JP2000115018A - 高周波スイッチ回路及び高周波スイッチ回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】受信経路上の低域通過フィルターを無くする
か、その数を減らすことのできる高周波スイッチ回路及
び高周波スイッチ回路基板を提供することにある。 【解決手段】同一のアンテナを送信及び受信の一方に切
り替えて使用するために、アンテナ端子と受信端子との
間にストリップ線路が接続されている高周波スイッチ回
路において、前記ストリップ線路が、その線路長の範囲
内で容量成分を介して接地されていることを特徴とする
高周波スイッチ回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波スイッチ回
路及び高周波スイッチ回路基板、特に携帯電話機など通
信機器において信号経路の切替を行うための高周波スイ
ッチ回路に属する。

【０００２】

【従来の技術】高周波スイッチ回路は、携帯電話機など
の移動体通信機において図９に示すように送信回路Ｔｘ
と受信回路Ｒｘとで同じアンテナANT を共用するため
に、このアンテナと送信回路間及び受信回路間を切り替
えるために用いられる。高周波スイッチ回路の構成とし
ては、図１０のようにストリップ線路ＳＬとスイッチ素
子ＳＷとを組み合わせたものが従来より汎用されてい
る。

【０００３】スイッチ素子ＳＷとしてPIN ダイオードが
用いられている回路例を図１１とともに説明する。PIN
ダイオードを用いた高周波スイッチ回路は、送信端子１
からアンテナ端子２までの送信ラインと、アンテナ端子
２から受信端子３までの受信ラインとからなる。送信ラ
イン上では、送信端子１がコンデンサ４を介してPINダ
イオード５のアノード側に接続され、このダイオード５
のカソード側がコンデンサ６を介してアンテナ端子２に
接続されている。コンデンサ４とダイオード５との中間
点にはコイル１０及び抵抗１１の直列回路を介してコン
トロール端子１２が接続される。一方、受信ライン上で
は、アンテナ端子が送信ラインと共用のコンデンサ６を
介してストリップ線路７の一端に接続され、ストリップ
線路７の他端がコンデンサ８を介して受信端子３に接続
されている。ストリップ線路７とコンデンサ８との中間
点は、PIN ダイオード９を介して接地されている。スト
リップ線路７は、送信信号の波長λに対してλ／４とな
るような線路長をもつ。コンデンサ４，６，８は、各PI
N ダイオードに流れるバイアス電流が高周波スイッチ回
路の外に流れ出すことを防止するためのカップリングコ
ンデンサである。また、コイル１０は、コントロール端
子１２と送信端子１間をハイインピーダンスに保ち、送
信信号がコントロール端子１２に流れることを防止す
る。

【０００４】上記の高周波スイッチ回路において、送信
時にはコントロール端子１２より印加した正電圧により
ダイオード５，９はバイアス電流が流れてＯＮ状態とな
り、送信端子１とアンテナ端子２間はダイオード５によ
りほとんど損失なく接続される。また、ストリップ線路
７が送信信号の波長の１／４となるような線路長をもつ
ために、アンテナ端子２と受信端子３間のインピーダン
スは非常に高くなりアンテナ端子２と受信端子３は切り
離された状態となる。従って、送信端子１に入力された
送信信号は受信端子３側にほとんど流れずにアンテナ端
子２に伝送される。

【０００５】一方、受信時にはコントロール端子１２に
電圧を印加しないか負電圧を印加するかしてダイオード
５，９を共にＯＦＦ状態にすることで、送信端子１とア
ンテナ端子２の間を切断状態とする。このときストリッ
プ線路７は伝送線路として動作するため、アンテナ端子
２と受信端子３間はほとんど損失なく接続される。従っ
て、アンテナ端子２に入力された受信信号は送信端子１
側にほとんど流れずに受信端子３に伝送される。このよ
うにコントロール端子１２に印加する電圧を制御するこ
とによって送受信を切り替えることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の高周波スイ
ッチ回路を実際に使用する場合、図１２に示すように、
送信回路Ｔｘと送信端子の間に不要なスプリアスの輻射
を防止する目的で低域通過型フィルター（ＬＰＦ）が、
また受信回路Ｒｘと受信端子との間にスプリアスの受信
を防止する目的で帯域通過型（低域通過型＋高域通過
型）フィルター（ＢＰＦ）が接続されるのが一般的であ
る。従って、アンテナから送信側パワーアンプ、受信側
ローノイズアンプの間には高周波スイッチ回路の他に２
個の低域通過型フィルターが必要となり、通信機の小型
化を妨げていた。

【０００７】それ故、本発明の目的は、受信経路上の低
域通過フィルターを無くするか、その数を減らすことの
できる高周波スイッチ回路及び高周波スイッチ回路基板
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の高周波スイッチ回路は、同一のアンテナを
送信及び受信の一方に切り替えて使用すべく、アンテナ
端子と受信端子との間にストリップ線路が接続されてい
る高周波スイッチ回路において、前記ストリップ線路
が、その線路長の範囲内で容量成分を介して接地されて
いることを特徴とする。

【０００９】このような構成を採ることにより、ストリ
ップ線路の全長のうち容量成分が接続されている点より
受信端子側の部分のインダクタンスＬと当該容量Ｃとで
分布定数回路が構成されて低域通過フィルター特性が発
揮される。

【００１０】前記容量成分は、ストリップ線路の第一の
接続点で形成される小容量と、ストリップ線路の第二の
接続点で形成される小容量との２つの小容量からなるの
が好ましい。接続される容量が一つである場合の二段バ
タワース型相当のＬＰＦ特性に比べて、カットオフ周波
数で三段チェビシェフ型相当の急峻な減衰量が得られ、
周波数選択性能に優れるからである。

【００１１】本発明の高周波スイッチ回路に適切な回路
基板は、グランド電極が形成された誘電体基板と、グラ
ンド電極に対して誘電体基板の厚さ方向の間隔をあけて
誘電体基板に形成され、同一のアンテナを送信及び受信
の一方に切り替える高周波スイッチ回路の要素として、
アンテナ端子と受信端子との間に介在されるストリップ
線路とを備える高周波スイッチ回路基板において、グラ
ンド電極に接続されるとともに、前記ストリップ線路と
の間で層間容量を形成する容量形成電極が誘電体基板に
設けられていることを特徴とする。

【００１２】この構成の回路基板によれば、送信時には
ストリップ線路はショートスタブとして送信信号が受信
回路側に流れないように動作する。また、受信時にはス
トリップ線路は伝送路として動作する。特に、伝送路と
して動作するにあたり、その一部に容量を付加すること
により、低域通過特性を有するフィルターとなる。これ
により、受信回路に出力される受信信号は伝送路中で所
定周波数帯域の信号のみとなり、受信回路の構成が簡単
になる。

【００１３】しかも、この容量成分は、例えば誘電体基
板内に上記ストリップ線路の所定位置と対向するように
容量形成電極を設けるだけで達成される。即ち、ストリ
ップ線路を有する誘電体基板の形成工程でこの容量形成
電極を同時に形成することができ、新たに別のコンデン
サを配置するなどの必要が無い。従って、他の配線を大
きく変更することなく、誘電体基板への部品の実装点数
を少なくすることができる。その結果、ストリップ線路
を有する誘電体基板の高機能化、小型化を同時に達成で
きる。

【００１４】また、前記容量形成電極は、少なくとも一
部が誘電体基板の表面に露出していると好ましい。露出
した部分をトリミングすることにより容易に容量値を調
整することができるからである。

【００１５】尚、本発明の回路基板は、上記誘電体基板
に所定のストリップ線路と容量形成電極とを具備する限
り、他に何ら限定されない。例えば回路基板外への電流
流出を防止するカップリングコンデンサや各種抵抗、コ
イルなどは上記誘電体基板に設けても良いし、他の箇所
に設けても良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面と共に説
明する。図１は実施形態の高周波スイッチ回路を示す回
路図である。

【００１７】高周波スイッチ回路は、送信端子１３から
アンテナ端子１４までの送信ラインと、アンテナ端子１
４から受信端子１６までの受信ラインとからなる。送信
ライン上では、送信端子１３から順にコンデンサ１８、
PIN ダイオード２０、コンデンサ１９及びアンテナ端子
１４が直列に接続されている。コンデンサ１８とダイオ
ード２０との中間点にはコイル２１及び抵抗２２の直列
回路を介してコントロール端子１５が接続されている。
従って、送信ラインに関しては図１１で示した従来の回
路構成と同様であり、各構成要素は従来の回路構成にお
けると同様に機能する。

【００１８】一方、受信ライン上では、アンテナ端子１
４が送信ラインと共用のコンデンサ１９を介してストリ
ップ線路２３の一端に接続され、ストリップ線路２３の
他端がコンデンサ２７を介して受信端子１６に接続され
ている。ストリップ線路２３とコンデンサ２７との中間
点にはPIN ダイオード２６のアノード側が接続され、カ
ソード側が接地されている。ストリップ線路２３は、送
信信号の波長λに対してλ／４となるような線路長をも
つ。このストリップ線路２３において、アンテナ端子１
４側端部より長さｌだけ受信端子１６側に寄った位置と
グランド電極との間にコンデンサ２４が設けられてい
る。また、その位置から更に長さｍだけ受信端子１６側
に寄った位置とグランド電極との間にコンデンサ２５が
設けられている。

【００１９】この実施形態の高周波スイッチ回路におい
て、送信時にはコントロール端子１５より印加した正電
圧によりダイオード２０はバイアス電流が流れてＯＮ状
態、すなわち接続状態となる。このときダイオード２６
もＯＮ状態となり、ストリップ線路２３が送信信号の波
長の１／４となるような線路長のショートスタブとして
動作し、アンテナ端子１４と受信端子１６間のインピー
ダンスは非常に高くなりアンテナ端子１４と受信端子１
６は切り離された状態となる。従って、送信端子１３に
入力された送信信号は受信端子１６側にほとんど流れず
にアンテナ端子１４に伝送される。

【００２０】一方、受信時にはコントロール端子１５に
電圧を印加しないか負電圧を印加するかしてダイオード
２０，２６を共にＯＦＦ状態にすることで、送信端子１
３とアンテナ端子１４の間を切断状態とする。このとき
ストリップ線路２３は伝送線路として動作するため、ア
ンテナ端子１４と受信端子１６間が接続される。このと
きの受信周波数特性は平坦であり、通過帯域においてア
ンテナ端子１４と受信端子１６間の良好な挿入損失を得
ることができる。

【００２１】ストリップ線路２３の受信端子１６寄りの
長さｍ部分は、そのインダクタンスＬとコンデンサ２４
及びコンデンサ２５の各容量Ｃ１及びＣ２とで図２に示
すような分布定数型回路を構成し、三段チェビシェフ型
低域通過フィルターとして機能する。従って、受信時に
不要な高周波成分はここで除去される。所望の周波数の
減衰を得るためには長さｍにより定まるインダクタンス
と付加する容量成分とを調整して最適にすれば良い。ス
トリップ線路２３の長さｍ部分の両端での通過特性を図
３に示す。ＧＳＭ（GROUP SPECIAL MOBILE）の受信周波
数が９２５〜９６０ＭＨｚであるから、カットオフ周波
数が１ＧＨｚとなるようにするには、Ｃ１、Ｃ２、Ｌが
各々２．７ｐＦ、２．７ｐＦ、８．８ｎＨとなるように
設計する必要がある。比誘電率１０、厚み０．１の誘電
体基板に特性インピーダンス５０Ωのストリップ線路で
このインダクタンスを形成するには長さｍを約１３ｍｍ
に定めればよい。また、２．７ｐＦの容量は同じ誘電体
基板で容易に作成することができる。

【００２２】以上の実施形態においては受信側の伝送路
としてマイクロストリップ線路を用いたが、これに代え
てストリップ線路などの他の伝送路を用いても同様の効
果を生じる。また、コンデンサ２４，２５はディスクリ
ートタイプでもよいし、伝送路とグラウンド間の層内に
容量形成電極を設けて得られる層間容量でもよい。更に
低域通過フィルターを構成するコンデンサの数は、上記
のように２個に限られず、１個又は３個以上でもよい。

【００２３】次に上記実施形態の高周波スイッチ回路を
基板に適用した場合の実施形態を図面と共に説明する。
図４は高周波スイッチ回路基板の第一の実施形態を示す
斜視図、図５は図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【００２４】この高周波スイッチ回路基板は、複数のガ
ラスセラミック層が積層してからなる誘電体基板３２
と、その第一の主面に線状に形成されたストリップ線路
２８と、その反対側の第二の主面のほぼ全面に形成され
たグランド電極２９と、誘電体基板３２内部にストリッ
プ線路２８の一部と所定の間隔をもって対向するように
形成された２つの容量形成電極３０，３０と、グランド
電極２９と容量形成電極３０，３０とを接続する接続ビ
ア３１，３１とを備える。

【００２５】誘電体基板３２は、結晶化ガラス成分とセ
ラミック成分とを有機ビヒクルで混練し、シート成形
し、ストリップ線路２８、グランド電極２９、容量形成
電極３０、接続ビア３１等の各導体を印刷した後に積層
し焼成することにより得られる。尚、セラミック成分と
して主成分のアルミナの他に誘電率向上のための副成分
としてチタン酸ストロンチウム等が添加されている。そ
の比誘電率は８〜１０で、層間厚みは５０〜１００μｍ
である。誘電体基板３２が低温焼成可能なガラスセラミ
ックからなるので、導体材料としては金、銀、銅、銀白
金合金などの低抵抗材料を適用することができる。この
うち銅は酸化されやすくて還元性雰囲気で焼成されなけ
ればならないのに対して、銀及び銀白金合金は大気中で
焼成可能である点で好ましい。上記三段チェビシェフ型
低域通過フィルターに必要な２．７ｐＦの容量値は、ス
トリップ線路２８と容量形成電極３０との対向面積を約
９〜１８ｍｍ² に設定することで実現される。

【００２６】次に高周波スイッチ回路基板の第二の実施
形態について説明する。図６は第二実施形態の高周波ス
イッチ回路基板を示す斜視図、図７は図６のＹ−Ｙ線断
面図である。この形態では、誘電体基板３３の第一の主
面に容量形成電極３５、それと反対側の第二の主面にグ
ランド電極３４、誘電体基板３３の内部にストリップ線
路３６が設けられている。容量形成電極３５とグランド
電極３４とはストリップ線路３７とねじれの位置関係を
もつ接続ビア３６で接続されている。このように容量形
成電極３５を誘電体基板３３の表面に露出させた場合、
焼成後に容量形成電極３５をトリミング等することによ
り層間容量値を調整することができる。

【００２７】尚、第一実施形態及び第二実施形態では、
ストリップ線路及び容量形成電極のいずれかが誘電体基
板の表面に露出していたが、例えば図８に第三実施形態
として示すように誘電体基板４２の両主面にグランド電
極３８，３９を形成し、ストリップ線路４１及び容量形
成電極４０の両方を誘電体基板４２内部に設けても良
い。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ストリ
ップ線路自身が低域通過フィルター特性を発揮するの
で、高周波対策用の低域通過フィルターを受信経路上で
不要にすることができ、通信機全体を小型化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の高周波スイッチ回路の構成図であ
る。

【図２】図１の一点鎖線で囲まれる領域の等価回路図で
ある。

【図３】図２の回路構成による低域通過フィルター特性
を示すグラフである。

【図４】高周波スイッチ回路基板の第一実施形態を示す
斜視図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【図６】高周波スイッチ回路基板の第二実施形態を示す
斜視図である。

【図７】図６のＹ−Ｙ線断面図である。

【図８】高周波スイッチ回路基板の第三実施形態を示す
断面図である。

【図９】高周波スイッチ回路の用途を示す概念図であ
る。

【図１０】従来の高周波スイッチ回路の概念図である。

【図１１】従来の高周波スイッチ回路の構成図である。

【図１２】従来の高周波スイッチ回路を実際の送受信ブ
ロックに使用する場合のブロック図である。

【符号の説明】

１，１３ 送信端子 ２，１４ アンテナ端子 ３，１６ 受信端子 １２，１５ コントロール端子 ２４，２８，３７，４１ ストリップ線路 ３０，３５，４０ 容量形成電極 ３２，３３，４２ 誘電体基板 ２９，３４，３８，３９ グランド電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一のアンテナを送信及び受信の一方に切
   り替えて使用すべくアンテナ端子と受信端子との間にス
   トリップ線路が接続されている高周波スイッチ回路にお
   いて、 前記ストリップ線路が、その線路長の範囲内で容量成分
   を介して接地されていることを特徴とする高周波スイッ
   チ回路。
2. 【請求項２】前記容量成分が、ストリップ線路の第一の
   接続点で形成された小容量と、ストリップ線路の第二の
   接続点で形成された小容量とを備えてなる請求項１に記
   載の高周波スイッチ回路。
3. 【請求項３】グランド電極が形成された誘電体基板と、
   グランド電極に対して誘電体基板の厚さ方向の間隔をあ
   けて誘電体基板に形成され、同一のアンテナを送信及び
   受信の一方に切り替える高周波スイッチ回路の要素とし
   て、アンテナ端子と受信端子との間に介在されるストリ
   ップ線路とを備える高周波スイッチ回路基板において、 グランド電極に接続されるとともに、前記ストリップ線
   路との間で層間容量を形成する容量形成電極が誘電体基
   板に設けられていることを特徴とする高周波スイッチ回
   路基板。
4. 【請求項４】前記容量形成電極は、少なくとも一部が誘
   電体基板の表面に露出している請求項３に記載の高周波
   スイッチ回路基板。