JPH0729901U - 単極双投スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アイソレーション特性及びスイッチ挿入損失
特性に優れた単極双投スイッチ回路を得る。 【構成】 分岐伝送線路の分岐点から１／４波長だけ離
隔した各分岐部位に、それぞれ第１の容量素子を介して
ＰＩＮダイオードの一端を接続して、その他端を接地す
ると共に、各ＰＩＮダイオードに、第２の容量素子を介
して、インダクタンス素子を並列接続し、かつ、各イン
ダクタンス素子と第２の容量素子との相互接続点にバイ
アス供給端子を設け、ＰＩＮダイオードに逆バイアスを
印加したとき、インダクタンス素子とＰＩＮダイオード
の等価的な回路要素とが並列共振回路を形成し、ＰＩＮ
ダイオードに順バイアスを印加したとき、第１の容量素
子とＰＩＮダイオードの等価的な回路要素及びインダク
タンス要素とが直列共振回路を形成し、第２の容量素子
は高周波を短絡するようにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ＰＩＮダイオードを使用した高周波用のスイッチ回路に係り、特に 、ディジタルコードレス電話のアンテナ切替ダイバーシティ用スイッチに好適な 単極双投（Single Pole Double Throw）スイッチ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の従来の単極双投スイッチ回路として、ヒューレットパッカード社より 発行されたＰＩＮダイオードに関する技術資料「アプリケーションノート９５７ −１」に記載されたものがある。図６はこの単極双投スイッチ回路の回路図であ る。これは、ストリップ線路からなるＴ形の分岐伝送線路10を有するものである 。この分岐伝送線路10は、高周波伝送線路11の一端部をＴ形に分岐して２つの分 岐線路12，13を形成したものである。これらの分岐線路12，13は分岐点14からそ れぞれ１／４波長だけ離隔した位置で終端している。

【０００３】 このうち、一方の分岐線路12の端部は、直流阻止用のコンデンサ21，22を直列 接続したコンデンサ直列回路を介して、高周波入出力端子23に接続されている。 コンデンサ21，22の相互接続点には、カソードが接地されたＰＩＮダイオード24 のアノードが接続されている。また、コンデンサ21，22の相互接続点にはチョー クコイル25の一端が接続されており、このチョークコイル25の他端はバイアス供 給端子26に接続されている。さらに、チョークコイル25の他端には、他端が接地 された高周波短絡用のコンデンサ27の一端が接続されている。

【０００４】 これと同様に、他方の分岐線路13の端部は、直流阻止用のコンデンサ31，32を 直列接続したコンデンサ直列回路を介して、高周波入出力端子33に接続されてい る。コンデンサ31，32の相互接続点には、カソードが接地されたＰＩＮダイオー ド34のアノードが接続されている。また、コンデンサ31，32の相互接続点にはチ ョークコイル35の一端が接続されており、このチョークコイル35の他端はバイア ス供給端子36に接続されている。さらに、チョークコイル35の他端には、他端が 接地された高周波短絡用のコンデンサ37の一端が接続されている。

【０００５】 この単極双投スイッチ回路において、バイアス供給端子26に正の電圧を供給し てＰＩＮダイオード24に順バイアス電圧を印加する一方、バイアス供給端子36に 負の電圧を供給してＰＩＮダイオード34に逆バイアス電圧を印加したとする。こ のとき、ＰＩＮダイオード24には順方向電流が流れ、このＰＩＮダイオード24は 低インピーダンス状態となり、反対に、ＰＩＮダイオード34は逆バイアス電圧に より高インピーダンス状態となる。ＰＩＮダイオード24，34はそれぞれ分岐伝送 線路10の分岐点14から１／４波長だけ離隔した部位に接続されているため、分岐 点14から見た分岐線路12側のインピーダンスは高く、分岐点14から見た分岐線路 13側のインピーダンスは線路の特性インピーダンス（50Ω）と一致する。これに よって、高周波伝送線路11と高周波入出力端子23とを高周波的に遮断し、高周波 伝送線路11と高周波入出力端子33とを高周波的に導通させることができる。

【０００６】 一方、バイアス供給端子26に負の電圧を供給してＰＩＮダイオード24に逆バイ アス電圧を印加する一方、バイアス供給端子36に正の電圧を供給してＰＩＮダイ オード34に順バイアス電圧を印加したとすれば、上述したのとは反対に、高周波 伝送線路11と高周波入出力端子23とを高周波的に導通させ、高周波伝送線路11と 高周波入出力端子33とを高周波的に遮断させることができる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、ＰＩＮダイオードの高周波における等価回路、すなわち、キャリアラ イフタイムτで決定される周波数１／（２πτ）より高い周波数での等価回路は 、抵抗、容量、インダクタンスをそれぞれ回路要素として見れば、図７に示すよ うに、シリーズ抵抗Ｒ_s （0.3Ω）と、パッケージインダクタンスＬ_p （２ｎＨ ）と、ジャンクション抵抗Ｒ_j （導通時に1.2Ω、非導通時に２ＭΩ）及びジャ ンクション容量Ｃ_j （0.22ｐＦ）の並列回路とを直列に接続した回路に、さらに 、パッケージ容量Ｃ_p （0.15ｐＦ）を並列に接続した回路として表わされる。 また、ＰＩＮダイオードを非導通状態にした場合の等価回路は、図８(a) に示 すように、抵抗Ｒ_r （0.18Ω）と容量Ｃ_r （0.39ｐＦ）とを直列に接続した回路 に変換され、さらに、ＰＩＮダイオードを導通状態にした場合の等価回路は、図 ８(b) に示すように、抵抗Ｒ_f （1.6Ω）とインダクタンスＬ_f （2.1ｎＨ）とを 直列に接続した回路に変換される。

【０００８】 従って、1.9ＧＨｚという準マイクロ波帯の信号に対して、ＰＩＮダイオード の非導通状態におけるインピーダンスは約 218Ωで、高インピーダンスにはなら ずに信号が漏洩し、ＰＩＮダイオードの導通状態におけるインピーダンスは約25 Ωで、低インピーダンス状態とはならずに損失を生じる。この結果、従来の単極 双投スイッチ回路にあっては、1.9ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯では、ア イソレーション特性及びスイッチ挿入損失特性が低下するという問題があった。

【０００９】 本考案は上記の問題点を解決するためになされたもので、準マイクロ波帯にお いても、アイソレーション特性及びスイッチ挿入損失特性を格段に向上させるこ とのできる単極双投スイッチ回路を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、分岐伝送線路の分岐点から１／４波長だけ離隔した各分岐部位に、 それぞれ第１の容量素子を介してＰＩＮダイオードの一端を接続して、その他端 を接地すると共に、前記ＰＩＮダイオードの一端にそれぞれインダクタンス素子 の一端を接続し、前記インダクタンス素子の他端を、第２の容量素子を介して接 地し、かつ、各インダクタンス素子と第２の容量素子との相互接続点にバイアス 供給端子を設け、前記インダクタンス素子は、前記ＰＩＮダイオードに逆バイア スを印加したとき、前記ＰＩＮダイオードの等価的な回路要素と共に、所定の周 波数で並列共振するインダクタンスを有し、第１の容量素子は、前記ＰＩＮダイ オードに順バイアスを印加したとき、前記ＰＩＮダイオードの等価的な回路要素 及び前記インダクタンス要素と共に、所定の周波数に直列共振するキャパシタン スを有し、前記第２の容量素子は所定の周波数でのインピーダンスを実質的に零 にするキャパシタンスを有するものを用いている。

【００１１】

【作用】

本考案においては、ＰＩＮダイオードに逆バイアス電圧を印加したとき、ＰＩ Ｎダイオードの等価的な回路要素とインダクタンス素子とが並列共振回路を形成 し、分岐伝送線路の分岐点から１／４波長だけ離隔した分岐部位と接地点とのイ ンピーダンスを線路のインピーダンスと比較して十分に大きくし、ＰＩＮダイオ ードに順バイアス電圧を印加したとき、第１の容量素子、インダクタンス素子及 びＰＩＮダイオードの等価的な回路要素とで直列共振回路を形成し、分岐伝送線 路の分岐点から１／４波長だけ離隔した分岐部位と接地点とのインピーダンスを 線路のインピーダンスと比較して十分に小さくする。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案を図面に示す実施例によって詳細に説明する。 図１は本考案の一実施例の構成を示す回路図である。図中、図６と同一の符号 を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。ここで、分岐伝送線路10の分 岐線路12の端部、すなわち、分岐点14から１／４波長だけ離隔した部位に高周波 入出力端子23が接続され、同じく、分岐線路13上の分岐点14から１／４波長だけ 離隔した部位に高周波入出力端子33が接続されている。 また、分岐線路12の端部には、コンデンサ22を介して、ＰＩＮダイオード24の アノードが接続されており、このＰＩＮダイオード24のカソードは接地されてい る。ＰＩＮダイオード24のアノードには、特性インピーダンスの大きいマイクロ ストリップラインで構成されたインダクタンス素子28の一端が接続され、このイ ンダクタンス素子28の他端はコンデンサ27を介してＰＩＮダイオード24のカソー ドに接続されている。そして、インダクタンス素子28とコンデンサ27の相互接続 点がバイアス供給端子26に接続されている。

【００１３】 これと同様に、分岐線路13の端部には、コンデンサ32を介して、ＰＩＮダイオ ード34のアノードが接続されており、このＰＩＮダイオード34のカソードは接地 されている。ＰＩＮダイオード34のアノードには、特性インピーダンスの大きい マイクロストリップラインで構成されたインダクタンス素子38の一端が接続され 、このインダクタンス素子38の他端はコンデンサ37を介してＰＩＮダイオード34 のカソードに接続されている。そして、インダクタンス素子38とコンデンサ37の 相互接続点がバイアス供給端子36に接続されている。

【００１４】 上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明する。 コンデンサ22はバイアス供給端子26に供給された電圧が分岐伝送線路10に影響 を与えることを阻止する直流阻止の機能を有し、コンデンサ27は高周波信号を通 過させる高周波短絡機能を有している。また、コンデンサ32はバイアス供給端子 36に供給された電圧が分岐伝送線路10に影響を与えることを阻止する直流阻止の 機能を有し、コンデンサ37は高周波信号を通過させる高周波短絡機能を有してい る。

【００１５】 いま、バイアス供給端子26に負の電圧を供給してＰＩＮダイオード24に逆バイ アス電圧を印加したとする。このとき、ＰＩＮダイオード24は前述したように等 価的には抵抗Ｒ_r と容量Ｃ_r とを直列に接続した回路に変換される。したがって 、コンデンサ22、ＰＩＮダイオード24及びインダクタンス素子28は、図２(a) に 示すように、抵抗Ｒ_r と容量Ｃ_r との直列接続回路にインダクタンス素子28が並 列接続され、この並列接続回路にコンデンサ22が直列接続された構成と等価と考 えられる。ここで、インダクタンス素子28のインダクタンスＬ₁ は、抵抗Ｒ_r 及 び容量Ｃ_r と共に並列共振回路を形成するように決められている。 すなわち、分岐伝送線路10に伝送される高周波信号の周波数をｆ_r とすると、 これらの間に次式の関係が成立する。 ｆ_r ＝１／｛２π（Ｌ₁ Ｃ_r −Ｒ_r ² Ｃ_r ² ）^1/2 ｝ …(1) ここで、Ｌ₁ Ｃ_r がＲ_r ² Ｃ_r ² と比較して十分に大きい場合には、近似的に 次式の関係が成立する。 ｆ_r ＝１／｛２π（Ｌ₁ Ｃ_r ）^1/2 ｝ …(2) このようにインダクタンス素子28のインダクタンスＬ₁ を適切に定めることに よって、高周波伝送線路11の分岐点から１／４波長だけ離隔した分岐端と接地点 とのインピーダンスを線路のインピーダンスと比較して十分に大きくすることが できる

【００１６】 次に、バイアス供給端子26に正の電圧を供給してＰＩＮダイオード24に順バイ アス電圧を印加したとする。このとき、ＰＩＮダイオード24は前述したように、 抵抗Ｒ_f とインダクタンスＬ_f とを直列に接続した回路に変換される。したがっ て、コンデンサ22、ＰＩＮダイオード24及びインダクタンス素子28は、図２(b) に示すように、Ｒ_f とインダクタンスＬ_f との直列接続回路にインダクタンス素 子28が並列接続され、この並列接続回路にコンデンサ22が直列接続された構成と 等価と考えられる。ここで、インダクタンス素子28のインダクタンスをＬ₁ とし て、コンデンサ22のキャパシタンスＣ₃ は、抵抗Ｒ_f 、インダクタンスＬ_f 及び Ｌ₁ と共に直列共振回路を形成するように決められている。 即ち、分岐伝送線路10に伝送される高周波信号の周波数をｆ_r とし、ωＬ₁ が Ｒ_f に比べて十分に大きいとすれば近似的に次式の関係が成立する。 ｆ_r ＝１/[２π{Ｃ₃(Ｌ₁ ・Ｌ_f )/(Ｌ₁ ＋Ｌ_f)}^1/2 ］ …(3) これによって、高周波伝送線路11の分岐点から１／４波長だけ離隔した分岐端 と接地点とのインピーダンスを線路のインピーダンスと比較して十分に小さくす ることができる。

【００１７】 上述したのと全く同様に、インダクタンス素子38のインダクタンスＬ₁ は、バ イアス供給端子36に正の電圧を供給してＰＩＮダイオード34に順バイアス電圧を 印加した状態で、ＰＩＮダイオード34の抵抗Ｒ_r 及び容量Ｃ_r と共に並列共振回 路を形成するように決められている。また、コンデンサ22のキャパシタンスＣ₃ は、ＰＩＮダイオード34の抵抗Ｒ_f 、インダクタンスＬ_f 及びインダクタンス素 子38のインダクタンスＬ₁ と共に直列共振回路を形成するように決められている 。

【００１８】 ここで、バイアス供給端子26に正の電圧を供給してＰＩＮダイオード24に順バ イアス電圧を印加する一方、バイアス供給端子36に負の電圧を供給してＰＩＮダ イオード34に逆バイアス電圧を印加したとする。このとき、ＰＩＮダイオード24 の導通状態におけるインピーダンスは従来よりかなり小さく、反対に、ＰＩＮダ イオード34の非導通状態におけるインピーダンスは高インピーダンスとなる。

【００１９】 図３は高周波伝送線路11と高周波入出力端子23との間を非導通状態に、高周波 伝送線路11と高周波入出力端子33との間を導通状態にした場合における従来の回 路のアイソレーション特性Ｐと、本実施例の回路に対するアイソレーション特性 Ｑとを示したもので、中心周波数１．９０５ＧＨｚにおけるアイソレーションは 従来例で９ｄＢであったものが、本実施例では31ｄＢに改善されている。また、 アイソレーションが20ｄＢを超える帯域幅を 200ＭＨｚ以上（比帯域10％以上） に拡大している。

【００２０】 図４は高周波伝送線路11と高周波入出力端子33との間における、従来例におけ る挿入損失特性Ｒ及び本実施例の挿入損失特性Ｘを示したもので、従来例では1. 2ｄＢであったものが、本実施例では0.3ｄＢに改善されている。

【００２１】 なお、本実施例においては、ＰＩＮダイオード24のアノードを分岐線路12の端 部に接続し、そのカソードを接地すると共に、ＰＩＮダイオード34のアノードを 分岐線路13の端部に接続し、そのカソードを接地したが、この代わりに、図５(a ) に示すように、ＰＩＮダイオード24，34の極性を共に逆に接続しても、あるい は、図５(b) に示すように、ＰＩＮダイオード24のみ、その極性を逆にしたり、 さらに、図５(c) に示すように、ＰＩＮダイオード34のみ、その極性を逆に接続 しても良く、要はＰＩＮダイオード24，34の一方に順バイアスが印加されたとき 、他方に逆バイアスが印加されるように、高周波入出力端子23，33に適切なバイ アス電圧を供給すればよい。

【００２２】 また、上記実施例では、分岐線路12，13がそれぞれ高周波伝送線路11の分岐点 14から１／４波長の部位で終端する構成の分岐伝送線路10を用いたが、高周波伝 送線路11の分岐点14から１／４波長の部位にＰＩＮダイオード24，34を接続すれ ば、分岐線路12，13の長さは１／４波長の奇数倍であってもよい。

【００２３】 さらにまた、上記実施例では、高周波伝送線路11の一端がＴ形に分岐した分岐 伝送線路10を用いたが、この代わりに高周波伝送線路11の一端がＹ形に分岐した 分岐伝送線路や、ト形に分岐した分岐伝送線路を用いることができる。

【考案の効果】

以上の説明によって明らかなように本考案によれば、準マイクロ波帯において も、アイソレーション特性及びスイッチ挿入損失特性に優れた単極双投スイッチ 回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す回路図である。

【図２】本考案の一実施例の動作を説明するために、主
要な構成要素の接続関係を示す回路図である。

【図３】本考案の一実施例のアイソレーション特性を、
従来の単極双投スイッチ回路のアイソレーション特性と
合わせて示した線図である。

【図４】本考案の一実施例の挿入損失特性を、従来の単
極双投スイッチ回路の挿入損失特性と合わせて示した線
図である。

【図５】本考案の他の実施例の主要素の接続状態を示す
説明図である。

【図６】従来の単極双投スイッチ回路の構成を示す回路
図である。

【図７】従来の単極双投スイッチ回路の動作を説明する
ためのＰＩＮダイオードの等価回路図である。

【図８】従来の単極双投スイッチ回路の動作を説明する
ためのＰＩＮダイオードの等価回路図である。

【符号の説明】

１０ 分岐伝送線路 １１ 高周波伝送線路 １２，１３ 分岐線路 ２２，２７，３２，３７ コンデンサ（容量素子） ２３，３３ 高周波入出力端子 ２４，３４ ＰＩＮダイオード ２６，３６ バイアス供給端子 ２８，３８ インダクタンス素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周波数の高周波信号を伝送する線
   路の一端が二つに分岐された分岐伝送線路と、前記分岐
   伝送線路の分岐点から１／４波長だけ離隔した各分岐部
   位に、それぞれ第１の容量素子を介して一端が接続さ
   れ、他端が接地された２つのＰＩＮダイオードと、前記
   ＰＩＮダイオードに対応して設けられ、それぞれ一端が
   前記ＰＩＮダイオードの一端に接続され、他端が第２の
   容量素子を介して前記ＰＩＮダイオードの他端に接続さ
   れた２つのインダクタンス素子と、前記インダクタンス
   素子の他端部にそれぞれ接続され、対応する前記ＰＩＮ
   ダイオードにバイアス電圧を印加するためのバイアス供
   給端子とを備え、前記インダクタンス素子は、前記ＰＩ
   Ｎダイオードに逆バイアスを印加したとき、前記ＰＩＮ
   ダイオードの等価的な回路要素と共に、前記所定の周波
   数に並列共振するインダクタンスを有し、前記第１の容
   量素子は、前記ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加し
   たとき、前記ＰＩＮダイオードの等価的な回路要素及び
   前記インダクタンス要素と共に、前記所定の周波数に直
   列共振するキャパシタンスを有し、前記第２の容量素子
   は前記所定の周波数でのインピーダンスを実質的に零に
   するキャパシタンスを有する単極双投スイッチ回路。