JPH06268404A - 高周波信号切換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 送受信機間のアイソレーションが良好で、し
かも挿入損失が小さく、さらに小型かつ安価である。 【構成】 アンテナ端子１は、１／４波長伝送線路６を
介して送信機ＴＸに接続されるとともに、伝送線路９を
介して受信機ＲＸに接続されている。１／４波長伝送線
路６は、ＰＩＮダイオード４を介して高周波的に接地さ
れている。伝送線路９には、直列にＰＩＮダイオード３
が介挿されている。送信モード時において、これらＰＩ
Ｎダイオード３および４には逆バイアス電圧が印加さ
れ、ＰＩＮダイオード３および４がいずれもオフ状態と
なる。送信信号はＰＩＮダイオードを介することなくア
ンテナ端子１に伝搬されるため、送信モード時における
挿入損失が大幅に低減される。また、ＰＩＮダイオード
３によって、受信機への送信信号の回り込みがほぼ完全
に防止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高周波信号切換器に
関し、より特定的には、送信機から共通入出力端子に出
力される送信信号と、共通入出力端子から受信機に与え
られる受信信号とを、送信モードと受信モードとの切換
に応答して相補的に切り換えるための高周波信号切換器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車電話や携帯電話等の移動通
信機器においては、例えばＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖ
ｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）通
信を行うために、高周波信号切換器の一例のアンテナ切
換器が設けられる場合がある。このアンテナ切換器は、
同一局内に設けられた送信機と受信機（互いに同一周波
数を用いている）を単一のアンテナを時分割で共用でき
るようにするためのものであり、送信機からアンテナ端
子に出力される送信信号とアンテナ端子から受信機に与
えられる受信信号とを相補的に切り換えるように構成さ
れている。

【０００３】図４は、従来のシリーズ・シャント型のア
ンテナ切換器の構成を示す図である。図４において、ア
ンテナ端子１は、１／４波長伝送線路６を介してＰＩＮ
ダイオード４のアノードおよび受信機ＲＸの入力端に接
続される。また、アンテナ端子１は、ＰＩＮダイオード
３を介して、送信機ＴＸの出力端に接続される。

【０００４】図４に示すアンテナ切換器において、送信
モード時には、ＰＩＮダイオード３および４のアノード
・カソード間に順バイアス電圧が印加され、これによっ
てＰＩＮダイオード３および４が共にオンされる。その
結果、送信機ＴＸから出力される送信信号がＰＩＮダイ
オード３を通過し、アンテナ端子１を介してアンテナＡ
ＮＴに供給される。また、１／４波長伝送線路６は、ア
ンテナ端子１側から見たインピーダンスがほぼ無限大と
なるため、アンテナＡＮＴからアンテナ端子１に供給さ
れる受信信号および送信機ＴＸからの送信信号は、１／
４波長伝送線路６上を伝搬せず、受信機ＲＸに入力され
ない。

【０００５】一方、受信モード時には、ＰＩＮダイオー
ド３および４にバイアス電圧が印加されず、ＰＩＮダイ
オード３および４が共にオフされる。その結果、１／４
波長伝送線路６は単なる伝送線路となり、アンテナＡＮ
Ｔからアンテナ端子１に供給される受信信号は、１／４
波長伝送線路６上を伝搬して、受信機ＲＸに入力され
る。また、アンテナＡＮＴからアンテナ端子１に供給さ
れる受信信号は、ＰＩＮダイオード３によって遮断さ
れ、送信機ＴＸに入力されない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す従来のシリ
ーズ・シャント型のアンテナ切換器では、例えば特開昭
５７−７３５３３号公報に開示されているように、受信
モード時においてＰＩＮダイオード４に対して何らのバ
イアス電圧も印加されていない。そのため、ＰＩＮダイ
オード４が完全なオフ状態にならず、ＰＩＮダイオード
４を介して接地に抜ける高周波信号のリーク経路が形成
される。その結果、受信モード時において、受信信号の
伝搬経路の挿入損失が増大するという問題点があった。

【０００７】また、従来のシリーズ・シャント型のアン
テナ切換器では、送信モード時にＰＩＮダイオード３が
オンした場合、ＰＩＮダイオード３は、そのオン抵抗に
よってインピーダンスが完全に０にならない。そのた
め、送信モード時において、送信信号の伝搬経路の挿入
損失が大きくなるという問題点があった。同様に、送信
モード時にＰＩＮダイオード４がオンした場合、ＰＩＮ
ダイオード４は、そのオン抵抗によってインピーダンス
が完全に０にならない。そのため、１／４波長伝送線路
６の一端が完全に接地電位にならず、アンテナ端子１か
ら見た１／４波長伝送線路６のインピーダンスが十分に
大きく（ほぼ無限大に）ならない。その結果、送信信号
が受信機ＲＸ側に回り込み、すなわち送信機ＴＸ，受信
機ＲＸ間のアイソレーションが劣化し、受信機ＲＸのフ
ロントエンドを構成する増幅器が破壊する恐れがあっ
た。

【０００８】それゆえに、この発明の目的は、送信機と
受信機との間のアイソレーションが良好で、しかも挿入
損失が小さく、さらに小型，安価な高周波信号切換器を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
送信機から共通入出力端子に出力される送信信号と、共
通入出力端子から受信機に与えられる受信信号とを、送
信モードと受信モードとの切換に応答して相補的に切り
換えるための高周波信号切換器であって、送信機と共通
入出力端子との間に配置され、送信信号を伝搬させるた
めの第１の高周波信号伝搬経路、受信機と共通入出力端
子との間に配置され、受信信号を伝搬させるための第２
の高周波信号伝搬経路、そのアノードが第１の高周波信
号伝搬経路に接続され、そのカソードが高周波的に接地
されている第１のスイッチング用ダイオード、第２の高
周波信号伝搬経路に直列に介挿される第２のスイッチン
グ用ダイオード、および送信モード時に、第１および第
２のスイッチング用ダイオードに逆バイアス電圧を印加
してこれら第１および第２のスイッチング用ダイオード
をオフ状態にすることにより、第１の高周波信号伝搬経
路上で送信信号を伝搬させ、第２の高周波信号伝搬経路
上での受信信号の伝搬を遮断させるための逆バイアス電
圧印加手段を備えている。

【００１０】

【作用】請求項１に係る発明においては、第１の高周波
信号伝搬経路（送信信号伝送用の伝搬経路）にシャント
用の第１のスイッチング用ダイオードを接続し、第２の
高周波信号伝搬経路（受信信号伝送用の伝搬経路）に直
列に第２のスイッチング用ダイオードを介挿し、送信モ
ード時において、これら第１および第２のスイッチング
ダイオードに逆バイアス電圧を印加して両方をオフ状態
にすることにより、第１の高周波信号伝搬経路上で送信
信号を伝搬させ、第２の高周波信号伝搬経路上での送信
信号の伝搬を遮断するようにしている。このように、本
発明では、送信信号はダイオードを介することなく共通
入出力端子に伝搬されるため、送信モード時における挿
入損失が大幅に低減される。また、第２のスイッチング
ダイオードによって、送信モード時における受信機への
送信信号の回り込みがほぼ完全に防止される。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例のアンテナ切換
器の構成を示す回路図である。図１において、アンテナ
ＡＮＴが接続されたアンテナ端子１は、その長さが伝搬
する高周波信号の１／４波長に選ばれた１／４波長伝送
線路６の一端に接続されるとともに、高周波コイルＬ１
を介して第１のバイアス端子１１に接続される。１／４
波長伝送線路６の他端は、ＰＩＮダイオード４のアノー
ドに接続されるとともに、直流カット用のコンデンサＣ
１を介して送信機ＴＸの終段増幅器の出力に接続され
る。また、ＰＩＮダイオード４のカソードは、高周波バ
イパス用のコンデンサＣ３を介して高周波的に接地され
ている。さらに、ＰＩＮダイオード４のカソードは、高
周波コイルＬ２を介して第２のバイアス端子１２に接続
される。また、アンテナ端子１は、伝送線路９の一端に
接続される。この伝送線路９には、ＰＩＮダイオード３
が直列に介挿されている。伝送線路９の他端は、高周波
コイルＬ３を介して第３のバイアス端子１３に接続され
るとともに、直流カット用のコンデンサＣ２を介して受
信機ＲＸのフロントエンドを構成する増幅器に接続され
る。

【００１２】上記のごとく、図１に示すアンテナ切換器
は、図４に示す従来のアンテナ切換器と同様に、シリー
ズ・シャント型のアンテナ切換器として構成されてい
る。ただし、図４に示す従来のアンテナ切換器とは異な
り、１／４波長伝送線路６およびＰＩＮダイオード４は
送信機ＴＸ側に設けられ、ＰＩＮダイオード３は受信機
ＲＸ側に設けられている。

【００１３】ここで、図４に示す従来のアンテナ切換器
では、ＰＩＮダイオード４に逆バイアス電圧を印加して
いないため、ＰＩＮダイオード３がＯＮのときに、送信
機の電力が１／４波長伝送線路６を通じてＰＩＮダイオ
ード４に印加された場合に、ＰＩＮダイオード４にリー
ク電流が流れ、それによってアンテナＡＮＴに到る送信
信号に歪みが生じる恐れがあった。その結果、従来は挿
入損失の低減を重視する図１に示すような構成を採るこ
とができなかった。これに対し、本実施例では、以下に
説明するように、逆バイアス電圧を印加してＰＩＮダイ
オード３，４をＯＦＦ状態とするようにしているので、
ＯＦＦ時のＰＩＮダイオード３，４の歪みを小さくする
ことができる。その結果、挿入損失の低減を重視する図
１のような構成を採ることができた。

【００１４】次に、図１に示す実施例の動作について説
明する。なお、受信モードにおいては、送信機ＴＸは不
能動化されており、送信信号を出力しないものとする。
まず、送信モードの場合、第１のバイアス端子１１には
０Ｖのバイアス電圧が印加され、第２および第３のバイ
アス端子１２および１３には＋Ｖｓのバイアス電圧が印
加される。＋Ｖｓ＞０Ｖであるため、ＰＩＮダイオード
３および４の各アノード・カソード間には、いずれも逆
バイアス電圧が印加されることになる。したがって、Ｐ
ＩＮダイオード３および４は、いずれもオフ状態とな
る。

【００１５】その結果、１／４波長伝送線路６は、単な
る伝送線路となり、送信機ＴＸからの送信信号は１／４
波長伝送線路６上を伝搬してアンテナ端子１に供給され
る。このように、送信信号はＰＩＮダイオードを介する
ことなく、１／４波長伝送線路６のみを伝搬してアンテ
ナ端子１に供給される。そのため、送信信号の伝搬経路
の挿入損失が極めて小さくなる。また、ＰＩＮダイオー
ド４は、逆バイアス電圧が印加されることによって完全
なオフ状態にされているため、図４に示す従来のシリー
ズ・シャント型アンテナ切換器のようにＰＩＮダイオー
ド４を介する高周波信号のリーク経路が形成されない。
したがって、送信信号の伝搬経路の挿入損失の増大を防
止できる。

【００１６】一方、伝送線路９においては、ＰＩＮダイ
オード３によって、信号の伝搬がほぼ完全に遮断されて
いる。そのため、送信機ＴＸからの送信信号は、受信機
ＲＸに入力されない。したがって、送信モード時におけ
る送信機ＴＸと受信機ＲＸとの間のアイソレーションが
良好な状態に保たれ、送信信号の回り込みによる受信機
ＲＸの破壊を防止することができる。

【００１７】次に、受信モードの場合、第１のバイアス
端子１１には＋Ｖｓのバイアス電圧が印加され、第２お
よび第３のバイアス端子１２および１３には０Ｖのバイ
アス電圧が印加される。＋Ｖｓ＞０Ｖであるため、ＰＩ
Ｎダイオード３および４の各アノード・カソード間に
は、いずれも順バイアス電圧が印加されることになる。
したがって、ＰＩＮダイオード３および４は、いずれも
オン状態となる。

【００１８】その結果、アンテナＡＮＴからアンテナ端
子１に供給される受信信号が伝送線路９およびＰＩＮダ
イオード３を介して受信機ＲＸに入力される。一方、１
／４波長伝送線路６は、その一端がＰＩＮダイオード４
およびコンデンサＣ３を介して接地されているため、ア
ンテナ端子１側から見た１／４波長伝送線路６のインピ
ーダンスが大きくなる。したがって、アンテナＡＮＴか
らアンテナ端子１に供給される受信信号は、１／４波長
伝送線路６上を伝搬せず、送信機ＴＸに入力されない。

【００１９】なお、本実施例では、受信モード時におい
てＰＩＮダイオード３をオンする場合、ＰＩＮダイオー
ド３は、そのオン抵抗によってインピーダンスが完全に
０にならない。そのため、本実施例では、受信モード時
における受信信号の伝搬経路の挿入損失が、ＰＩＮダイ
オード３のオン抵抗の分だけ増大することになる。一
方、図４に示す従来のシリーズ・シャント型アンテナ切
換器では、ＰＩＮダイオード３のオン抵抗によって送信
モード時における送信信号の伝搬経路の挿入損失が増大
する。このような問題点は、本実施例では受信機ＲＸの
フロントエンド部分の増幅器として高利得のものを用い
ることにより、また図４に示す従来のアンテナ切換器で
は送信機ＴＸのフロントエンド部分の増幅器として高利
得のものを用いることにより解消できる。しかしなが
ら、送信機ＴＸ中の増幅器は、受信機ＲＸ中の増幅器に
比べてハイパワーであるため、一般的に大型かつ高価で
ある。したがって、送信機ＴＸ中の増幅器として高利得
のものを用いると、送信機ＴＸの構成が大型化し、かつ
高価になる。これに対し、受信機ＲＸ中の増幅器として
高利得のものを用いても、受信機ＲＸの構成は、さほど
大型化せず、かつコストの上昇も少なくて済む。したが
って、本実施例は、図４に示す従来のアンテナ切換器と
比べて、装置の小型化および価格の面で有利である。

【００２０】図２は、ＰＩＮダイオードの電圧対電流特
性を示すグラフである。以下、この図２を参照して、上
記実施例におけるバイアス電圧Ｖｓの理想的な決定の仕
方について説明する。図２において、Ｖｆはダイオード
の立ち上がり電圧であり、Ｖａｆは逆耐圧電圧である。
ここで、立ち上がり電圧Ｖｆと逆耐圧電圧Ｖａｆとの中
間の電圧をＶｓ’とすると、Ｖｓ’は、 Ｖｓ’≒（Ｖｆ＋Ｖａｆ）／２ となる。一般的に、Ｖｆ≒０．５〜０．８Ｖであり、Ｖ
ａｆ＜−７Ｖである。したがって、−Ｖｓ’＝＋Ｖｓと
なるようにバイアス電圧Ｖｓを選べば、順バイアス電圧
＋Ｖｓは、立ち上がり電圧Ｖｆよりも十分に大きくな
り、ダイオードは完全なオン状態となる。一方、逆バイ
アス電圧−Ｖｓは、０Ｖよりも十分に低く、しかも逆耐
圧電圧Ｖａｆよりも十分に高くなる。したがって、ダイ
オードが破壊しないようにある程度の安全係数を見込み
ながら、ダイオードを完全なオフ状態にすることができ
る。

【００２１】図３は、この発明の他の実施例に係るアン
テナ切換器の構成を示す回路図である。図３において、
第１のバイアス端子１１には、図１に示す実施例におけ
る第１のバイアス端子１１と全く同じバイアス電圧が印
加される。第１のバイアス端子１１に印加されるバイア
ス電圧は、高周波コイルＬ１を介して１／４波長伝送線
路６および伝送線路９の各一端に供給されるとともに、
インバータ２０の入力端に供給される。なお、インバー
タ２０の入力端は、高周波バイパス用のコンデンサＣ４
を介して高周波的に接地されている。インバータ２０の
出力は、抵抗Ｒ１および高周波コイルＬ２を介してＰＩ
Ｎダイオード４のカソードに与えられるとともに、抵抗
Ｒ１，高周波コイルＬ２，抵抗Ｒ２，高周波コイルＬ３
および伝送線路９を介してＰＩＮダイオード３のカソー
ドに与えられる。ここで、インバータとは、入力電圧が
「高」のとき出力電圧が「低」、あるいは入力電圧が
「低」のとき出力電圧が「高」の論理素子を指すもので
あって、例えばエミッタ接地のトランジスタ増幅回路を
用いることができる。ＰＩＮダイオード３には、並列に
共振コイルＬ４が接続される。図３に示す実施例のその
他の構成は、図１に示す実施例の構成と同様であり、相
当する部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略
する。

【００２２】図３に示す実施例において、送信モードの
場合、第１のバイアス端子１１には、０Ｖのバイアス電
圧が印加される。したがって、ＰＩＮダイオード３およ
び４の各アノードには、０Ｖのバイアス電圧が印加され
る。このとき、インバータ２０は、第１のバイアス端子
１１から印加される０Ｖのバイアス電圧を反転すること
により、その出力電圧は＋Ｖｓになっている。そのた
め、ＰＩＮダイオード３および４の各カソードには、＋
Ｖｓのバイアス電圧が印加される。その結果、ＰＩＮダ
イオード３および４は、いずれにも逆バイアス電圧が印
加されて、オフ状態となっている。したがって、１／４
波長伝送線路６は単なる伝送線路となり、送信機ＴＸか
らの送信信号が１／４波長伝送線路６上を伝搬して、ア
ンテナ端子１に供給される。一方、ＰＩＮダイオード３
は、送信機ＴＸからの送信信号が受信機ＲＸに回り込む
のを阻止している。なお、共振コイルＬ４は、ＰＩＮダ
イオード３と協働して並列共振回路を構成し、ＰＩＮダ
イオード３に生じる容量成分をキャンセルしている。こ
れによって、送信機ＴＸと受信機ＲＸとの間のアイソレ
ーションをより一層高めることができる。

【００２３】図３に示す実施例において、受信モードの
場合、第１のバイアス端子１１には、＋Ｖｓのバイアス
電圧が印加される。したがって、ＰＩＮダイオード３お
よび４の各アノードには、＋Ｖｓのバイアス電圧が印加
される。このとき、インバータ２０は、第１のバイアス
端子１１から印加される＋Ｖｓのバイアス電圧を反転す
ることにより、その出力電圧は０Ｖになっている。した
がって、ＰＩＮダイオード３および４の各カソードに
は、＋Ｖｓのバイアス電圧が印加される。その結果、Ｐ
ＩＮダイオード３および４は、いずれにも順バイアス電
圧が印加され、オン状態となっている。したがって、ア
ンテナＡＮＴからアンテナ端子１に供給される受信信号
は、伝送線路９を介して受信機ＲＸに与えられる。一
方、１／４波長伝送線路６は、その一端がＰＩＮダイオ
ード９を介して接地されているため、アンテナＡＮＴか
らアンテナ端子１に供給される受信信号は１／４波長伝
送線路６上を伝搬せず、送信機ＴＸに入力されない。

【００２４】なお、以上説明した各実施例は、いずれも
アンテナ切換器として構成されているが、この発明は、
１つの共通入出力端子を有し、送信機から共通入出力端
子に出力される送信信号と共通入出力端子から受信機に
供給される受信信号とを切り換える構成であれば、アン
テナ切換器以外の高周波信号切換器にも適用が可能であ
る。例えば、共通入出力端子は、同軸ケーブルや光ケー
ブルによって他のシステムと結合されてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、送信モ
ード時において、第２のスイッチングダイオードが完全
にオフ状態になっているため、この第２のスイッチング
ダイオードを通して漏洩する電力が小さくなり、送信モ
ード時における挿入損失を大幅に低減することができ
る。また、送信モード時に第２のスイッチングダイオー
ドをオフすることによって、受信機への送信信号の回り
込みをほぼ完全に遮断するようにしているので、送受信
機間のアイソレーションを良好な状態に保つことができ
る。したがって、受信機中の増幅器が送信信号の回り込
みによって破壊するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るアンテナ切換器の構
成を示す回路図である。

【図２】ＰＩＮダイオードの電圧対電流特性を示すグラ
フである。

【図３】この発明の他の実施例に係るアンテナ切換器の
構成を示す回路図である。

【図４】従来のシリーズ・シャント型アンテナ切換器の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１： アンテナ端子 ３，４： ＰＩＮダイオード ６： １／４波長伝送線路 ９： 伝送線路 １１： 第１のバイアス端子 １２： 第２のバイアス端子 １３： 第３のバイアス端子 ２０： インバータ ＴＸ： 送信機 ＲＸ： 受信機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信機から共通入出力端子に出力される
   送信信号と、当該共通入出力端子から受信機に与えられ
   る受信信号とを、送信モードと受信モードとの切換に応
   答して相補的に切り換えるための高周波信号切換器であ
   って、 前記送信機と前記共通入出力端子との間に配置され、前
   記送信信号を伝搬させるための第１の高周波信号伝搬経
   路、 前記受信機と前記共通入出力端子との間に配置され、前
   記受信信号を伝搬させるための第２の高周波信号伝搬経
   路、 そのアノードが前記第１の高周波信号伝搬経路に接続さ
   れ、そのカソードが高周波的に接地されている第１のス
   イッチング用ダイオード、 前記第２の高周波信号伝搬経路に直列に介挿される第２
   のスイッチング用ダイオード、および送信モード時に、
   前記第１および第２のスイッチング用ダイオードに逆バ
   イアス電圧を印加してこれら第１および第２のスイッチ
   ング用ダイオードをオフ状態にすることにより、前記第
   １の高周波信号伝搬経路上で送信信号を伝搬させ、前記
   第２の高周波信号伝搬経路上での受信信号の伝搬を遮断
   させるための逆バイアス電圧印加手段を備える、高周波
   信号切換器。