBIAS|>|
VP|)ソース電極、ドレイン電極間のインピー
ダンスは高インピーダンスを呈する。したがつ
て、第1の入出力線路3から入射したマイクロ波
は、第2の入出力線路4側が高インピーダンスの
ため第3の入出力線路5の方向へ伝搬する。この
とき、高インピーダンス状態の両FETに印加さ
れるRF電圧は、伝搬するマイクロ波が低電圧で
あるため、FETの限界性能に対して十分小さく
問題にならない。
すなわち、この構成によるマイクロ波半導体ス
イツチでは、大電領のマイクロ波が入射した場
合、2つのFETが共に低インピーダンス線路を
呈するようにバイアスされるため、FETのブレ
ークダウン電圧を越えるRF電圧が印加されるこ
とがない。さらに、低インピーダンスを呈する2
つのFETに流れるRF電流は入射するマイクロ波
の電力が増加するにつれて増えるが、これは、
FETのゲート幅を増すことによつて解決できる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、高電力のマイ
クロ波が入射した場合、2個のFETが共に低イ
ンピーダンスとなるようにバイアスされるため、
FETのドレイン・ソース電極間に印加されるRF
電圧は低くなり、FETの破損を招くことはない。
したがつて、ブレークダウン電圧の高いFETを
必要とせず、スイツチの歩留り向上に寄与すると
ころ大である。また、従来のように1/2波長の低
インピーダンス線路を用いてFETにかかるRF電
圧が低くする必要がないため、小形化が達成でき
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるマイクロ波
半導体スイツチの構造を示す図、第2図は第1図
に示したマイクロ波半導体スイツチの等価回路
図、第3図は従来のマイクロ波半導体スイツチの
構造を示す図、第4図は第3図の等価回路図であ
る。 2は半導体基板、3は第1の入出力線路、4は
第2の入出力線路、5は第3の入出力線路、8は
第1の電界効果トランジスタ、9は第1の電界効
果トランジスタのソース電極、10は第1の電界
効果トランジスタのドレイン電極、11は第1の
電界効果トランジスタのゲート電極、13は第2
の電界効果トランジスタ、14は第2の電界効果
トランジスタのソース電極、15は第2の電界効
果トランジスタのドレイン電極、16は第2の電
界効果トランジスタのゲート電極、17はバイア
ス回路、20は接続点である。なお、図中、同一
符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板に電界効果トランジスタとマイク
    ロストリツプ線路とでなる回路素子を一体構成
    し、上記の電界効果トランジスタのドレイン電
    極、ソース電極を同電位とし、ゲート電極に印加
    するバイアス電圧を変えることによりマイクロス
    トリツプ線路を伝搬するマイクロ波の伝搬径路を
    切り換えるマイクロ波半導体スイツチにおいて、
    第1の入出力線路と第2の入出力線路および第3
    の入出力線路の接続点の近傍において、上記接続
    点と第2の入出力線路とに直列に第1の電界効果
    トランジスタのドレイン電極とソース電極を接続
    し、かつ、上記接続点から略1/4波長の長さの第
    3の入出力線路の位置に、第3の入出力線路に対
    して並列に、ソース電極を接地した第2の電界効
    果トランジスタのドレイン電極を接続した構成と
    したことを特徴とするマイクロ波半導体スイツ
    チ。
JP23813885A 1985-10-22 1985-10-22 マイクロ波半導体スイツチ Granted JPS6297403A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06232601A (ja) * 1993-01-29 1994-08-19 Mitsubishi Electric Corp マイクロ波スイッチ回路

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