JP4207139B2 - 高周波スイッチおよび高周波スイッチモジュール - 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、アンテナと、送信回路又は受信回路との接続を切り替える高周波スイッチであって、第１及び第２の送受信系の送受信信号が入出力する入出力端と、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を受信回路へ出力する第１の出力端と、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、前記入出力端と前記第１の出力端との間には、第１の位相器と、その後段に配置される第１の帯域通過フィルタが配置され、前記入出力端と前記第２の出力端との間には、第２の位相器と、その後段に配置される第２の帯域通過フィルタとが配置され、前記入出力端と前記第１及び第２の送受信系の入力端との間には第１のダイオードが配置され、前記第１の位相器の出力端とアースとの間には第２のダイオードが配置されており、前記送信回路と前記アンテナとの接続には、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態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、更に前記第２の位相器の出力端とアースとの間に第３のダイオードを配置して、前記送信回路と前記アンテナとの接続において、前記第１〜第３のダイオードをＯＮ状態とするのが好ましい。
そして本発明で扱う送受信系は、第１の送受信系の受信周波数と、第２の送受信系の送信周波数の一部が重複することも特徴とする。
前記第１及び第２の帯域通過フィルタは、表面弾性波フィルタ、積層型誘電体フィルタ、同軸型共振器フィルタから選ばれる少なくとも１つであるのが好ましい。
更に、前記入出力端と前記アンテナとの間にフィルタ回路を配置するとともに、前記フィルタ回路と並列に通過帯域の異なるフィルタ回路を接続するのも好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
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と第１の送受信系の受信回路と第２の送受信系の受信回路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を挟んで右側の回路は、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、ＤＣＳ１８００の送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の分布定数線路１と、ＰＣＳの送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の分布定数線路２と、図６に示すようなインピーダンス特性を有する第1の帯域通過フィルタ２０と、図７に示すインピーダンス特性を有する第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ＤＣＳの送信及び周波数帯域は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。一方、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の前段に位相器として機能する分布定数線路１を設けＤＣＳの送信周波数帯域及びＰＣＳの送受信周波数帯域で、前記入出力端ＩＰ１から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の前段にも位相器として機能する分布定数線路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、前記入出力端ＩＰ１から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。更に接続点ＩＰ２にカソードが接続され、そのアノード側にコンデンサ４２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４２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。
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、接続点ＩＰ３とアースとの間に設けられる第３の分布定数線路３とを備えている。
また、入出力端ＩＰ１とアンテナＡＮＴの間には、コンデンサ４０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。
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ＶＣ１から正の電圧が与えられ、この正の電圧がダイオード３０、３１を含む回路に印加され、ダイオード３０，３１がＯＮ状態となる。また、コンデンサ４０、４１、４２、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３０及びコンデンサ４２によって、分布定数線路１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非常に大きい。このため、ＤＣＳ１８００とＰＣＳのように受信周波数（ＤＣＳ１８００：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）と送信周波数（ＰＣＳ：１８５０〜１９１０ＭＨｚ）が一部が重複する場合であっても、第１及び第２の送信回路ＴＸ１からの送信信号が第１の受信回路ＲＸ１および第２の受信回路ＲＸ２に漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送される。
▲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から０の電圧が与えられることにより、ダイオード３０、３１がＯＦＦ状態となる。ダイオード３０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の分布定数線路２により、ＤＣＳ１８００の受信周波数帯域で、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からの受信信号が送信回路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。
▲３▼ＰＣＳ受信モード
第２の受信回路ＲＸ２とアンテナＡＮＴとを接続する場合も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から０の電圧が与えられることにより、ダイオード３０、３１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の分布定数線路１により、ＰＣＳの受信周波数帯域で、入出力端ＩＰ１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からの受信信号が送信回路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。
【０００８】
（実施例２）
図２は、本発明に係る高周波スイッチ回路の他の実施例の等価回路図である。この高周波スイッチ回路は、上記した実施例１と類似する部分が多く、異なる部分を説明する。
等価回路的に異なるのは、アースに接続される第３の分布定数線路３に、コントロール回路ＶＣ２に接続するところである。この様に構成し、ＤＣＳ１８００、ＰＣＳの受信モードにおいてコントロール回路ＶＣ２から正の電圧を与え、ダイオード３０、３１に逆電圧を印加し、ＤＣＳ１８００、ＰＣＳの受信モードにおいて受信信号が第１及び第２の送信回路ＴＸ１に漏洩するのをより確実に防止している。
【０００９】
（実施例３）
図３は、本発明に係る高周波スイッチ回路の他の実施例の等価回路図である。この高周波スイッチ回路は、上記した実施例１と類似する部分が多く、異なる部分を説明する。
その相違点は、入出力端ＩＰ１を挟んで右側の回路は、接続点ＩＰ２にアノードが接続されアースと接続するダイオード３０と、接続点ＩＰ６とアノードが接続されアースと接続するダイオード３２と、第３の分布定数線路３とアース間にコンデンサ４３を配置し、第３の分布定数線路３とコンデンサ４３の接続点ＩＰ５にコントロール端子ＶＣ２を接続する点である。
前記の様に構成し、第１及び第２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から正の電圧を与え、ダイオード３０、３１、３２がＯＮ状態となる。ダイオード３１がＯＮ状態となることにより、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。そしてＯＮ状態となったダイオード３０によって、分布定数線路１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、同様にＯＮ状態となったダイオード３２によって、分布定数線路２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から第２の受信回路ＲＸ２を見たインピーダンスが非常に大きくなる。このため、第１及び第２の送信回路ＴＸ１からの送信信号が第１の受信回路ＲＸ１および第２の受信回路ＲＸ２に漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送される。
ＤＣＳ１８００／ＰＣＳの受信モードではＶＣ２には０の電圧が与えられ、ダイオード３０，３１，３２はＯＦＦ状態となる。この受信モードの動作は実施例１と同様なのでその説明を省く。
また図４に示すように、ダイオード３０とアース間、ダイオード３２とアース間にコンデンサ４２、４４を配置し、分布定数線路１，２と直列共振するように構成しても良い。
【００１０】
（実施例４）
図５は、本発明に係る高周波スイッチを用いた３つの通信方式を取り扱う無線機に使用される高周波スイッチモジュールの一実施例の等価回路図である。
この高周波スイッチモジュールは、互いに通過帯域（Ｐａｓｓ Ｂａｎｄ）の異なる第1及び第２のフィルタ回路１０１、１０２で第１及び第２の送受信系の受信信号と第３の送受信系の受信信号を分波する。ここで第１、第２、第３の送受信系は例えばＤＣＳ１８００，ＰＣＳ，ＧＳＭ（送信周波数８８０〜９１５MHz、受信周波数９２５〜９６０MHz）である。前記第１のフィルタ回路１０１と接続され第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を切り替える第１のスイッチ回路２０１と、第２のフィルタ回路１０２と接続され第３の送受信系の送信回路ＴＸ２と受信回路ＲＸ３を切り替える第２のスイッチ回路２０２とを備え、第１のスイッチ回路２０１として前記実施例１のスイッチ回路を用いたものである。
上記の様に構成すれば、３つの送受信系の送信回路と受信回路を切り替えることが出来る高周波スイッチモジュールを得ることが出来る。
【００１１】
以上の説明において送受信系としてＤＣＳ１８００，ＰＣＳ，ＧＳＭを用いたが、他のシステム（例えば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。
【００１２】
【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回路及びこれを用いた高周波スイッチモジュール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。
【図２】本発明に係る高周波スイッチの他の実施例の等価回路図である。
【図３】本発明に係る高周波スイッチの他の実施例の等価回路図である。
【図４】本発明に係る高周波スイッチの他の実施例の等価回路図である。
【図５】本発明に係る高周波スイッチを用いた高周波スイッチモジュールの等価回路図である。
【図６】帯域通過フィルタのインピーダンス特性を示すスミスチャート。
【図７】帯域通過フィルタのインピーダンス特性を示すスミスチャート。
【符号の説明】
１，２，３ 分布定数線路
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
１０１ 第１のフィルタ回路
１０２ 第２のフィルタ回路
２０１ 第１のスイッチ回路
２０２ 第２のスイッチ回路

Claims (5)

1. アンテナと、送信回路又は受信回路との接続を切り替える高周波スイッチであって、
   第１及び第２の送受信系の送受信信号が入出力する入出力端と、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を受信回路へ出力する第１の出力端と、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、
   前記入出力端と前記第１の出力端との間には、第１の位相器と、その後段に配置される第１の帯域通過フィルタが配置され、前記入出力端と前記第２の出力端との間には、第２の位相器と、その後段に配置される第２の帯域通過フィルタとが配置され、前記入出力端と前記第１及び第２の送受信系の入力端との間には第１のダイオードが配置され、前記第１の位相器の出力端とアースとの間には第２のダイオードが配置されており、
   前記送信回路と前記アンテナとの接続には、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態とすることを特徴とする高周波スイッチ。
2. 前記第２の位相器の出力端とアースとの間には第３のダイオードが配置され、前記送信回路と前記アンテナとの接続には、前記第１〜第３のダイオードをＯＮ状態とすることを特徴とする高周波スイッチ。
3. 第１の送受信系の受信周波数と、第２の送受信系の送信周波数の一部が重複することを特徴とする請求項１または２に記載の高周波スイッチ。
4. 前記第１及び第２の帯域通過フィルタが、表面弾性波フィルタ、積層型誘電体フィルタ、同軸型共振器フィルタから選ばれる少なくとも１つである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。
5. 前記入出力端と前記アンテナとの間にフィルタ回路が配置され、前記フィルタ回路と並列に通過帯域の異なるフィルタ回路が接続されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波スイッチ。

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