專利名稱：毫米波段開關的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及在毫米波段工作的開關。
背景技術：
圖29、圖30是現有毫米波段開關的一般的電路結構圖。在圖中，T 表示作為開關元件使用的FET (場效應晶體管)，Pl、 P2表示輸入輸出 端子、Ll表示傳輸線路、VI表示控制電壓施加端子，D表示二極管。
通常，為了開關接通(switch on)時的低損耗化，在毫米波段工作 的開關采用將FET或二極管相對于信號通過的傳輸線路(相當于圖中的 Ll )并聯地配置的結構。
在現有的結構中，例如在圖29所示的結構的情況下，開關切斷時 的隔離(isolation )特性依賴于并聯配置的開關元件的接通電阻值(Ron)。 圖31、圖32是謀求高隔離化的現有毫米波段開關的電路結構圖。如該 圖31、圖32所示，為了謀求高隔離化，需要并聯地使用兩個或更多的 開關元件。
此外，作為為了在開關切斷時取得高隔離的開關結構，有將與切斷 時的切斷電容(off capacitance)在希望的頻率共振的電感串聯配置的結 構(例如，參照專利文獻l)。圖33是為了謀求高隔離化而將電感串聯 地配置的現有毫米波段開關的電路結構圖。
專利文獻l:日本專利申請公開平11-284203號公報
但是，現有技術中存在下述問題。
在這樣的現有電路結構的開關中，提高了隔離特性。但是，存在當 接通時開關元件的接通電阻導致的通過損耗(passing loss )增加的問題。
發明內容
本發明正是為了解決上述問題而完成的，其目的在于獲得一種不使 通過損耗增加而能高隔離化的毫米波段開關。
涉及本發明的毫米波段開關，具備在信號通過的輸入輸出端子之 間串聯連接的第一開關元件；以及與笫一開關元件并聯連接的具有1/2波長的電長度(electric length)的第一傳輸線路。
此外，本發明的毫米波段開關，具備 一端并聯連接在信號通過的 輸入輸出端子之間的第一開關元件；與第一開關元件并聯連接的具有 1/2波長的電長度的第一傳輸線路；以及在第一開關元件和第一傳輸線 路的并聯電路的另一端、與接地之間連接的具有1/4波長的電長度的第 二傳輸線路。
根據本發明，通過將具有1/2波長的電長度的傳輸線路和開關元件 的并聯電路，在信號通過的輸入輸出端子之間并聯或者串聯連接，能夠 得到不使通過損耗增加而能高隔離化的毫米波段開關。
圖l是本發明實施方式1的毫米波段開關的第一電路結構圖。 圖2是本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在開關接通時的等 價電路。
圖3是本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在開關切斷時的等 價電路。
圖4是對本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在切斷時的隔離 的計算結果進行表示的頻率特性的 一個例子。
圖5是對本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關的接通時的通過 損耗計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。
圖6是本發明實施方式1的毫米波段開關的第二電路結構圖。
圖7是本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在開關切斷時的等 價電路。
圖8是本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在開關接通時的等 價電路。
圖9是對本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在切斷時的隔離
計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。
圖IO是對本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關的接通時的通
過損耗計算結果進行表示的頻率特性的 一 個例子。
圖U是本發明實施方式1的毫米波段開關的第三電路結構圖。 圖12是本發明實施方式1的毫米波段開關的第四電路結構圖。 圖13是本發明實施方式1的毫米波段開關的第五電路結構圖。
4圖14是本發明實施方式1的毫米波段開關的第六電路結構圖。 圖15是本發明實施方式1的毫米波段開關的第七電路結構圖。 圖16是本發明實施方式1的毫米波段開關的第八電路結構圖。 圖17是本發明實施方式1的毫米波段開關的第九電路結構圖。 圖18是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十電路結構圖。 圖19是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十一電路結構圖。 圖20是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十二電路結構圖。 圖21是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十三電路結構圖。 圖22是對本發明實施方式1的圖21的毫米波段開關在切斷時的隔
離計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。
圖23是對本發明實施方式1的圖21的毫米波段開關的接通時的通
過損耗計算結果進行表示的頻率特性的 一 個例子。
圖24是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十四電路結構圖。
圖25是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十五電路結構圖。
圖26是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十六電路結構圖。
圖27是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十七電路結構圖。
圖28是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十八電路結構圖。
圖29是現有的毫米波段開關的一般的電路結構圖。
圖30是現有的毫米波段開關的一般的電路結構圖。
圖31是謀求高隔離化的現有的毫米波段開關的電路結構圖。
圖32是謀求高隔離化的現有的毫米波段開關的電路結構圖。
圖33是為了謀求高隔離化，串聯配置電感的現有的毫米波段開關
的電路結構圖。 附圖標記說明
L:傳輸線路，T: FET (開關元件)，D: 二極管(開關元件)， Pl、 P2:輸入輸出端子。
具體實施例方式
下面，使用附圖對本發明的毫米波段開關的適合的實施方式進行說明。
實施方式l
圖1是本發明的實施方式1的毫米波段開關的第一電路結構圖。具有在輸入輸出端子(圖中Pl、 P2)之間串聯配置的開關元件的兩端上， 配置了具有通過的毫米波段信號的1/2波長長度的電長度的傳輸線路的 結構。圖1中，L是長度為1/2波長的傳輸線路，T表示作為開關元件 工作的FET, VI表示控制電壓施加端子，R表示電壓施加用電阻。
下面，對該圖1所示的本實施方式1的毫米波段開關的工作進行說 明。圖2是本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在開關接通時的等 價電路。此外，圖3是本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在開關 切斷時的等價電路。
當對控制電壓施加端子施加Vc<Vp ( FET的夾斷(pinch off)電壓) 的電壓時，如圖2所示，FET成為以Coff表示的電容(Coff) ， FET的 阻抗Zt能夠以下式表示。
Zt=l / -jcoCoff (1)
在選擇了切斷電容小的柵極寬度(gate width)的FET的情況下， 在頻率高的毫米波段中FET的阻抗(圖2中Zt)變大，毫米波段的信號 通過1/2波長線路。
另一方面，在開關切斷時，對FET的控制電壓施加端子施加了 Vc-OV的電壓的情況下，FET能夠被大約看作為電阻(圖3中Ron)， FET的阻抗(圖3中Zt)為下式所示。
Zt=Ron ( 2 )
在這種情況下，從P1輸入的毫米波段信號分為通過Ron的電阻而 一部分衰減的信號，和通過1/2波長線路相位延遲180度的信號，在圖 3中的A點合成。因此，由于在A點中兩信號以相互抵消的方式工作， 所以能夠高隔離化。
圖4是對本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在切斷時的隔離 計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖4中，Sl-off表示圖1 所示的本實施方式1的毫米波段開關在切斷時(圖3)的隔離的計算結 果。此外，S2-off表示圖29所示的現有毫米波段開關在切斷時(圖3) 的隔離的計算結果。通過使用本實施方式1的電路結構，在77GHz波段 中，能夠得到提高隔離的效果。
圖5是對本發明實施方式1的圖1的毫米波段開關在接通時的通過 損耗的計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖5中，SI—on 表示圖1所示的本實施方式1的毫米波段開關在接通時(圖2)的通過損耗的計算結果。此外，S2 —on表示圖29所示的現有毫米波段開關在 接通時(圖3)的通過損耗的計算結果。通過使用本實施方式1的電路 結構，在77GHz波段中，能夠得到不使損耗增加的效果。
實際上在毫米波段需要考慮FET的寄生成分。因此，在希望的頻帶 中1/2波長線路的長度需要進行少許的增減等調整，但在這種情況下， 也能得到同樣的效果。此外，作為上述FET使用GaAs - FET、GaN - FET、 或HBT等也可。
圖6是本發明實施方式1的毫米波段開關的第二電路結構圖。是在 前面的圖1所示的第一電路結構圖的1/2波長線路中，在1/4波長的點 上使用FET(圖6中T2)作為第二開關元件的結構。圖7是本發明實施 方式1的圖6的毫米波段開關在開關切斷時的等價電路。此外，圖8是 本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在開關接通時的等價電路。
在切斷(圖7)時，通過利用第二FET (T2)使相位延遲了 180度 的信號的振幅衰減并合成，比起前面的圖1的電路結構，能夠進一步使 隔離提高。第二 FET的柵極寬度選擇為與第一 FET導致的衰減量大致 相同程度。
圖9是對本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在切斷時的隔離 計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖9中，Sl—off表示前 面的圖1所示的本實施方式1的毫米波段開關在切斷時(圖3)的隔離 的計算結果。此外，S3-off表示圖6所示的本實施方式1的毫米波段 開關在切斷時(圖7)的隔離的計算結果。
此外，圖IO是對本發明實施方式1的圖6的毫米波段開關在接通 時的通過損耗的計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖10中， Sl-on表示前面的圖1所示的本實施方式1的毫米波段開關在接通時 (圖2)的通過損耗的計算結果。此外，S3 —on表示圖6所示的本實施 方式1的毫米波段開關在接通時(圖8)的通過損耗的計算結果。
如該圖9、 IO所示，可知具有第二電路結構的毫米波段開關在切斷 時的隔離特性(圖9中的S3 —off)比起具有第一電路結構的毫米波段 開關在切斷時的隔離特性(圖9中的Sl-off),隔離增加。進而，可 知接通時的通過特性幾乎沒有變動。
圖11是本發明實施方式1的毫米波段開關的第三電路結構圖。是 使用了前面圖1所示的第一電路結構的2分路開關(two branch switch)
7的結構例。在圖11中，L3表示連接在分路點上的長度為1/4波長的傳 輸線路。通過使用前面的圖1所示的第一電路結構，即使在2分路開關 中，也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖12是本發明實施方式1的毫米波段開關的第四電路結構圖。是 使用了前面圖1所示的第一電路結構的n分路開關的結構例。即使在n 分路開關中，同樣地也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得 到高隔離。
圖13是本發明實施方式1的毫米波段開關的第五電路結構圖。是 在前面的圖1所示的第一電路結構中使用二極管作為開關元件的結構 例。通過使用二極管，比起使用FET的第一電路結構能夠使切斷時的切 斷電容(Coff)以及接通時的接通電阻(Ron) —起變小。結果是能夠 得到更加低損耗、高隔離的開關特性。
圖14是本發明實施方式1的毫米波段開關的第六電路結構圖。是 使用了前面的圖13所示的第五電路結構的2分路開關的結構例。通過 使用前面的圖13所示的第五電路結構，即使在2分路開關中，也不會 使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖15是本發明實施方式1的毫米波段開關的第七電路結構圖。是 使用了前面的圖13所示的第五電路結構的n分路開關的結構例。通過 使用前面的圖13所示的第五電路結構，即使在n分路開關中，同樣地 也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖16是本發明實施方式1的毫米波段開關的第八電路結構圖。是 使用了前面的圖6所示的第二電路結構的2分路開關的結構例。圖16 中L3表示連接在分路點上的傳輸線路。通過使用前面的圖6所示的第 二電路結構，即使在2分路開關中，也不會使接通時的通過損耗增加， 能夠在切斷時得到高隔離。
圖17是本發明實施方式1的毫米波段開關的第九電路結構圖。是 使用了前面的圖6所示的.第二電路結構的n分路開關的結構例。圖17 中L3表示連接在分路點上的傳輸線路。通過使用前面的圖6所示的第 二電路結構，即使在n分路開關中，也不會使接通時的通過損耗增加， 能夠在切斷時得到高隔離。
圖18是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十電路結構圖。是 在前面的圖6所示的第二電路結構中使用二極管作為開關元件的結構例。通過使用二極管，比起使用FET的第二電路結構能夠使切斷時的切 斷電容(Coff)以及接通時的接通電阻(Ron) —起變小。結果是能夠 得到更加低損耗、高隔離的開關特性。
圖19是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十一電路結構圖。 是使用了前面的圖18所示的第十電路結構的2分路開關的結構例。通 過使用前面的圖18所示的第十電路結構，即使在2分路開關中，也不 會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖20是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十二電路結構圖。 是使用了前面的圖18所示的第十電路結構的n分路開關的結構例。通 過使用前面的圖18所示的第十電路結構，即使在n分路開關中，也不 會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖21是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十三電路結構圖。 是前面的圖1所示的第一電路結構的變形例。在圖21中，L是長度為 1/2波長的傳輸線路，L2是長度為1/4波長的傳輸線路。以下，對具有 該第十三電路結構的毫米波段開關的工作進行說明。
當對控制電壓施加端子VI施加Vc=0V時，FET與具有前面的圖1 所示的第一電路結構的毫米波段開關同樣，成為接通電阻(Ron)。結 果是，圖21中的點S的阻抗變小，輸入到輸入端子P1的信號被斷路。
此外，當對控制電壓施加端子Vl施加Vc〈Vp的電壓時，FET與具 有前面的圖1所示的第一電路結構的毫米波段開關同樣，成為切斷電容 (Coff) 結果是圖21中的點S的阻抗變大，輸入到輸入端子P1的信 號向輸出端子P2通過。
圖22是對本發明實施方式1的圖21的毫米波段開關在切斷時的隔 離計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖22中，S4 —off表示 圖21所示的本實施方式1的毫米波段開關在切斷時的隔離的計算結果。 此外，S2 —off表示圖29所示的現有毫米波段開關在切斷時的隔離的計 算結果。
此外，圖23對本發明實施方式1的圖21的毫米波段開關在接通時 的通過損耗計算結果進行表示的頻率特性的一個例子。在圖23中，S4 -on表示圖21所示的本實施方式1的毫米波段開關在接通時的通過損 耗的計算結果。此外，S2-on表示圖29所示的現有毫米波段開關在接 通時的通過損耗的計算結果。即使使用圖21所示的第十三電路結構，與現有例相比，切斷時的 隔離(圖22中的S4 —off)增加，可知能夠得到接通時的通過損耗(圖 23中的S4 — on)與現有例大致相同程度的性能。
圖24是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十四電路結構圖。 是使用了前面的圖21所示的第十三電路結構的2分路開關的結構例。 通過使用前面的圖21所示的第十三電路結構，即使在2分路開關中， 也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖25是本發明實施方式1的亳米波段開關的第十五電路結構圖。 是使用了前面的圖21所示的第十三電路結構的n分路開關的結構例。 即使在n分路開關中，同樣地也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在 切斷時得到高隔離。
圖26是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十六電路結構圖。 是在前面的圖21所示的第十三電路結構中使用二極管作為開關元件的 結構例。通過使用二極管作為開關元件，同樣地能夠得到低損耗、高隔 離的開關特性。
圖27是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十七電路結構圖。 是使用了前面的圖26所示的第十六電路結構的2分路開關的結構例。 通過使用前面的圖26所示的第十六電路結構，即使在2分路開關中， 也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
圖28是本發明實施方式1的毫米波段開關的第十八電路結構圖。 是使用了前面的圖26所示的第十六電路結構的n分路開關的結構例。 通過使用前面的圖26所示的第十六電路結構，即使在n分路開關中， 同樣地也不會使接通時的通過損耗增加，能夠在切斷時得到高隔離。
如上所述，根據實施方式1,通過將具有1/2波長的電長度的傳輸 線路和開關元件的并聯電路，在信號通過的輸入輸出端子之間并聯或者 串聯連接，能夠得到不使通過損耗增加、能夠高隔離化的毫米波段開關。
權利要求
1.一種毫米波段開關，其特征在于，具備第一開關元件，在信號通過的輸入輸出端子之間串聯連接；以及第一傳輸線路，與第一開關元件并聯連接并具有1/2波長的電長度。
2. 根據權利要求1所述的毫米波段開關，其特征在于，還具備 第二開關元件，連接在上述第一傳輸線路的上述1/2波長的電長度的1/4波長的電長度的點與接地之間。
3. —種毫米波段開關，其特征在于，具備 第一開關元件， 一端并聯連接在信號通過的輸入輸出端子之間； 第一傳輸線路，與上述第一開關元件并聯連接并具有1/2波長的電長度；以及第二傳輸線路，連接在上述第一開關元件和上述笫一傳輸線路的并 聯電路的另一端與接地之間，具有l/4波長的電長度。
4. 一種毫米波段開關，其特征在于，使用n個根據權利要求1至 權利要求3的任何一項所述的毫米波段開關來構成n分路切換開關，其 中n是2以上的整數。
5. 根據權利要求1至權利要求3的任何一項所述的毫米波段開關， 其特征在于，作為開關元件使用場效應晶體管或二極管。
全文摘要
本發明涉及一種毫米波段開關。通過本發明能夠得到不使通過損耗增加、能夠高隔離化的毫米波段開關。具備在信號通過的輸入輸出端子之間串聯連接的第一開關元件；以及與第一開關元件并聯連接的具有1/2波長的電長度的第一傳輸線路。此外也能構成為具備一端在信號通過的輸入輸出端子之間并聯連接的第一開關元件；與第一開關元件并聯連接的具有1/2波長的電長度的第一傳輸線路；以及在第一開關元件和第一傳輸線路的并聯電路的另一端、與接地之間連接的具有1/4波長的電長度的第二傳輸線路。
文檔編號H03K17/51GK101557219SQ20081013096
公開日2009年10月14日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年4月9日
發明者塚原良洋 申請人:三菱電機株式會社