專利名稱：濾波型頻率開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾波型高頻開關(guān)電路。本發(fā)明尤其可用于具有一個輸入端子和兩個輸出端子的濾波型高頻開關(guān)電路。
背景技術(shù)：
圖8是表示1-輸入、2-輸出的高頻開關(guān)電路900的電路圖，其通過使用四分之一波長線向兩個二極管施加不同的直流電位(d.c.potential)來執(zhí)行切換功能。高頻開關(guān)電路900具有在輸入端子In和輸出端子Out-1之間的切換電路91以及在輸入端子In和輸出端子Out-2之間的切換電路92。切換電路91和92由具有相同特性的器件構(gòu)成。每個切換電路9i(i是1或者2)在其用于斷開直流電的端具有電容C9i1和C9i2。這兩個電容通過四分之一波長線SL9i連接。通過電阻R9i可以將正電位或者負電位施加到四分之一波長線SL9i和電容C9i2之間的連接點上，且二極管D9i的正極連接到相同連接點。該二極管D9i的負極接地。因此，例如，如果通過電阻R91將正電位施加給二極管D91的正極，且通過電阻R92將負電位施加給二極管D92的正極，那么切換電路91關(guān)斷(作用為切斷)，因為電流通過二極管D91且該二極管變的導(dǎo)通，而切換電路92接通，因為電流不流向二極管D92且該二極管不導(dǎo)通。因此，不能向輸出端子Out-1輸出高頻，而是向輸出端子Out-2輸出帶通濾波后的高頻。
作為由2-端口高頻電路構(gòu)成的相對小的帶通濾波器，例如，“三板帶狀線濾波器(Tri-Plate Strip Line Filter)”(MWE2000微波工藝文摘(Microwave Workshop Digest)，461-468頁(2000))和“使用多層印刷電路板的微波人造衛(wèi)星通訊濾波器(Microwave Satellite Communicat--ions Filter Using Multi-Layer Printed Circuit Board)”(NEC技術(shù)1998年第4期51卷，119-123頁)通常是公知的。
在“三板帶狀線濾波器”的情況中，因為它使用LTCC(低溫共燒結(jié)陶瓷)，所以必須將它安裝到另一個電路板上。因此，將其應(yīng)用到具有低介電常數(shù)的有機基板是困難的。尤其，由于有機基板的厚度變化導(dǎo)致的質(zhì)量不穩(wěn)定成為問題。在“使用多層印刷電路板的微波人造衛(wèi)星通訊濾波器”的情況中，需要多個四分之一波長線，從而濾波電路必然變大。而且，當(dāng)通過使二極管導(dǎo)通來關(guān)斷開關(guān)時，因為電流正向流動，所以消耗大量的功率。當(dāng)通過截止二極管來接通開關(guān)時，在反向偏壓成為低電位之后，需要擴大輸入-輸出功率特性為線形的范圍。
在該連接中，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)明和提交了關(guān)于濾波型高頻開關(guān)電路的專利申請(日本專利申請No.2001-315243，日本專利申請No.2002-1910，日本專利申請No.2002-22689)，該濾波型高頻開關(guān)電路具有如圖9(c)所示的典型結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將簡要地解釋圖9(c)的結(jié)構(gòu)。
圖9(a)和圖9(b)表示將圖9(c)的電路一分為二所得到的電路，圖9(c)的電路是左右對稱結(jié)構(gòu)的電路。在圖9(a)中，提供了輸入/輸出端子Port2并省略了電感L。在圖9(b)中，輸入/輸出端子Port2處具有保留的電感L。在圖9(b)中，在以下討論不受影響的情況下，電感L可以用線代替。在圖9(a)中，線A和電容Ca串聯(lián)連接在端子Port1和地之間。線B和電容Cb串聯(lián)連接在端子Port2和地之間。因此，線A和線B耦合。
現(xiàn)在，圖9(a)的電路中的從端子Portm到端子Portn的傳輸特性被表示成復(fù)數(shù)Smn，其模值不大于1。即，S11是來自于端子Port1的輸入的反射特性，以及S12是來自于端子Port1并通過端子Port2輸出的輸入的傳輸特性。在圖9(a)的電路中，理想的是從任一端子的反射特性為0。期望從任一端到另一端不存在衰減。即，理想的是，保持S11＝S22＝0且|S12|＝|S21|＝1。在為了獲得具有期望頻率的信號的濾波電路中，該關(guān)系是在不反射信號且無損失地的情況下傳輸該信號的必要條件。
這里，考慮特征矩陣S，其中m行n列為Smn。期望使特征向量(1，1)作為偶模激勵(even excitation)以及特征向量(1，-1)作為奇模激勵(odd excitation)。用λ1表示矩陣S關(guān)于偶模激勵特征向量(1，1)的特征值，以及用λ2表示矩陣S關(guān)于奇模激勵特征向量(1，-1)的特性值。首先，通過將特征向量(1，1)和特征向量(1，-1)作為垂直向量構(gòu)成的矩陣P可以用下式(1)表示。
P=12111-1---(1)]]>明顯地，矩陣S可以被推導(dǎo)成下式(2)。
S=Pλ1λ2p-1-1=12λ1+λ2λ1-λ2λ1-λ2λ1+λ2---(2)]]>當(dāng)偶模激勵特征值λ1和奇模激勵特征值λ2的相位相差180°時，保持S11＝S22＝0，|S12|＝|S21|＝1。例如，當(dāng)λ1＝-λ2＝±1時，保持S11＝S22＝0，|S12|＝S21|＝1。然而，λ1＝-λ2＝1是偶模激勵開路且奇模激勵短路的情況，并表示傳輸線，而不是濾波電路。λ1＝-λ2＝-1是偶模激勵短路，奇模激勵開路的情況，并對應(yīng)于半波線，而不是濾波電路。因此，例如，λ1＝-λ2＝±j為濾波電路的設(shè)計條件(相位條件)。對于λ1＝±1，±j，在圖10(a)中示出了史密斯圓圖上的對應(yīng)點。
如圖9(a)所示，當(dāng)增加一對耦合線(線A和線B)時，信號可以通過端子Port1輸入并通過端子Port2輸出。同時，因為來自端子Port2的信號被輕微地傳輸?shù)蕉俗覲ort1，所以從端子Port2看的阻抗落在史密斯圓圖內(nèi)。如圖10(b)中示出的仿真結(jié)果。該圖表示當(dāng)輸入信號為4GHz至8GHz時的反射特性，以及位于大約在曲線中心位置的黑點表示關(guān)于5.8GHz輸入信號的反射特性。
另一方面，對稱電路有效傳輸信號的時間是當(dāng)已經(jīng)在對稱面上實現(xiàn)共軛匹配(阻抗匹配)時。因為正在研究的高頻電路是左右對稱的，所以該條件意味著反射系數(shù)Sa是實數(shù)。即，從圖9(b)的點a向右和向左看到的特征阻抗應(yīng)當(dāng)表示正向電阻。因此，如圖9(b)所示，在濾波電路的對稱面附近添加電感元件L或者線。圖10(c)是表示圖9(b)的電路(濾波電路的左半部分)中的反射系數(shù)Sa的反射特性的效應(yīng)的史密斯圓圖。這樣，利用電感元件的作用將反射特性轉(zhuǎn)移到斯密斯圓圖的水平軸(實數(shù)軸)上，可以在對稱面上獲得左右對稱濾波電路的共軛匹配。即，通過這種方式，可以實現(xiàn)具有高傳輸效率的帶通濾波器。
圖12是斯密斯曲線圖，該圖分別表示與圖9(a)的電路的偶模激勵對應(yīng)的電路(圖11(a))相關(guān)的仿真結(jié)果和與奇模激勵對應(yīng)的電路(圖11(b))相關(guān)的仿真結(jié)果的例子。
圖12中的標(biāo)記m3(在底部)表示偶模激勵(圖11(a))時電路的反射系數(shù)(λ1)，以及標(biāo)記m5表示奇模激勵(圖11(b))時電路的反射系數(shù)(λ2)。在每種情況中，仿真輸入信號的頻率是5.8GHz。以這樣，偶模激勵和奇模激勵的反射系數(shù)的虛數(shù)部分分別變成-j和j，并且圖9(c)的對稱2-端口電路滿足上述的相位條件。即，可以看出，圖9(c)的對稱2-端口電路可以形成帶通濾波器。當(dāng)實際仿真具有5.8GHz中心頻率的帶通濾波器時，得到圖13(a)和13(b)所示的結(jié)果。對于頻率5.8GHz，衰減小，為S21＝-1.3dB，并且反射小，為S11＝-41.9dB，并且很好地輸出高頻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是增加濾波型高頻開關(guān)電路的新特性并改善濾波功能的特性。本發(fā)明的另一個目的是提供一種濾波型高頻開關(guān)電路，其具有的開關(guān)在關(guān)斷時不消耗功率。再一個目的是提供一種濾波型高頻開關(guān)電路，該電路使得在開關(guān)導(dǎo)通時能夠擴大低電位的輸入-輸出功率特性的線性范圍。根據(jù)本發(fā)明的濾波型高頻開關(guān)電路可以理想地實現(xiàn)為具有兩個切換電路的1-輸入、2-輸出(SPDT)濾波型高頻開關(guān)電路。
由本發(fā)明提供的濾波型高頻開關(guān)電路具有一個輸入端子，一個輸出端子以及在輸入端子和輸出端子之間的切換電路。通過使切換電路中的至少一個位置的電位是可控的，而通過或者切斷期望帶寬的高頻。切換電路由第一線、第二線、第三線、第四線和第五線構(gòu)成，其中，第一線的一端電連接到輸入端子且第一線的另一端經(jīng)由第一電容連接到第一電位；第二線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第一線而形成一對耦合線，并且第二線的一端連接到第一二極管的一端，該第一二極管的另一端連接到第二電位；第三線的一端連接到第二線的另一端且第三線的另一端連接到第二二極管的一端，第二二極管的另一端與第一二極管的相同電極端一同連接到第二電位；第四線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第三線而形成一對耦合線，且第四線的一端電連接到輸出端子，以及第四線的另一端經(jīng)由第二電容連接到第三電位；第五線的一端連接到第二線和第三線之間的連接點，第五線的另一端連接到第四電位。第一和第二電容、第一和第四線、第二和第三線以及第一和第二二極管分別具有相同的器件特性。切換電路關(guān)于第二線、第三線和第五線之間的連接點對稱，以及使第二電位和第三電位中的至少一個或者另一個成為上述的可控電位。
如果電流不能流過二極管，可以使二極管充當(dāng)電容。因此，線(第一和第四線)連接到輸入端子和輸出端子，且分別與線(第一和第四線)耦合的兩線(第二和第三線)串聯(lián)連接。兩個二極管的相同極連接到串聯(lián)連接的后兩線(第二和第三線)的兩端，以及使兩個二極管的另外兩極(保持在同一電位)和兩個二極管之間的兩線之間的電位差是可控的。即，使兩線之間的連接點的電位和與連接到線一側(cè)的電極相對的二極管的電極的電位中的至少一個或者另一個是可控的。當(dāng)僅僅使這些電位中的一個可控時，另一個電位是固定的。借助這種方式，在沒有電流流過二極管的反向偏壓情況下，或者使得電位差小的正向偏壓情況下，兩個二極管充當(dāng)電容，從而可以將高頻從輸入端子通過第一線、與第一線耦合的第二線、與第二線連接的第三線以及與第三線耦合的第四線，輸出到輸出端子。此時，通過設(shè)計連接到第一和第四線的第一和第二電容，可以使切換電路起到從輸入端子到輸出端子的帶通濾波器的作用。通過適當(dāng)設(shè)計線、電容和二極管可以容易地設(shè)置其頻帶。
通過組合上述結(jié)構(gòu)的兩個濾波型高頻開關(guān)電路，可以構(gòu)成1-輸入、2-輸出的濾波型高頻開關(guān)電路。即，1-輸入、2-輸出濾波型高頻開關(guān)電路具有一個輸入端子，兩個輸出端子，以及輸入端子和兩個輸出端子之間的相同結(jié)構(gòu)的切換電路，以及通過在兩個切換電路的每一個中使得切換電路中的至少一個位置的電位是可控的，使得至少一個切換電路通過期望帶寬的高頻。因此，當(dāng)這樣設(shè)置兩個切換電路時，可以使濾波型高頻開關(guān)電路起到1-輸入、2-輸出帶通濾波器的作用。
上述兩個切換電路中，在其中一個切換電路中，可以使第二電位和第三電位之間的電位差為0或反向偏壓，同時在另一個切換電路中，使第二電位和第三電位之間的電位差為正向電位差，該正向電位差在使得沒有電流流過第一和第二二極管的范圍內(nèi)。當(dāng)沒有電流流過第一和第二二極管時，電位差的變化變成由二極管形成的電容中的變化。通過使兩個切換電路中的電位差不同，可以使它們起到具有不同頻帶的帶通濾波器的作用。
上述兩個切換電路中，在其中一個切換電路中，可以使第二電位和第三電位之間的電位差為反向偏壓并大于通過輸入端子輸入的高頻波的電壓幅值，同時在另一個切換電路中，使第二電位和第三電位之間的電位差為正向電位差并大于通過輸入端子輸入的高頻波的電壓幅值，該正向電位差在使得電流流過第一和第二二極管的范圍內(nèi)。通過給二極管施加足夠的反向偏置電壓，甚至相對于大的高頻輸入可以使失真降低，并可以擴大保持線性的動態(tài)范圍。
可以在第二線、第三線和第五線的連接點處設(shè)置用于短路作為所通過頻帶中心頻率的高頻的二次諧波的開路短截線(open stub)或電容，以及設(shè)置同樣用于短路三次諧波的開路短截線或電容。如果為了短路掉二次諧波和三次諧波而連接開路短截線或電容，那么可以擴大能夠保持線性的動態(tài)范圍，因為可以去除該諧波導(dǎo)致的失真。
可以用電感代替第五線?？梢杂秒姼写骐妷嚎刂泣c和耦合線之間的線，并且可以容易地將這兩者設(shè)計成具有相同的作用。
通過將第三電位和電容的一端連接到第二線和第三線之間的連接點，并且將該電容的另一端接地，可以去除第五線。以這種方式，可以構(gòu)成執(zhí)行相同功能的濾波型高頻開關(guān)電路。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的濾波型高頻開關(guān)電路100的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2(a)是當(dāng)濾波型高頻開關(guān)電路100的一個輸出接通以及另一個輸出關(guān)斷時的頻率特性曲線，以及圖2(b)是當(dāng)使兩個輸出為兩個不同頻帶的帶通濾波器輸出時的頻率特性曲線；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的濾波型高頻開關(guān)電路200的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖4(a)是濾波型高頻開關(guān)電路200的輸出特性曲線，以及圖4(b)是濾波型高頻開關(guān)電路100的輸出特性曲線；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的濾波型高頻開關(guān)電路300的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖6(a)是濾波型高頻開關(guān)電路300的輸出特性曲線，以及圖6(b)是濾波型高頻開關(guān)電路300的頻率特性曲線；圖7是表示三板(tri-plate)結(jié)構(gòu)的例子的截面圖；圖8是表示是利用二極管和四分之一波長板狀線(slab line)的1-輸入、2-輸出開關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的電路圖；圖9(a)到9(c)是說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的電路圖；圖10(a)到10(c)是說明關(guān)于圖9(a)到9(c)的電路的反射特性的仿真結(jié)果的史密斯圓圖；圖11(a)是表示偶模激勵期間有效的電路元件的電路圖，以及圖11(b)是表示奇模激勵期間有效的電路元件的電路圖；圖12是表示圖11(b)的電路中電感成分的反射特性的效應(yīng)的史密斯圓圖；圖13(a)是表示圖9(a)的電路的傳輸特性的曲線，以及圖13(b)是表示圖9(a)中所示電路的反射特性的曲線；圖14表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的濾波型高頻開關(guān)電路400的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的濾波型高頻開關(guān)電路500的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖16是表示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的濾波型高頻開關(guān)電路600的結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考具體電路圖描述本發(fā)明的一些實施例。本發(fā)明不局限于這些實施例。
(第一個實施例)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的濾波型高頻開關(guān)電路100的結(jié)構(gòu)的電路圖。濾波型高頻開關(guān)電路100具有一個輸入端子In和兩個輸出端子Out-1和Out-2以及具有兩個電壓控制端子VCTL1和VCTL2。
兩條線A10和A20連接到輸入端子In，并且具有切換電路11和12以及輸出端子Out-1和Out-2。兩個切換電路11和12分別構(gòu)成具有濾波功能的1-輸入、1-輸出開關(guān)。它們具有完全相同的結(jié)構(gòu)。設(shè)置線A10和A20是用于特性調(diào)整，且在第一個實施例中它們不是必需的組成部分。
線Ai0和輸出端子Out-i(i＝1或2)之間的切換電路1i的結(jié)構(gòu)如下所述。在相對于輸入端子In的線Ai0的相對側(cè)上，線Ai1和電容Ci1串聯(lián)連接到地。盡管圖1中示出一對耦合線作為電容Ci1，但電容Ci1或者可以是普通的電容。線Ai1和線Bi1形成一對耦合線。線Bi1的一端連接到二極管Di1的正極，以及二極管Di1的負極接地。線Bi0和線Bi2連接到線Bi1的另一端。電容Ci0和電阻Ri0連接到線Bi0的另一端，電容Ci0的另一端接地，以及電阻Ri0的另一端連接電壓控制端子VCTLi。線Bi2的另一端連接到二極管Di2的正極，以及二極管Di2的負極接地。線Bi2和線Ai2形成一對耦合線。線Ai2的一端連接到輸出端子Out-i，以及電容Ci2連接到線Ai2的另一端并接地。盡管圖1中示出一對耦合線作為電容Ci2，但是電容Ci2或者可以是普通的電容。
電容Ci1和Ci2、線Ax和線A12、線Bi1和線Bi2以及二極管Di1和Di2的器件特性分別相同。切換電路1i是其輸入和輸出側(cè)關(guān)于線Bi1和線Bi2的連接點對稱的結(jié)構(gòu)。除了可以將電壓獨立地施加到電壓控制端子VCTL1和VCTL2之外，切換電路11和12具有完全相同的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)切換電路1i的電壓控制端子VCTLi接地時，沒有電流流過二極管Di1和Di2，以及二極管Di1和Di2都表現(xiàn)為相同的電容。將切換電路1i設(shè)計成上述的結(jié)構(gòu)，使得此時其變成期望的帶通濾波器。即，當(dāng)電壓控制端子VCTLi接地時，期望帶寬的高頻輸出到輸出端子Out-i。當(dāng)其電平能使電流流過二極管Di1和Di2的正電壓被施加到電壓控制端子VCTLi時，高頻沒被從線Ai1施加到線Bi1，以及沒有高頻輸出到輸出端子Out-i。即，當(dāng)足夠大的正電壓被施加到電壓控制端子VCTLi時，沒有高頻輸出到輸出端子Out-i。
在圖2(a)中示出對此進行的仿真。在圖2(a)中所示的仿真中，將切換電路11和12設(shè)計成具有5.8GHz中心頻率的帶通濾波器，電壓控制端子VCTL1接地(0V)，由此使得切換電路11接通(使它起到帶通濾波器的作用)，以及將3V施加到電壓控制端子VCTL2，由此使得切換電路12關(guān)斷(切斷高頻)。此時，750μA的電流流向切換電路12的二極管D12和D22。圖2(a)表示輸入到輸入端子In的高頻頻率和輸出端子Out-1和Out-2的輸出之間的關(guān)系。如圖2(a)所示，在5.8GHz中心頻率處，來自輸出端子Out-1的衰減極小，為-2.9dB，并且很好的輸出高頻。另一方面，在輸出端子Out-2衰減極大，為-59.6dB，并且很好的切斷高頻。由此，這種使用二極管的濾波型高頻開關(guān)電路100作為具有濾波功能的1-輸入、2-輸出高頻開關(guān)電路是非常好的。在該例子中，在切換電路11中沒有功率消耗。
(變形)在圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100中，當(dāng)其電平不能使電流流過二極管Di1和Di2的正電壓被施加到切換電路1i的電壓控制端子VCTLi時，二極管Di1和Di2充當(dāng)電容。因為施加了電位，所以此時的電容不同于沒有施加電位時的電容。為了利用該電容變化，對于圖1所示的具有5.8GHz中心頻率的濾波型高頻開關(guān)電路100進行仿真，其中，電壓控制端子VCTL1接地(0V)以及向電壓控制端子VCTL2施加0.3V電壓，由此，切換電路11接通(使它起到帶通濾波器的作用)以及切換電路12的二極管D21和D22的電容變化(使它起到不同頻帶的帶通濾波器的作用)。結(jié)果示于圖2(b)中。在這種情況下，沒有電流流向切換電路11的二極管D11和D12并且也沒有電流流向切換電路12的二極管D21和D22。
圖2(b)表示輸入到輸入端子In的高頻頻率和輸出端子Out-1和Out-2的輸出之間的關(guān)系。如圖2(b)所示，在輸出端子Out-1，在5.8GHz中心頻率處衰減極小，為-2.9dB，并且很好地輸出高頻。另一方面，在輸出端子Out-2，在5.8GHz中心頻率處衰減極大，為-29.6dB，并且很好地切斷高頻。
在4.8GHz的中心頻率處，相反，在輸出端子Out-1，衰減極大，并且很好地切斷高頻，以及在輸出端子Out-2，衰減極小并且很好地輸出高頻。
從上述的第一實施例及其變形，可以容易地推斷出以下。即，在圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100中，通過獨立地向切換電路11和12的各自電壓控制端子VCTL1和VCTL2施加三種電位地電位、不能使電流流過的電位和能使電流流過的電位，可以從各個輸出端子產(chǎn)生例如5.8GHz帶通濾波波形、4.8GHz帶通濾波波形和切斷這樣的三種輸出。
(第二個實施例)圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的濾波型高頻開關(guān)電路200的結(jié)構(gòu)的電路圖。除了下述的部分之外，圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200的結(jié)構(gòu)和圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100的結(jié)構(gòu)完全相同，以及對相同的部分給出相同的附圖標(biāo)記。
相對于圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100，圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200具有設(shè)置在二極管Dim(I和m是1或者2)的負極和地之間的電容Cdim、連接到二極管Dim負極的電阻Rdim以及連接到電阻Rdi1和Rdi2的另一端的上拉電位VdCTLi。四個電容Cdim都具有完全相同的特性，以及四個電阻Rdim也都具有相同的特性。
本發(fā)明提供的濾波型高頻開關(guān)電路具有一個輸入端子、一個輸出端子和該輸入端子和該輸出端子之間的切換電路。通過使切換電路中的至少一個位置的電位是可控的，期望帶寬的高頻通過或者切斷。切換電路由第一線、第二線、第三線、第四線和第五線構(gòu)成，其中，第一線的一端電連接到輸入端子且第一線的另一端經(jīng)由第一電容連接到第一電位；第二線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第一線而形成一對耦合線，并且第二線的一端連接到第一二極管的一端，該第一二極管的另一端連接到第二電位；第三線的一端連接到第二線的另一端且第三線的另一端連接到第二二極管的一端，第二二極管的另一端與第一二極管的相同電極端一同連接到第二電位；第四線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第三線而形成一對耦合線，且第四線的一端電連接到輸出端子，以及第四線的另一端經(jīng)由第二電容連接到第三電位；第五線的一端連接到第二線和第三線之間的連接點，另一端連接到第四電位。第一和第二電容、第一和第四線、第二和第三線以及第一和第二二極管分別具有相同的器件特性。切換電路關(guān)于第二線、第三線和第五線之間的連接點對稱，以及使第二電位和第三電位中的至少一個或者另一個成為上述的可控電位。
如果電流不能流過二極管，可以使二極管充當(dāng)電容。因此，線(第一和第四線)連接到輸入端子和輸出端子，分別與線(第一和第四線)耦合的兩線(第二和第三線)串聯(lián)連接。兩個二極管的相同極連接到串聯(lián)連接的后兩線的兩端，以及使兩個二極管的另外兩極(保持在同一電位)和兩個二極管之間的兩線之間的電位差是可控的。即，使兩線之間的連接點的電位和與連接到線一側(cè)的電極相對的二極管的電極的電位中的至少一個或者另一個是可控的。當(dāng)僅僅使這些電位中的一個可控時，另一個電位是固定的。借助這種方式，在沒有電流流過二極管的反向偏壓情況下，或者使得電位差小的正向偏壓情況下，兩個二極管充當(dāng)電容，從而可以將高頻從輸入端子通過第一線、與第一線耦合的第二線、與第二線連接的第三線以及與第三線耦合的第四線，輸出到輸出端子。此時，通過設(shè)計連接到第一和第四線的第一和第二電容，可以使切換電路起到從輸入端子到輸出端子的帶通濾波器的作用。通過線、電容和二極管的適當(dāng)設(shè)計可以容易地設(shè)置其頻帶。
通過組合上述結(jié)構(gòu)的兩個濾波型高頻開關(guān)電路，可以構(gòu)成1-輸入、2-輸出的濾波型高頻開關(guān)電路。即，1-輸入、2-輸出濾波型高頻開關(guān)電路具有一個輸入端子，兩個輸出端子，以及輸入端子和兩個輸出端子之間的相同結(jié)構(gòu)的切換電路，以及通過在兩個切換電路的每一個中使得切換電路中的至少一個位置的電位是可控的，使得至少一個切換電路通過期望帶寬的高頻。因此，當(dāng)這樣設(shè)置兩個切換電路時，可以使濾波型高頻開關(guān)電路起到1-輸入、2-輸出帶通濾波器的作用。
上述兩個切換電路中，在其中一個切換電路中，可以使第二電位和第三電位之間的電位差為0或反向偏壓，同時在另一個切換電路中，使第二電位和第三電位之間的電位差為正向電位差，該正向電位差在使得沒有電流流過第一和第二二極管的范圍內(nèi)。當(dāng)沒有電流流過第一和第二二極管時，電位差的變化變成由二極管形成的電容中的變化。通過使兩個切換電路中的電位差不同，可以使它們起到具有不同頻帶的帶通濾波器的作用。
上述兩個切換電路中，在其中一個切換電路中，可以使第二電位和第三電位之間的電位差為反向偏壓并大于通過輸入端子輸入的高頻波的電壓幅值，同時在另一個切換電路中，使第二電位和第三電位之間的電位差為正向電位差并大于通過輸入端子輸入的高頻波的電壓幅值，該正向電位差在使得電流流過第一和第二二極管的范圍內(nèi)。通過給二極管施加足夠的反向偏置電壓，甚至相對于大的高頻輸入可以使失真降低，并可以擴大保持線性的動態(tài)范圍。
可以在第二線、第三線和第五線的連接點處設(shè)置用于短路作為所通過頻帶中心頻率的高頻的二次諧波的開路短截線或電容，以及設(shè)置同樣用于短路三次諧波的開路短截線或電容。如果為了短路二次諧波和三次諧波而連接開路短截線或電容，那么可以擴大能夠保持線性的動態(tài)范圍，因為可以去除高次諧波導(dǎo)致的失真。
另外，可以用電感代替第五線?？梢杂秒姼写骐妷嚎刂泣c和耦合線之間的線，并且可以容易地將這兩者設(shè)計成具有相同的作用。
而且，可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中第五線被省略，以及第三電位和電容的一端連接到第二線和第三線之間的連接點，并且電容的另一端接地。以這種方式，可以構(gòu)成執(zhí)行相同功能的濾波型高頻開關(guān)電路。
對于圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200，當(dāng)電壓控制端子VCTL1接地(0V)以及向電壓控制端子VCTL2施加3V電壓，由此切換電路11接通(使它起到帶通濾波器的作用)而切換電路12關(guān)斷(切斷高頻)，以及施加3V電壓作為上拉電位VdCTL1并且上拉電位VdCTL2接地(0V)時的功率特性在圖4(a)中示出。作為用于比較的例子，在圖4(b)中示出當(dāng)圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100中電壓控制端子VCTL1接地(0V)且向電壓控制端子VCTL2施加3V電壓時的功率特性。然而，如圖4(b)所示，圖1的濾波型高頻開關(guān)電路100的輸出在-12.3dBm處開始失去線性，如圖4(a)所示，圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200的輸出在9.4dBm之前沒有失去線性。因此，利用施加上拉電位的濾波型高頻開關(guān)電路200，即使施加大功率時，輸出中也沒有失真。
(第三個實施例)圖5是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的濾波型高頻開關(guān)電路300的結(jié)構(gòu)的電路圖。除了下述部分之外，圖5的濾波型高頻開關(guān)電路300的結(jié)構(gòu)與圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200的結(jié)構(gòu)完全相同，以及相同的部分具有相同的附圖標(biāo)記。
與圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200相比，圖5的濾波型高頻開關(guān)電路300具有連接到線Bi0、Bi1和Bi2(i＝1或2)之間的連接點的開路短截線OSi2和OSi3，該開路短截線OSi2和OSi3在帶通濾波器的中心頻率的二次諧波和三次諧波處發(fā)生諧振。開路短截線OSi2和OSi3的長度對應(yīng)于帶通濾波器的中心頻率的二次諧波和三次諧波的四分之一波長。
圖6(a)中示出了圖5的濾波型高頻開關(guān)電路300的輸出特性曲線，以及圖6(b)中示出了其頻率特性曲線。在電壓控制端子VCTL1接地(0V)且向電壓控制端子VCTL2施加3V電壓，由此切換電路11接通(使它起到帶通濾波器的作用)且切換電路12關(guān)斷(切斷高頻)，以及施加3V電壓作為上拉電位VdCTL1且上拉電位VdCTL2接地(0V)的情況下的特性由圖6(a)和6(b)示出。
如圖6(a)所示，圖5的濾波型高頻開關(guān)電路300的輸出在11.3dBm之前保持線性，以及相對于圖3的濾波型高頻開關(guān)電路200在9.4dBm失去線性(參見圖4(a))，獲得了進一步的改進。如圖6(b)所示，在頻率特性中，在中心頻率5.8GHz處，從輸出端子Out-1非常好地輸出高頻，且衰減小，為-2.6dB，以及在輸出端子Out-2衰減很大，為-47.2dB，并且非常好地切斷高頻。因此，利用該具有開路短截線OSi2和OSi3的濾波型高頻開關(guān)電路300，可以在保持良好頻率特性的同時進一步改善功率特性，該開路短截線OSi2和OSi3在帶通濾波器的中心頻率的二次諧波和三次諧波處發(fā)生諧振。
在帶通濾波器的中心頻率的二次諧波和三次諧波處發(fā)生諧振開路短截線OSi2和OSi3的操作的簡要說明如下。t為時間，用下面的式(3)表示輸出y(t)關(guān)于輸入x(t)的三級泰勒(Taylor)展開。
y(t)＝α1x(t)+α2{x(t)}2+α3{x(t)}3…(3)可以由幅度A和角頻率ω定義輸入x(t)，如式(4)所示。
x(t)＝Acos(ωt)…(4)將式(4)帶入式(3)并重新整理得到下面的式(5)。
y(t)＝α2A2/2+(α1A+3α3A3/4)cos(ωt)+α2A2cos(2ωt)/2+α3A3cos(3ωt)/4 …(5)式(3)的第三項的系數(shù)α3通常為負數(shù)，以及在式(5)中，當(dāng)輸入x(t)的幅度A變大時，作為與輸入x(t)成比例的部分，第二項的系數(shù)變小，并顯示飽和現(xiàn)象。除此之外，表示二次和三次諧波的第三和第四項也變大。這些較高次諧波增加了接通側(cè)切換電路中的二極管的正極和負極兩端的電位差并增加了失真，應(yīng)該適當(dāng)?shù)叵撾娢徊?。為了避免這種情況，通過提供兩個短截線來短路二次和三次諧波，至少可以消除式(5)的第三和第四項。借助這種方式，與沒有設(shè)置這兩個短截線時相比，進一步改善了功率特性。
盡管在圖5的濾波型高頻開關(guān)電路300中，在兩個切換電路31、32的每一個中提供了開路短截線OSi2和OSi3，但是或者可以用電容構(gòu)成。例如，片狀電容當(dāng)然可以用作這些電容，因此片狀尺寸的設(shè)計包括在本發(fā)明中。
在上述實施例中，如果將線部分形成為3-層結(jié)構(gòu)的三板帶狀線的中間層，該3層結(jié)構(gòu)具有地，作為圖7中所示頂層和底層，可以得到的好處是，因為這些部分被地加在中間，所以沒有輻射。作為使用的金屬類型(圖7中的M1、MC、M2)，盡管根據(jù)導(dǎo)電性金(Au)是優(yōu)越的，但是可以使用銅、鋁或其合金、或者通過層壓它們所構(gòu)成的金屬。在有機基板D的相對電容率為3.4的實施例中，可以使金屬MC的厚度為14μm以及金屬M1和M2之間的有機基板D的厚度為313μm，來實現(xiàn)本發(fā)明。
上述第一實施例及其變形、第二實施例和第三實施例(下文中稱為上述實施例)的組成部件與權(quán)利要求范圍內(nèi)所列出的項之間的對應(yīng)關(guān)系如下所述。用i表示不加以區(qū)分的兩個切換電路中的任一個的構(gòu)成器件，上述實施例中的線Ai1、Bi1、Bi2、Ai2和Bi0對應(yīng)于權(quán)利要求中所述的第一、第二、第三、第四和第五線。同樣，上述實施例中的二極管Di1和Di2對應(yīng)于“兩個二極管”，以及上述實施例中的電容Ci1和Ci2分別對應(yīng)于“第一和第二電容”。上述實施例中的輸入端子In和輸出端子Out-1和Out-2對應(yīng)于“輸入端子”和“兩個輸出端子”。所述開路短截線OSi2和OSi3對應(yīng)于“用于短路二次諧波和三次諧波的開路短截線或電容”。
(第四實施例)圖14是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的濾波型高頻開關(guān)電路400的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖14的濾波型高頻開關(guān)電路400是第一實施例的濾波型高頻開關(guān)電路100的結(jié)構(gòu)的一半，并且從附圖標(biāo)記中去除了表示與輸出端子Out-i對應(yīng)的i。在該實施例中，第一和第二二極管是D1、D2且第三電容是電容C0。
因此，本發(fā)明不局限于1-輸入、2-輸出濾波型高頻開關(guān)電路100，并且也可以應(yīng)用于1-輸入、1-輸出濾波型高頻開關(guān)電路400。
濾波型高頻開關(guān)電路400的基本組成部件如下。即，在具有一個輸入端子In、一個輸出端子Out以及輸入端子In和輸出端子Out之間的切換電路的濾波型高頻開關(guān)電路中，為了通過向切換電路的電壓控制點施加預(yù)定電位而通過期望帶寬的高頻，切換電路由第一線A1、第二線B1、第三線B2、第四線A2和第五線B0構(gòu)成，其中，第一線A1的一端電連接到輸入端子In且另一端經(jīng)由第一電容C1接地；第二線B1通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第一線A1而形成一對耦合線，并且第二線的一端連接到第一二極管D1的正極，該第一二極管的負極接地；第三線B2的一端連接到第二線B1的另一端且第三線的另一端連接到第二二極管D2的正極，第二二極管D2的負極接地；第四線A2通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于第三線B2而形成一對耦合線，以及第四線A2的一端電連接到輸出端子Out且第四線的另一端經(jīng)由第二電容C2接地；第五線B0的一端連接到第二線B1和第三線B2之間的連接點，另一端經(jīng)由第三電容C0接地。第一和第二電容C1和C2、第一和第四線A1和A2、第二和第三線B1和B2以及第一和第二二極管D1和D2分別具有相同的器件特性，切換電路關(guān)于第二線B1、第三線B2和第五線B0之間的連接點對稱，以及在切換電路的第五線B0和第三電容C0之間設(shè)置電壓控制點。
(第五實施例)圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的濾波型高頻開關(guān)電路500的結(jié)構(gòu)的電路圖。在該濾波型高頻開關(guān)電路500中，使用開路短截線作為與圖14中的第五線B0對應(yīng)的第五線B0。
具體地，圖15的濾波型高頻開關(guān)電路500是這樣的一個電路，其中，從圖14中的濾波型高頻開關(guān)電路400的組成部件中去除接地的第三電容C0。在這種情況下，濾波型高頻開關(guān)電路500中，第五線B0充當(dāng)?shù)牟皇请姼卸请娙荨?br> 利用這種結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)一種濾波型高頻開關(guān)電路，該濾波型高頻開關(guān)電路以與上述實施例的濾波型高頻開關(guān)電路一樣的方式運行。
(第六實施例)圖16是表示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的濾波型高頻開關(guān)電路600的結(jié)構(gòu)的電路圖。通過從圖14的濾波型高頻開關(guān)電路400的結(jié)構(gòu)中去除第五線B0并使第二和第三線B1和B2的連接點作為電壓控制點而得到濾波型高頻開關(guān)電路600，然而，圖14的濾波型高頻開關(guān)電路400的電容C0僅僅用于保持電位，這里作為第三電容的電容CF具有其電容設(shè)計，以表現(xiàn)濾波功能。
通過各種設(shè)計可以由圖14至圖16中所示類型的濾波型頻率開關(guān)形成相對于期望頻率的開關(guān)。即，可以將用于通過不同頻率的多個切換電路連接到一個輸入，以形成一個輸入、多個輸出的開關(guān)，用于從不同切換電路的輸出端子輸出期望頻帶。當(dāng)然，構(gòu)成一個輸入、多個輸出的開關(guān)的這種單個濾波型頻率開關(guān)包括在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種濾波型高頻開關(guān)電路，具有一個輸入端子、一個輸出端子，以及連接在所述輸入端子和所述輸出端子之間的切換電路，所述切換電路的至少一個位置的電位是可控的，以通過或切斷所期望帶寬的高頻，所述濾波型頻率切換電路包括第一線，所述第一線的一端電連接到所述輸入端子且所述第一線的另一端經(jīng)由第一電容連接到第一電位；第二線，所述第二線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于所述第一線而形成一對耦合線，并且所述第二線的一端連接到第一二極管的一端，該第一二極管的另一端連接到第二電位；第三線，所述第三線的一端連接到所述第二線的另一端且所述第三線的另一端連接到第二二極管的一端，該第二二極管的另一端與所述第一二極管的相同電極端一同連接到所述第二電位；第四線，所述第四線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于所述第三線而形成一對耦合線，且所述第四線的一端電連接到所述輸出端子，且所述第四線的另一端經(jīng)由第二電容連接到第三電位；以及第五線，所述第五線的一端連接到所述第二線和所述第三線之間的連接點，且所述第五線的另一端連接到第四電位，其中，所述第一和第二電容、所述第一和第四線、所述第二和第三線以及所述第一和第二二極管分別具有彼此相同的器件特性，其中，所述切換電路關(guān)于所述第二線、所述第三線和所述第五線之間的連接點對稱，以及其中，所述可控電位是所述第二電位和所述第三電位中的至少一個。
2.一種濾波型高頻開關(guān)電路，具有一個輸入端子、兩個輸出端子，以及連接在所述輸入端子和所述兩個輸出端子之間且具有相同結(jié)構(gòu)的兩個切換電路，所述兩個切換電路中的每一個的至少一個位置的電位是可控的，使得所述切換電路中的至少一個通過或切斷所期望帶寬的高頻，所述兩個切換電路中的每一個包括第一線，所述第一線的一端電連接到所述輸入端子且所述第一線的另一端經(jīng)由第一電容連接到第一電位；第二線，所述第二線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于所述第一線而形成一對耦合線，并且所述第二線的一端連接到第一二極管的一端，該第一二極管的另一端連接到第二電位；第三線，所述第三線的一端連接到所述第二線的另一端且所述第三線的另一端連接到第二二極管的一端，該第二二極管的另一端與所述第一二極管的相同電極端一同連接到所述第二電位；第四線，所述第四線通過被至少部分地設(shè)置成基本上平行于所述第三線而形成一對耦合線，且所述第四線的一端電連接到所述輸出端子中的一個，且所述第四線的另一端經(jīng)由第二電容連接到第三電位；以及第五線，所述第五線的一端連接到所述第二線和所述第三線之間的連接點，且所述第五線的另一端連接到第四電位，其中，所述第一和第二電容、所述第一和第四線、所述第二和第三線以及所述第一和第二二極管分別具有彼此相同的器件特性，其中，所述兩個切換電路中的每一個關(guān)于所述第二線、所述第三線和所述第五線之間的連接點對稱，以及其中，所述可控電位是所述第二電位和所述第三電位中的至少一個。
3.如權(quán)利要求2所述的濾波型高頻開關(guān)電路，其中在所述兩個切換電路中的一個中，所述第二電位和所述第三電位之間的電位差為零或反向偏壓；以及在所述兩個切換電路中的另一個中，所述第二電位和所述第三電位之間的電位差為正向電位差，該正向電位差在使得沒有電流流過所述第一和所述第二二極管的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的濾波型高頻開關(guān)電路，其中在所述兩個切換電路中的一個中，所述第二電位和所述第三電位之間的電位差為反向偏壓并且大于通過所述輸入端子輸入的高頻波的電壓幅度；以及在所述兩個切換電路中的另一個中，所述第二電位和所述第三電位之間的電位差為正向電位差并且大于通過所述輸入端子輸入的高頻波的電壓幅度，該正向電位差在使得有電流流向所述第一和所述第二二極管的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的濾波型高頻開關(guān)電路，還包括開路短截線或電容，用于短路作為所通過頻帶中心頻率的高頻的二次諧波；以及開路短截線或電容，設(shè)置在所述第二線、所述第三線和所述第五線之間的連接點處，用于類似地短路三次諧波。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的濾波型高頻開關(guān)電路，其中，用電感代替所述第五線。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的濾波型高頻開關(guān)電路，其中所述第五線被去除；所述第三電位和電容的一端連接到所述第二線和所述第三線之間的連接點；以及所述電容的另一端接地。
全文摘要
兩個線A
文檔編號H01P1/10GK1774833SQ200480009918
公開日2006年5月17日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者水野一男, 木村龍, 宇田尚典, 林宏明 申請人:株式會社電裝