专利名称：滤波型频率开关电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及滤波型高频开关电路。本发明尤其可用于具有一个输入端子和两个输出端子的滤波型高频开关电路。
背景技术：
图8是表示1-输入、2-输出的高频开关电路900的电路图，其通过使用四分之一波长线向两个二极管施加不同的直流电位(d.c.potential)来执行切换功能。高频开关电路900具有在输入端子In和输出端子Out-1之间的切换电路91以及在输入端子In和输出端子Out-2之间的切换电路92。切换电路91和92由具有相同特性的器件构成。每个切换电路9i(i是1或者2)在其用于断开直流电的端具有电容C9i1和C9i2。这两个电容通过四分之一波长线SL9i连接。通过电阻R9i可以将正电位或者负电位施加到四分之一波长线SL9i和电容C9i2之间的连接点上，且二极管D9i的正极连接到相同连接点。该二极管D9i的负极接地。因此，例如，如果通过电阻R91将正电位施加给二极管D91的正极，且通过电阻R92将负电位施加给二极管D92的正极，那么切换电路91关断(作用为切断)，因为电流通过二极管D91且该二极管变的导通，而切换电路92接通，因为电流不流向二极管D92且该二极管不导通。因此，不能向输出端子Out-1输出高频，而是向输出端子Out-2输出带通滤波后的高频。
作为由2-端口高频电路构成的相对小的带通滤波器，例如，“三板带状线滤波器(Tri-Plate Strip Line Filter)”(MWE2000微波工艺文摘(Microwave Workshop Digest)，461-468页(2000))和“使用多层印刷电路板的微波人造卫星通讯滤波器(Microwave Satellite Communicat--ions Filter Using Multi-Layer Printed Circuit Board)”(NEC技术1998年第4期51卷，119-123页)通常是公知的。
在“三板带状线滤波器”的情况中，因为它使用LTCC(低温共烧结陶瓷)，所以必须将它安装到另一个电路板上。因此，将其应用到具有低介电常数的有机基板是困难的。尤其，由于有机基板的厚度变化导致的质量不稳定成为问题。在“使用多层印刷电路板的微波人造卫星通讯滤波器”的情况中，需要多个四分之一波长线，从而滤波电路必然变大。而且，当通过使二极管导通来关断开关时，因为电流正向流动，所以消耗大量的功率。当通过截止二极管来接通开关时，在反向偏压成为低电位之后，需要扩大输入-输出功率特性为线形的范围。
在该连接中，本发明人已经发明和提交了关于滤波型高频开关电路的专利申请(日本专利申请No.2001-315243，日本专利申请No.2002-1910，日本专利申请No.2002-22689)，该滤波型高频开关电路具有如图9(c)所示的典型结构。现在将简要地解释图9(c)的结构。
图9(a)和图9(b)表示将图9(c)的电路一分为二所得到的电路，图9(c)的电路是左右对称结构的电路。在图9(a)中，提供了输入/输出端子Port2并省略了电感L。在图9(b)中，输入/输出端子Port2处具有保留的电感L。在图9(b)中，在以下讨论不受影响的情况下，电感L可以用线代替。在图9(a)中，线A和电容Ca串联连接在端子Port1和地之间。线B和电容Cb串联连接在端子Port2和地之间。因此，线A和线B耦合。
现在，图9(a)的电路中的从端子Portm到端子Portn的传输特性被表示成复数Smn，其模值不大于1。即，S11是来自于端子Port1的输入的反射特性，以及S12是来自于端子Port1并通过端子Port2输出的输入的传输特性。在图9(a)的电路中，理想的是从任一端子的反射特性为0。期望从任一端到另一端不存在衰减。即，理想的是，保持S11＝S22＝0且|S12|＝|S21|＝1。在为了获得具有期望频率的信号的滤波电路中，该关系是在不反射信号且无损失地的情况下传输该信号的必要条件。
这里，考虑特征矩阵S，其中m行n列为Smn。期望使特征向量(1，1)作为偶模激励(even excitation)以及特征向量(1，-1)作为奇模激励(odd excitation)。用λ1表示矩阵S关于偶模激励特征向量(1，1)的特征值，以及用λ2表示矩阵S关于奇模激励特征向量(1，-1)的特性值。首先，通过将特征向量(1，1)和特征向量(1，-1)作为垂直向量构成的矩阵P可以用下式(1)表示。
P=12111-1---(1)]]>明显地，矩阵S可以被推导成下式(2)。
S=Pλ1λ2p-1-1=12λ1+λ2λ1-λ2λ1-λ2λ1+λ2---(2)]]>当偶模激励特征值λ1和奇模激励特征值λ2的相位相差180°时，保持S11＝S22＝0，|S12|＝|S21|＝1。例如，当λ1＝-λ2＝±1时，保持S11＝S22＝0，|S12|＝S21|＝1。然而，λ1＝-λ2＝1是偶模激励开路且奇模激励短路的情况，并表示传输线，而不是滤波电路。λ1＝-λ2＝-1是偶模激励短路，奇模激励开路的情况，并对应于半波线，而不是滤波电路。因此，例如，λ1＝-λ2＝±j为滤波电路的设计条件(相位条件)。对于λ1＝±1，±j，在图10(a)中示出了史密斯圆图上的对应点。
如图9(a)所示，当增加一对耦合线(线A和线B)时，信号可以通过端子Port1输入并通过端子Port2输出。同时，因为来自端子Port2的信号被轻微地传输到端子Port1，所以从端子Port2看的阻抗落在史密斯圆图内。如图10(b)中示出的仿真结果。该图表示当输入信号为4GHz至8GHz时的反射特性，以及位于大约在曲线中心位置的黑点表示关于5.8GHz输入信号的反射特性。
另一方面，对称电路有效传输信号的时间是当已经在对称面上实现共轭匹配(阻抗匹配)时。因为正在研究的高频电路是左右对称的，所以该条件意味着反射系数Sa是实数。即，从图9(b)的点a向右和向左看到的特征阻抗应当表示正向电阻。因此，如图9(b)所示，在滤波电路的对称面附近添加电感元件L或者线。图10(c)是表示图9(b)的电路(滤波电路的左半部分)中的反射系数Sa的反射特性的效应的史密斯圆图。这样，利用电感元件的作用将反射特性转移到斯密斯圆图的水平轴(实数轴)上，可以在对称面上获得左右对称滤波电路的共轭匹配。即，通过这种方式，可以实现具有高传输效率的带通滤波器。
图12是斯密斯曲线图，该图分别表示与图9(a)的电路的偶模激励对应的电路(图11(a))相关的仿真结果和与奇模激励对应的电路(图11(b))相关的仿真结果的例子。
图12中的标记m3(在底部)表示偶模激励(图11(a))时电路的反射系数(λ1)，以及标记m5表示奇模激励(图11(b))时电路的反射系数(λ2)。在每种情况中，仿真输入信号的频率是5.8GHz。以这样，偶模激励和奇模激励的反射系数的虚数部分分别变成-j和j，并且图9(c)的对称2-端口电路满足上述的相位条件。即，可以看出，图9(c)的对称2-端口电路可以形成带通滤波器。当实际仿真具有5.8GHz中心频率的带通滤波器时，得到图13(a)和13(b)所示的结果。对于频率5.8GHz，衰减小，为S21＝-1.3dB，并且反射小，为S11＝-41.9dB，并且很好地输出高频。
发明内容
本发明的一个目的是增加滤波型高频开关电路的新特性并改善滤波功能的特性。本发明的另一个目的是提供一种滤波型高频开关电路，其具有的开关在关断时不消耗功率。再一个目的是提供一种滤波型高频开关电路，该电路使得在开关导通时能够扩大低电位的输入-输出功率特性的线性范围。根据本发明的滤波型高频开关电路可以理想地实现为具有两个切换电路的1-输入、2-输出(SPDT)滤波型高频开关电路。
由本发明提供的滤波型高频开关电路具有一个输入端子，一个输出端子以及在输入端子和输出端子之间的切换电路。通过使切换电路中的至少一个位置的电位是可控的，而通过或者切断期望带宽的高频。切换电路由第一线、第二线、第三线、第四线和第五线构成，其中，第一线的一端电连接到输入端子且第一线的另一端经由第一电容连接到第一电位；第二线通过被至少部分地设置成基本上平行于第一线而形成一对耦合线，并且第二线的一端连接到第一二极管的一端，该第一二极管的另一端连接到第二电位；第三线的一端连接到第二线的另一端且第三线的另一端连接到第二二极管的一端，第二二极管的另一端与第一二极管的相同电极端一同连接到第二电位；第四线通过被至少部分地设置成基本上平行于第三线而形成一对耦合线，且第四线的一端电连接到输出端子，以及第四线的另一端经由第二电容连接到第三电位；第五线的一端连接到第二线和第三线之间的连接点，第五线的另一端连接到第四电位。第一和第二电容、第一和第四线、第二和第三线以及第一和第二二极管分别具有相同的器件特性。切换电路关于第二线、第三线和第五线之间的连接点对称，以及使第二电位和第三电位中的至少一个或者另一个成为上述的可控电位。
如果电流不能流过二极管，可以使二极管充当电容。因此，线(第一和第四线)连接到输入端子和输出端子，且分别与线(第一和第四线)耦合的两线(第二和第三线)串联连接。两个二极管的相同极连接到串联连接的后两线(第二和第三线)的两端，以及使两个二极管的另外两极(保持在同一电位)和两个二极管之间的两线之间的电位差是可控的。即，使两线之间的连接点的电位和与连接到线一侧的电极相对的二极管的电极的电位中的至少一个或者另一个是可控的。当仅仅使这些电位中的一个可控时，另一个电位是固定的。借助这种方式，在没有电流流过二极管的反向偏压情况下，或者使得电位差小的正向偏压情况下，两个二极管充当电容，从而可以将高频从输入端子通过第一线、与第一线耦合的第二线、与第二线连接的第三线以及与第三线耦合的第四线，输出到输出端子。此时，通过设计连接到第一和第四线的第一和第二电容，可以使切换电路起到从输入端子到输出端子的带通滤波器的作用。通过适当设计线、电容和二极管可以容易地设置其频带。
通过组合上述结构的两个滤波型高频开关电路，可以构成1-输入、2-输出的滤波型高频开关电路。即，1-输入、2-输出滤波型高频开关电路具有一个输入端子，两个输出端子，以及输入端子和两个输出端子之间的相同结构的切换电路，以及通过在两个切换电路的每一个中使得切换电路中的至少一个位置的电位是可控的，使得至少一个切换电路通过期望带宽的高频。因此，当这样设置两个切换电路时，可以使滤波型高频开关电路起到1-输入、2-输出带通滤波器的作用。
上述两个切换电路中，在其中一个切换电路中，可以使第二电位和第三电位之间的电位差为0或反向偏压，同时在另一个切换电路中，使第二电位和第三电位之间的电位差为正向电位差，该正向电位差在使得没有电流流过第一和第二二极管的范围内。当没有电流流过第一和第二二极管时，电位差的变化变成由二极管形成的电容中的变化。通过使两个切换电路中的电位差不同，可以使它们起到具有不同频带的带通滤波器的作用。
上述两个切换电路中，在其中一个切换电路中，可以使第二电位和第三电位之间的电位差为反向偏压并大于通过输入端子输入的高频波的电压幅值，同时在另一个切换电路中，使第二电位和第三电位之间的电位差为正向电位差并大于通过输入端子输入的高频波的电压幅值，该正向电位差在使得电流流过第一和第二二极管的范围内。通过给二极管施加足够的反向偏置电压，甚至相对于大的高频输入可以使失真降低，并可以扩大保持线性的动态范围。
可以在第二线、第三线和第五线的连接点处设置用于短路作为所通过频带中心频率的高频的二次谐波的开路短截线(open stub)或电容，以及设置同样用于短路三次谐波的开路短截线或电容。如果为了短路掉二次谐波和三次谐波而连接开路短截线或电容，那么可以扩大能够保持线性的动态范围，因为可以去除该谐波导致的失真。
可以用电感代替第五线。可以用电感代替电压控制点和耦合线之间的线，并且可以容易地将这两者设计成具有相同的作用。
通过将第三电位和电容的一端连接到第二线和第三线之间的连接点，并且将该电容的另一端接地，可以去除第五线。以这种方式，可以构成执行相同功能的滤波型高频开关电路。
图1是表示根据本发明第一实施例的滤波型高频开关电路100的结构的电路图；图2(a)是当滤波型高频开关电路100的一个输出接通以及另一个输出关断时的频率特性曲线，以及图2(b)是当使两个输出为两个不同频带的带通滤波器输出时的频率特性曲线；图3是表示根据本发明第二实施例的滤波型高频开关电路200的结构的电路图；图4(a)是滤波型高频开关电路200的输出特性曲线，以及图4(b)是滤波型高频开关电路100的输出特性曲线；图5是表示根据本发明第三个实施例的滤波型高频开关电路300的结构的电路图；图6(a)是滤波型高频开关电路300的输出特性曲线，以及图6(b)是滤波型高频开关电路300的频率特性曲线；图7是表示三板(tri-plate)结构的例子的截面图；图8是表示是利用二极管和四分之一波长板状线(slab line)的1-输入、2-输出开关的现有技术结构的电路图；图9(a)到9(c)是说明本发明的基本结构的电路图；图10(a)到10(c)是说明关于图9(a)到9(c)的电路的反射特性的仿真结果的史密斯圆图；图11(a)是表示偶模激励期间有效的电路元件的电路图，以及图11(b)是表示奇模激励期间有效的电路元件的电路图；图12是表示图11(b)的电路中电感成分的反射特性的效应的史密斯圆图；图13(a)是表示图9(a)的电路的传输特性的曲线，以及图13(b)是表示图9(a)中所示电路的反射特性的曲线；图14表示根据本发明第四实施例的滤波型高频开关电路400的结构的电路图；图15是表示根据本发明第五实施例的滤波型高频开关电路500的结构的电路图；图16是表示根据本发明第六实施例的滤波型高频开关电路600的结构的电路图。
具体实施例方式
现在将参考具体电路图描述本发明的一些实施例。本发明不局限于这些实施例。
(第一个实施例)图1是表示根据本发明第一实施例的滤波型高频开关电路100的结构的电路图。滤波型高频开关电路100具有一个输入端子In和两个输出端子Out-1和Out-2以及具有两个电压控制端子VCTL1和VCTL2。
两条线A10和A20连接到输入端子In，并且具有切换电路11和12以及输出端子Out-1和Out-2。两个切换电路11和12分别构成具有滤波功能的1-输入、1-输出开关。它们具有完全相同的结构。设置线A10和A20是用于特性调整，且在第一个实施例中它们不是必需的组成部分。
线Ai0和输出端子Out-i(i＝1或2)之间的切换电路1i的结构如下所述。在相对于输入端子In的线Ai0的相对侧上，线Ai1和电容Ci1串联连接到地。尽管图1中示出一对耦合线作为电容Ci1，但电容Ci1或者可以是普通的电容。线Ai1和线Bi1形成一对耦合线。线Bi1的一端连接到二极管Di1的正极，以及二极管Di1的负极接地。线Bi0和线Bi2连接到线Bi1的另一端。电容Ci0和电阻Ri0连接到线Bi0的另一端，电容Ci0的另一端接地，以及电阻Ri0的另一端连接电压控制端子VCTLi。线Bi2的另一端连接到二极管Di2的正极，以及二极管Di2的负极接地。线Bi2和线Ai2形成一对耦合线。线Ai2的一端连接到输出端子Out-i，以及电容Ci2连接到线Ai2的另一端并接地。尽管图1中示出一对耦合线作为电容Ci2，但是电容Ci2或者可以是普通的电容。
电容Ci1和Ci2、线Ax和线A12、线Bi1和线Bi2以及二极管Di1和Di2的器件特性分别相同。切换电路1i是其输入和输出侧关于线Bi1和线Bi2的连接点对称的结构。除了可以将电压独立地施加到电压控制端子VCTL1和VCTL2之外，切换电路11和12具有完全相同的结构。
当切换电路1i的电压控制端子VCTLi接地时，没有电流流过二极管Di1和Di2，以及二极管Di1和Di2都表现为相同的电容。将切换电路1i设计成上述的结构，使得此时其变成期望的带通滤波器。即，当电压控制端子VCTLi接地时，期望带宽的高频输出到输出端子Out-i。当其电平能使电流流过二极管Di1和Di2的正电压被施加到电压控制端子VCTLi时，高频没被从线Ai1施加到线Bi1，以及没有高频输出到输出端子Out-i。即，当足够大的正电压被施加到电压控制端子VCTLi时，没有高频输出到输出端子Out-i。
在图2(a)中示出对此进行的仿真。在图2(a)中所示的仿真中，将切换电路11和12设计成具有5.8GHz中心频率的带通滤波器，电压控制端子VCTL1接地(0V)，由此使得切换电路11接通(使它起到带通滤波器的作用)，以及将3V施加到电压控制端子VCTL2，由此使得切换电路12关断(切断高频)。此时，750μA的电流流向切换电路12的二极管D12和D22。图2(a)表示输入到输入端子In的高频频率和输出端子Out-1和Out-2的输出之间的关系。如图2(a)所示，在5.8GHz中心频率处，来自输出端子Out-1的衰减极小，为-2.9dB，并且很好的输出高频。另一方面，在输出端子Out-2衰减极大，为-59.6dB，并且很好的切断高频。由此，这种使用二极管的滤波型高频开关电路100作为具有滤波功能的1-输入、2-输出高频开关电路是非常好的。在该例子中，在切换电路11中没有功率消耗。
(变形)在图1的滤波型高频开关电路100中，当其电平不能使电流流过二极管Di1和Di2的正电压被施加到切换电路1i的电压控制端子VCTLi时，二极管Di1和Di2充当电容。因为施加了电位，所以此时的电容不同于没有施加电位时的电容。为了利用该电容变化，对于图1所示的具有5.8GHz中心频率的滤波型高频开关电路100进行仿真，其中，电压控制端子VCTL1接地(0V)以及向电压控制端子VCTL2施加0.3V电压，由此，切换电路11接通(使它起到带通滤波器的作用)以及切换电路12的二极管D21和D22的电容变化(使它起到不同频带的带通滤波器的作用)。结果示于图2(b)中。在这种情况下，没有电流流向切换电路11的二极管D11和D12并且也没有电流流向切换电路12的二极管D21和D22。
图2(b)表示输入到输入端子In的高频频率和输出端子Out-1和Out-2的输出之间的关系。如图2(b)所示，在输出端子Out-1，在5.8GHz中心频率处衰减极小，为-2.9dB，并且很好地输出高频。另一方面，在输出端子Out-2，在5.8GHz中心频率处衰减极大，为-29.6dB，并且很好地切断高频。
在4.8GHz的中心频率处，相反，在输出端子Out-1，衰减极大，并且很好地切断高频，以及在输出端子Out-2，衰减极小并且很好地输出高频。
从上述的第一实施例及其变形，可以容易地推断出以下。即，在图1的滤波型高频开关电路100中，通过独立地向切换电路11和12的各自电压控制端子VCTL1和VCTL2施加三种电位地电位、不能使电流流过的电位和能使电流流过的电位，可以从各个输出端子产生例如5.8GHz带通滤波波形、4.8GHz带通滤波波形和切断这样的三种输出。
(第二个实施例)图3是表示根据本发明第二实施例的滤波型高频开关电路200的结构的电路图。除了下述的部分之外，图3的滤波型高频开关电路200的结构和图1的滤波型高频开关电路100的结构完全相同，以及对相同的部分给出相同的附图标记。
相对于图1的滤波型高频开关电路100，图3的滤波型高频开关电路200具有设置在二极管Dim(I和m是1或者2)的负极和地之间的电容Cdim、连接到二极管Dim负极的电阻Rdim以及连接到电阻Rdi1和Rdi2的另一端的上拉电位VdCTLi。四个电容Cdim都具有完全相同的特性，以及四个电阻Rdim也都具有相同的特性。
本发明提供的滤波型高频开关电路具有一个输入端子、一个输出端子和该输入端子和该输出端子之间的切换电路。通过使切换电路中的至少一个位置的电位是可控的，期望带宽的高频通过或者切断。切换电路由第一线、第二线、第三线、第四线和第五线构成，其中，第一线的一端电连接到输入端子且第一线的另一端经由第一电容连接到第一电位；第二线通过被至少部分地设置成基本上平行于第一线而形成一对耦合线，并且第二线的一端连接到第一二极管的一端，该第一二极管的另一端连接到第二电位；第三线的一端连接到第二线的另一端且第三线的另一端连接到第二二极管的一端，第二二极管的另一端与第一二极管的相同电极端一同连接到第二电位；第四线通过被至少部分地设置成基本上平行于第三线而形成一对耦合线，且第四线的一端电连接到输出端子，以及第四线的另一端经由第二电容连接到第三电位；第五线的一端连接到第二线和第三线之间的连接点，另一端连接到第四电位。第一和第二电容、第一和第四线、第二和第三线以及第一和第二二极管分别具有相同的器件特性。切换电路关于第二线、第三线和第五线之间的连接点对称，以及使第二电位和第三电位中的至少一个或者另一个成为上述的可控电位。
如果电流不能流过二极管，可以使二极管充当电容。因此，线(第一和第四线)连接到输入端子和输出端子，分别与线(第一和第四线)耦合的两线(第二和第三线)串联连接。两个二极管的相同极连接到串联连接的后两线的两端，以及使两个二极管的另外两极(保持在同一电位)和两个二极管之间的两线之间的电位差是可控的。即，使两线之间的连接点的电位和与连接到线一侧的电极相对的二极管的电极的电位中的至少一个或者另一个是可控的。当仅仅使这些电位中的一个可控时，另一个电位是固定的。借助这种方式，在没有电流流过二极管的反向偏压情况下，或者使得电位差小的正向偏压情况下，两个二极管充当电容，从而可以将高频从输入端子通过第一线、与第一线耦合的第二线、与第二线连接的第三线以及与第三线耦合的第四线，输出到输出端子。此时，通过设计连接到第一和第四线的第一和第二电容，可以使切换电路起到从输入端子到输出端子的带通滤波器的作用。通过线、电容和二极管的适当设计可以容易地设置其频带。
通过组合上述结构的两个滤波型高频开关电路，可以构成1-输入、2-输出的滤波型高频开关电路。即，1-输入、2-输出滤波型高频开关电路具有一个输入端子，两个输出端子，以及输入端子和两个输出端子之间的相同结构的切换电路，以及通过在两个切换电路的每一个中使得切换电路中的至少一个位置的电位是可控的，使得至少一个切换电路通过期望带宽的高频。因此，当这样设置两个切换电路时，可以使滤波型高频开关电路起到1-输入、2-输出带通滤波器的作用。
上述两个切换电路中，在其中一个切换电路中，可以使第二电位和第三电位之间的电位差为0或反向偏压，同时在另一个切换电路中，使第二电位和第三电位之间的电位差为正向电位差，该正向电位差在使得没有电流流过第一和第二二极管的范围内。当没有电流流过第一和第二二极管时，电位差的变化变成由二极管形成的电容中的变化。通过使两个切换电路中的电位差不同，可以使它们起到具有不同频带的带通滤波器的作用。
上述两个切换电路中，在其中一个切换电路中，可以使第二电位和第三电位之间的电位差为反向偏压并大于通过输入端子输入的高频波的电压幅值，同时在另一个切换电路中，使第二电位和第三电位之间的电位差为正向电位差并大于通过输入端子输入的高频波的电压幅值，该正向电位差在使得电流流过第一和第二二极管的范围内。通过给二极管施加足够的反向偏置电压，甚至相对于大的高频输入可以使失真降低，并可以扩大保持线性的动态范围。
可以在第二线、第三线和第五线的连接点处设置用于短路作为所通过频带中心频率的高频的二次谐波的开路短截线或电容，以及设置同样用于短路三次谐波的开路短截线或电容。如果为了短路二次谐波和三次谐波而连接开路短截线或电容，那么可以扩大能够保持线性的动态范围，因为可以去除高次谐波导致的失真。
另外，可以用电感代替第五线。可以用电感代替电压控制点和耦合线之间的线，并且可以容易地将这两者设计成具有相同的作用。
而且，可以采用这样的结构，其中第五线被省略，以及第三电位和电容的一端连接到第二线和第三线之间的连接点，并且电容的另一端接地。以这种方式，可以构成执行相同功能的滤波型高频开关电路。
对于图3的滤波型高频开关电路200，当电压控制端子VCTL1接地(0V)以及向电压控制端子VCTL2施加3V电压，由此切换电路11接通(使它起到带通滤波器的作用)而切换电路12关断(切断高频)，以及施加3V电压作为上拉电位VdCTL1并且上拉电位VdCTL2接地(0V)时的功率特性在图4(a)中示出。作为用于比较的例子，在图4(b)中示出当图1的滤波型高频开关电路100中电压控制端子VCTL1接地(0V)且向电压控制端子VCTL2施加3V电压时的功率特性。然而，如图4(b)所示，图1的滤波型高频开关电路100的输出在-12.3dBm处开始失去线性，如图4(a)所示，图3的滤波型高频开关电路200的输出在9.4dBm之前没有失去线性。因此，利用施加上拉电位的滤波型高频开关电路200，即使施加大功率时，输出中也没有失真。
(第三个实施例)图5是表示根据本发明第三实施例的滤波型高频开关电路300的结构的电路图。除了下述部分之外，图5的滤波型高频开关电路300的结构与图3的滤波型高频开关电路200的结构完全相同，以及相同的部分具有相同的附图标记。
与图3的滤波型高频开关电路200相比，图5的滤波型高频开关电路300具有连接到线Bi0、Bi1和Bi2(i＝1或2)之间的连接点的开路短截线OSi2和OSi3，该开路短截线OSi2和OSi3在带通滤波器的中心频率的二次谐波和三次谐波处发生谐振。开路短截线OSi2和OSi3的长度对应于带通滤波器的中心频率的二次谐波和三次谐波的四分之一波长。
图6(a)中示出了图5的滤波型高频开关电路300的输出特性曲线，以及图6(b)中示出了其频率特性曲线。在电压控制端子VCTL1接地(0V)且向电压控制端子VCTL2施加3V电压，由此切换电路11接通(使它起到带通滤波器的作用)且切换电路12关断(切断高频)，以及施加3V电压作为上拉电位VdCTL1且上拉电位VdCTL2接地(0V)的情况下的特性由图6(a)和6(b)示出。
如图6(a)所示，图5的滤波型高频开关电路300的输出在11.3dBm之前保持线性，以及相对于图3的滤波型高频开关电路200在9.4dBm失去线性(参见图4(a))，获得了进一步的改进。如图6(b)所示，在频率特性中，在中心频率5.8GHz处，从输出端子Out-1非常好地输出高频，且衰减小，为-2.6dB，以及在输出端子Out-2衰减很大，为-47.2dB，并且非常好地切断高频。因此，利用该具有开路短截线OSi2和OSi3的滤波型高频开关电路300，可以在保持良好频率特性的同时进一步改善功率特性，该开路短截线OSi2和OSi3在带通滤波器的中心频率的二次谐波和三次谐波处发生谐振。
在带通滤波器的中心频率的二次谐波和三次谐波处发生谐振开路短截线OSi2和OSi3的操作的简要说明如下。t为时间，用下面的式(3)表示输出y(t)关于输入x(t)的三级泰勒(Taylor)展开。
y(t)＝α1x(t)+α2{x(t)}2+α3{x(t)}3…(3)可以由幅度A和角频率ω定义输入x(t)，如式(4)所示。
x(t)＝Acos(ωt)…(4)将式(4)带入式(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)的第三项的系数α3通常为负数，以及在式(5)中，当输入x(t)的幅度A变大时，作为与输入x(t)成比例的部分，第二项的系数变小，并显示饱和现象。除此之外，表示二次和三次谐波的第三和第四项也变大。这些较高次谐波增加了接通侧切换电路中的二极管的正极和负极两端的电位差并增加了失真，应该适当地消除该电位差。为了避免这种情况，通过提供两个短截线来短路二次和三次谐波，至少可以消除式(5)的第三和第四项。借助这种方式，与没有设置这两个短截线时相比，进一步改善了功率特性。
尽管在图5的滤波型高频开关电路300中，在两个切换电路31、32的每一个中提供了开路短截线OSi2和OSi3，但是或者可以用电容构成。例如，片状电容当然可以用作这些电容，因此片状尺寸的设计包括在本发明中。
在上述实施例中，如果将线部分形成为3-层结构的三板带状线的中间层，该3层结构具有地，作为图7中所示顶层和底层，可以得到的好处是，因为这些部分被地加在中间，所以没有辐射。作为使用的金属类型(图7中的M1、MC、M2)，尽管根据导电性金(Au)是优越的，但是可以使用铜、铝或其合金、或者通过层压它们所构成的金属。在有机基板D的相对电容率为3.4的实施例中，可以使金属MC的厚度为14μm以及金属M1和M2之间的有机基板D的厚度为313μm，来实现本发明。
上述第一实施例及其变形、第二实施例和第三实施例(下文中称为上述实施例)的组成部件与权利要求范围内所列出的项之间的对应关系如下所述。用i表示不加以区分的两个切换电路中的任一个的构成器件，上述实施例中的线Ai1、Bi1、Bi2、Ai2和Bi0对应于权利要求中所述的第一、第二、第三、第四和第五线。同样，上述实施例中的二极管Di1和Di2对应于“两个二极管”，以及上述实施例中的电容Ci1和Ci2分别对应于“第一和第二电容”。上述实施例中的输入端子In和输出端子Out-1和Out-2对应于“输入端子”和“两个输出端子”。所述开路短截线OSi2和OSi3对应于“用于短路二次谐波和三次谐波的开路短截线或电容”。
(第四实施例)图14是表示根据本发明第四实施例的滤波型高频开关电路400的结构的电路图。图14的滤波型高频开关电路400是第一实施例的滤波型高频开关电路100的结构的一半，并且从附图标记中去除了表示与输出端子Out-i对应的i。在该实施例中，第一和第二二极管是D1、D2且第三电容是电容C0。
因此，本发明不局限于1-输入、2-输出滤波型高频开关电路100，并且也可以应用于1-输入、1-输出滤波型高频开关电路400。
滤波型高频开关电路400的基本组成部件如下。即，在具有一个输入端子In、一个输出端子Out以及输入端子In和输出端子Out之间的切换电路的滤波型高频开关电路中，为了通过向切换电路的电压控制点施加预定电位而通过期望带宽的高频，切换电路由第一线A1、第二线B1、第三线B2、第四线A2和第五线B0构成，其中，第一线A1的一端电连接到输入端子In且另一端经由第一电容C1接地；第二线B1通过被至少部分地设置成基本上平行于第一线A1而形成一对耦合线，并且第二线的一端连接到第一二极管D1的正极，该第一二极管的负极接地；第三线B2的一端连接到第二线B1的另一端且第三线的另一端连接到第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极接地；第四线A2通过被至少部分地设置成基本上平行于第三线B2而形成一对耦合线，以及第四线A2的一端电连接到输出端子Out且第四线的另一端经由第二电容C2接地；第五线B0的一端连接到第二线B1和第三线B2之间的连接点，另一端经由第三电容C0接地。第一和第二电容C1和C2、第一和第四线A1和A2、第二和第三线B1和B2以及第一和第二二极管D1和D2分别具有相同的器件特性，切换电路关于第二线B1、第三线B2和第五线B0之间的连接点对称，以及在切换电路的第五线B0和第三电容C0之间设置电压控制点。
(第五实施例)图15是表示根据本发明第五实施例的滤波型高频开关电路500的结构的电路图。在该滤波型高频开关电路500中，使用开路短截线作为与图14中的第五线B0对应的第五线B0。
具体地，图15的滤波型高频开关电路500是这样的一个电路，其中，从图14中的滤波型高频开关电路400的组成部件中去除接地的第三电容C0。在这种情况下，滤波型高频开关电路500中，第五线B0充当的不是电感而是电容。
利用这种结构，可以实现一种滤波型高频开关电路，该滤波型高频开关电路以与上述实施例的滤波型高频开关电路一样的方式运行。
(第六实施例)图16是表示根据本发明第六实施例的滤波型高频开关电路600的结构的电路图。通过从图14的滤波型高频开关电路400的结构中去除第五线B0并使第二和第三线B1和B2的连接点作为电压控制点而得到滤波型高频开关电路600，然而，图14的滤波型高频开关电路400的电容C0仅仅用于保持电位，这里作为第三电容的电容CF具有其电容设计，以表现滤波功能。
通过各种设计可以由图14至图16中所示类型的滤波型频率开关形成相对于期望频率的开关。即，可以将用于通过不同频率的多个切换电路连接到一个输入，以形成一个输入、多个输出的开关，用于从不同切换电路的输出端子输出期望频带。当然，构成一个输入、多个输出的开关的这种单个滤波型频率开关包括在本发明内。
权利要求
1.一种滤波型高频开关电路，具有一个输入端子、一个输出端子，以及连接在所述输入端子和所述输出端子之间的切换电路，所述切换电路的至少一个位置的电位是可控的，以通过或切断所期望带宽的高频，所述滤波型频率切换电路包括第一线，所述第一线的一端电连接到所述输入端子且所述第一线的另一端经由第一电容连接到第一电位；第二线，所述第二线通过被至少部分地设置成基本上平行于所述第一线而形成一对耦合线，并且所述第二线的一端连接到第一二极管的一端，该第一二极管的另一端连接到第二电位；第三线，所述第三线的一端连接到所述第二线的另一端且所述第三线的另一端连接到第二二极管的一端，该第二二极管的另一端与所述第一二极管的相同电极端一同连接到所述第二电位；第四线，所述第四线通过被至少部分地设置成基本上平行于所述第三线而形成一对耦合线，且所述第四线的一端电连接到所述输出端子，且所述第四线的另一端经由第二电容连接到第三电位；以及第五线，所述第五线的一端连接到所述第二线和所述第三线之间的连接点，且所述第五线的另一端连接到第四电位，其中，所述第一和第二电容、所述第一和第四线、所述第二和第三线以及所述第一和第二二极管分别具有彼此相同的器件特性，其中，所述切换电路关于所述第二线、所述第三线和所述第五线之间的连接点对称，以及其中，所述可控电位是所述第二电位和所述第三电位中的至少一个。
2.一种滤波型高频开关电路，具有一个输入端子、两个输出端子，以及连接在所述输入端子和所述两个输出端子之间且具有相同结构的两个切换电路，所述两个切换电路中的每一个的至少一个位置的电位是可控的，使得所述切换电路中的至少一个通过或切断所期望带宽的高频，所述两个切换电路中的每一个包括第一线，所述第一线的一端电连接到所述输入端子且所述第一线的另一端经由第一电容连接到第一电位；第二线，所述第二线通过被至少部分地设置成基本上平行于所述第一线而形成一对耦合线，并且所述第二线的一端连接到第一二极管的一端，该第一二极管的另一端连接到第二电位；第三线，所述第三线的一端连接到所述第二线的另一端且所述第三线的另一端连接到第二二极管的一端，该第二二极管的另一端与所述第一二极管的相同电极端一同连接到所述第二电位；第四线，所述第四线通过被至少部分地设置成基本上平行于所述第三线而形成一对耦合线，且所述第四线的一端电连接到所述输出端子中的一个，且所述第四线的另一端经由第二电容连接到第三电位；以及第五线，所述第五线的一端连接到所述第二线和所述第三线之间的连接点，且所述第五线的另一端连接到第四电位，其中，所述第一和第二电容、所述第一和第四线、所述第二和第三线以及所述第一和第二二极管分别具有彼此相同的器件特性，其中，所述两个切换电路中的每一个关于所述第二线、所述第三线和所述第五线之间的连接点对称，以及其中，所述可控电位是所述第二电位和所述第三电位中的至少一个。
3.如权利要求2所述的滤波型高频开关电路，其中在所述两个切换电路中的一个中，所述第二电位和所述第三电位之间的电位差为零或反向偏压；以及在所述两个切换电路中的另一个中，所述第二电位和所述第三电位之间的电位差为正向电位差，该正向电位差在使得没有电流流过所述第一和所述第二二极管的范围内。
4.如权利要求2所述的滤波型高频开关电路，其中在所述两个切换电路中的一个中，所述第二电位和所述第三电位之间的电位差为反向偏压并且大于通过所述输入端子输入的高频波的电压幅度；以及在所述两个切换电路中的另一个中，所述第二电位和所述第三电位之间的电位差为正向电位差并且大于通过所述输入端子输入的高频波的电压幅度，该正向电位差在使得有电流流向所述第一和所述第二二极管的范围内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的滤波型高频开关电路，还包括开路短截线或电容，用于短路作为所通过频带中心频率的高频的二次谐波；以及开路短截线或电容，设置在所述第二线、所述第三线和所述第五线之间的连接点处，用于类似地短路三次谐波。
6.如权利要求1至5中任一项所述的滤波型高频开关电路，其中，用电感代替所述第五线。
7.如权利要求1至6中任一项所述的滤波型高频开关电路，其中所述第五线被去除；所述第三电位和电容的一端连接到所述第二线和所述第三线之间的连接点；以及所述电容的另一端接地。
全文摘要
两个线A
文档编号H01P1/10GK1774833SQ200480009918
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月17日
发明者水野一男, 木村龙, 宇田尚典, 林宏明 申请人:株式会社电装