高频开关的制作方法

专利名称：高频开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在高频信号之间切换的高频开关，并且更具体地涉及适合用作连 接到天线的天线开关(例如TDD(时分双工)开关等等)的高频开关。
背景技术：
诸如天线开关的常规高频开关例如包括在日本专利号2532122中公开的微波开 关以及在日本专利号观30319中公开的传输及接收切换装置。在日本专利号2532122中公开的微波开关具有串联和并联插入到信号线中的 PIN 二极管。正向电流被传送经过PIN 二极管以使其接通，并且PIN 二极管被反向偏置 (reversely bias)以使其关断，从而在高频信号之间切换。在日本专利号观30319中公开的传输及接收切换装置采用电路方案，其中开关由 传输线和串联连接到传输线的PIN 二极管等等构成，所述传输线和PIN 二极管与信号传输 线并联连接。

发明内容
如下面所描述的，存在使用高频开关的两种类型的传输及接收切换方案(第一传 输及接收切换方案和第二传输及接收切换方案)。根据第一传输及接收切换方案，如图17所示，传输放大器108和隔离器 (isolator) 111连接到收发器100和传输及接收天线102之间的传输信号线106 (或者经由 带通滤波器104)，并且接收放大器112连接到收发器100和传输及接收天线102之间的接 收信号线110(或者经由带通滤波器104)。高频开关114连接到传输信号线106和接收信 号线110之间的接点(junction) 0根据第二传输及接收切换方案，如图18所示，传输放大器108连接到传输信号线 106，并且接收放大器112和高频开关114连接到接收信号线110。循环器116连接到传输 信号线106和接收信号线110之间的接点。在上面的高频开关中，诸如同轴线的馈线(feeding line)连接在收发器100和天 线102之间。在从收发器100输出的传输信号由行波载送到天线102后，传输信号被辐射 到空气中。在这种情况下，如果天线102和馈线由于某种原因而变得不匹配，则传输信号在 天线102处被反射并且作为反射波返回到收发器100。然后，不能正常地进行通信，这也可 能导致收发器100的故障或损坏。因此，优选的是一直监视反射波。此外，优选的是监视行 波的电平以对其控制以便具有适当值。为此，考虑插入并连接定向耦合器以便检测传输信号的反射波和行波。在例如如图17所示的第一传输及接收切换方案中，第一定向耦合器120被插入并 连接在高频开关114和带通滤波器104之间以用于检测反射波。而且，第二定向耦合器122 被插入并连接在传输放大器108和隔离器111之间，以例如检测行波。在如图18所示的第二传输及接收切换方案中，第一定向耦合器120被插入并连接在高频开关114和端接电阻器IM之间以用于检测反射波。而且，第二定向耦合器122被 插入并连接在传输放大器108和循环器116之间，以用于检测行波。然而在第一和第二传输及接收切换方案两者中，必要的是插入并连接第一定向耦 合器120和第二定向耦合器122的两个新电子部件。因而，在系统中使用的部件数量变大， 并且其大小也变大，这将导致高生产成本。而且，传输损耗将变大。在日本专利号2532122和日本专利号观30319中，没有公开检测反射波(和行波) 的构思。在这些专利中公开的开关或装置仅可以被用作第一或第二传输及接收切换方案中 的高频开关114的替代物。鉴于上面的问题而做出了本发明。本发明的目标是提供一种高频开关，其可以甚 至用单个高频开关来检测传输信号的至少反射波、增强用于具有反射波检测功能的传输系 统或收发系统的部件数量的减小、增强大小的减小、增强生产成本的减小以及增强传输损 耗的减小。根据本发明，一种高频开关包括与用于从传输端子发送传输信号的第一信号传 输线并联连接的第一开关电路和与用于把接收信号发送到接收端子的第二信号传输线并 联连接的第二开关电路，该高频开关包括定向耦合器，把该第一信号传输线作为其部件 (having the firstsignal transmission line as a component thereof)以用于亥 传输信号的至少反射波。利用上面的布置，可以甚至用单个高频开关来检测传输信号的至少反射波。此外， 可以增强用于具有反射波检测功能的传输系统或收发系统的部件数量的减小、大小的减 小、生产成本的减小以及传输损耗的减小。根据本发明，定向耦合器还可以包括线，被设置成面对(face)该第一信号传输 线；反射波输出端子，连接到该线的一个末端；以及端接电阻器，连接到该线的另一个末端。在本发明中，第三开关电路可以与连接在传输端子和第一信号传输线之间的第三 信号传输线并联连接，该高频开关还可以包括第二定向耦合器，该第二定向耦合器把该第 三信号传输线作为其部件以用于检测该传输信号的至少行波。在这种情况下，定向耦合器 还可以包括第一线，被设置成面对该第一信号传输线；反射波输出端子，连接到该第一线 的一个末端；以及端接电阻器，连接到该第一线的另一个末端，该第二定向耦合器还可以 包括第二线，被设置成面对该第三信号传输线；行波输出端子，连接到该第二线的一个末 端；以及第二端接电阻器，连接到该第二线的另一个末端。在本发明中，定向耦合器可以检测传输信号的反射波和行波。在这种情况下，定向 耦合器还可以包括线，被设置成面对该第一信号传输线；反射波输出端子，连接到该线的 一个末端；以及行波输出端子，连接到该线的另一个末端。在本发明中，该第一开关电路可以包括第一传输线和包含一个或多个第一 PIN 二 极管的电路，所述第一传输线和所述电路彼此串联连接，而该第二开关电路可包括第二传 输线和包含一个或多个第二 PIN 二极管的电路，所述第二传输线和所述电路彼此串联连接。而且，第三开关电路可包括第三传输线和包含一个或多个第三PIN 二极管的电 路，所述第三传输线和所述电路彼此串联连接。
而且，上面提及的信号传输线的电长度不受限制，并且信号传输线可以具有诸如 3λ/4信号传输线和λ/4信号传输线之类的长度。然而，鉴于大小的减小等等，优选的是使 用λ/4信号传输线。而且，至于上面提及的线，可以使用3 λ/4线或λ/4线。然而，优选 的是使用λ/4线。而且，至于上面提及的传输线，可以使用3λ/4传输线或λ/4传输线。 然而，鉴于大小的减小等等，优选的是使用λ/4传输线。如上面所描述的，利用根据本发明的高频开关，可以甚至用单个高频开关来检测 传输信号的至少反射波。此外，可以增强用于具有反射波检测功能的传输系统或收发系统 的部件数量的减小、大小的减小、生产成本的减小以及传输损耗的减小。


图1是示出第一天线开关的配置的电路图；图2是示出定向耦合器操作的方式的图示；图3Α是示出在第一 PIN 二极管被接通时第一天线开关的第一开关电路的等效电 路的图示，而图3Β是示出在第一 PIN 二极管被关断时第一开关电路的等效电路的图示；图4Α是示出在第一 PIN 二极管被接通时第一开关电路在中心频率附近的等效电 路的图示，而图4Β是示出在第一 PIN 二极管被关断时第一开关电路在中心频率附近的等效 电路的图示；图5是说明传输线的输入和输出阻抗之间的关系的图示；图6是示出在第一开关电路被接通并且第二开关电路被关断时第一天线开关的 等效电路的图示；图7是示出在第一开关电路被关断并且第二开关电路被接通时第一天线开关的 等效电路的图示；图8是示出第二天线开关的配置的电路图；图9是示出第三天线开关的配置的电路图；图10是示出第四天线开关的配置的电路图；图IlA是示出在第四PIN二极管被接通时第四天线开关的第四开关电路的等效电 路的图示，而图IlB是示出在第四PIN 二极管被关断时第四开关电路的等效电路的图示；图12是示出在第一开关电路被接通并且第二开关电路和第四开关电路被关断时 第四天线开关的等效电路的图示；图13是示出第五天线开关的配置的电路图；图14是示出在第一开关电路和第四开关电路被关断并且第二开关电路和第三开 关电路被接通时第五天线开关的等效电路的图示；图15是示出第六天线开关的配置的电路图；图16是示出第七天线开关的配置的电路图；图17是说明使用高频开关的第一传输及接收切换方案的图示；以及图18是说明使用高频开关的第二传输及接收切换方案的图示。
具体实施例方式下面将参考图1到16来描述其中根据本发明的高频开关例如应用于天线开关的实施例。假设λ表示与开关的工作频带的中心频率对应的波长，并且指代下面描述的传输 线中的波长。如图1所示，根据第一实施例的天线开关(在下文中被称为第一天线开关10Α)包 括在天线连接端子14和传输端子16之间连接的第一 λ /4信号传输线18a、在天线连接端 子14和接收端子20之间连接的第二 λ/4信号传输线18b、与第一 λ/4信号传输线18a 并联连接的第一开关电路22a、以及与第二 λ /4信号传输线18b并联连接的第二开关电路 22b。电容器Cl到C4分别连接在传输端子16和第一 λ /4信号传输线18a之间、在第一 λ /4信号传输线18a和天线连接端子14之间、在天线连接端子14和第二 λ /4信号传输 线18b之间、以及在第二 λ /4信号传输线18b和接收端子20之间。电容器Cl到C4是后 面要描述的用于阻挡电流以接通和关断PIN 二极管的电容器，并且在高频下作为短路进行 操作。第一开关电路2 连接在电容器Cl和第一 λ /4信号传输线18a之间的信号线和 GND (地)之间。第一开关电路2 包括在第一接点al处相互串联连接的第一 λ/4传输线 24a和第一并联谐振电路^a的串联连接电路。第一并联谐振电路包括连接在第一接点al和GND之间的第一PIN二极管^a、 连接在第一接点al和第一控制端子Tcl之间的第一电感器30a、以及连接在第一控制端子 Tcl和GND之间的第一电容器Ca。第一电容器Ca操作为用于阻挡电流以接通和关断第一 PIN 二极管^a的电容器。向第一控制端子Tcl施加用于使正向电流传送经过第一 PIN 二极管^a以接通第一PIN 二极管^a的正向偏置电压Vcl以及用于反向偏置第一 PIN 二极管^a以关断第一 PIN 二极管^a的反向偏置电压Vc2。如同上面描述的第一开关电路22a，第二开关电路22b连接在第二 λ /4信号传输 线18b和电容器C4之间的信号线和GND(地)之间。第二开关电路22b包括在第二接点a2 处相互串联连接的第二 λ /4传输线24b和第二并联谐振电路^b的串联连接电路。第二并联谐振电路26b包括连接在第二接点a2和GND之间的第二 PIN 二极管28b、 连接在第二接点a2和第二控制端子Tc2之间的第二电感器30b、以及连接在第二控制端子 Tc2和GND之间的第二电容器Cb。第二电容器Cb操作为用于阻挡电流以接通和关断第二 PIN 二极管^b的电容器。向第二控制端子Tc2施加用于使正向电流传送经过第二 PIN 二极管^b以接通第二PIN 二极管^b的正向偏置电压Vcl以及用于反向偏置第二 PIN 二极管^b以关断第二 PIN 二极管^b的反向偏置电压Vc2。当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl时，反向偏置电压Vc2被施加到 第二控制端子Tc2。当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl时，正向偏置电压Vcl 被施加到第二控制端子Tc2。施加到第一控制端子Tcl的反向偏置电压Vc2和施加到第二 控制端子Tc2的反向偏置电压Vc2可以具有不同的电压电平。第一天线开关IOA包括把第一 λ/4信号传输线18a作为其部件的定向耦合器36。 定向耦合器36检测传输信号的反射波。定向耦合器36包括上面提及的第一 λ/4信号传输线18a、被设置成使得面向该 第一 λ /4信号传输线18a的λ /4线38、连接到该λ /4线38的一个末端的反射波输出端子40、以及连接到该λ/4线38的另一个末端的端接电阻器42。该端接电阻器42的另一 个末端被接地。下面将参考图2来描述定向耦合器36的操作的原理。首先，定向耦合器36的第一 末端Φ1到第四末端Φ4将被如下定义。第一末端Φ1指代第一 λ/4信号传输线18a在 传输端子16侧的末端，第二末端Φ 2指代第一 λ/4信号传输线18a在天线连接端子14侧 的末端，第三末端Φ3指代λ /4线38在传输端子16侧的末端，而第四末端Φ4指代λ /4 线38在天线连接端子14侧的末端。当来自传输端子16的传输信号的行波电功率1 被施加到定向耦合器36的第一 末端Φ 1时，在第二末端Φ2产生行波并且在第三末端Φ3也产生电波(信号)，该电波(信 号)具有与行波电功率1 成比例的电功率dPa。该波在天线处被反射，并且反射波电功率 1 被施加到定向耦合器36的第二末端Φ2。然后，在第一末端Φ1产生反射波，并且在第 四末端Φ4也产生电波(信号)，该电波(信号)具有与反射波电功率1 成比例的电功率 dPb。换言之，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到定向耦合器36的第四末端Φ4的 反射波输出端子40被输出。因此，可以检测反射波。接下来，下面将参考图3到7来描述第一天线开关IOA的电路操作。下面主要描述第一开关电路22a。当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl 时，第一 PIN 二极管^a被接通。此时，第一开关电路22a由图3A所示的等效电路表示。具 体地，包括相互并联连接的第一 PIN 二极管^a的电感La和导通(ON)电阻Ro的电路串联 连接在第一 λ /4传输线2 和GND之间。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl时，第一 PIN 二极管28a被 关断。此时，第一开关电路22a由图;3B所示的等效电路表示。具体地，包括相互并联连接 的第一 PIN 二极管^a的电感La、由于第一 PIN 二极管^a的耗尽层引起的寄生电容Cf、 和并联电阻Rf的并联谐振电路串联连接在第一 λ /4传输线2 和GND之间。在第一天线开关IOA中，电感La的值被建立为使得第一天线开关IOA的中心频率 fo和由寄生电容Cf、并联电阻Rf和电感La构成的并联谐振电路的谐振频率相互一致。导通电阻R0通常为大约1欧姆(ohm)或更小。由于导通电阻Ro可以被表达为Ro < < 2 π foLa,当第一 PIN 二极管28a被接通时，第一开关电路2 在中心频率fo附近可以 由图4A所示的等效电路表示；并且当第一 PIN 二极管28a被关断时，在中心频率fo附近可 以由图4B所示的等效电路表示。假设，如图5所示，传输线ζ = L由阻抗Z(L)的负载端接。如果传输线具有特性阻抗h，行波由Ae_YZ表示并且反射波由Be_YZ表示(Y指示 传播常数)，则在参考点ζ处的电压V(Z)和电流I(Z)由以下方程表示V(z) = Ae-YZ+BeYZI (ζ) = (A/Zo)e"YZ-(B/Zo)eYZ因此，在ζ = L下的阻抗Z (L)由以下方程表示Z(L) = V (L)/I (L)= Zo {(Ae_Y L+BeY L) / (Ae_Y L-BeY L)}反射系数Γ (L)具有由以下方程(a)表示的关系Γ (L) = (BeYL)/(Ae_YL)
= (B/A) e2YL= {Ζ (L)-Zo} / {Ζ (L)+Zo}...(a)在ζ = 0下看到的负载的阻抗Z(O)由以下方程(b)表示Z (0) = Zo {(A+B) / (A-B)}...(b)根据方程(a)，B/A = [ {Z (L) -Zo} / {Ζ (L) +Zo} ] e_2 Y L通过把这个方程代入方程(b)中，获得以下方程(C)Z (0) /Zo = {Z (L) +Zotanh y L}/ {Zo+Z (L) tanh γ L}... (c)其中，Y = a+j^ (α表示衰减常数并且β是由β =2π/λ表示的相位常数)。由于对于无损耗线而言a =0并且、=_]·β，方程(C)可以被修改成以下方程 (d)Z (0) /Zo = {Z (L) +jZotan β L}/ {Zo+jZ (L) tan β L}…(d)通过把L = λ/4代入方程(d)中，获得以下方程(e)Z (0) /Zo = Zo/Z (L)Z (0) = Zo2/Z (L)...(e)因为当第一 PIN 二极管28a被接通时Z(L)是大约1欧姆或更小的低电阻，在信号 线侧的第一 λ/4传输线2 的阻抗(在这种情况下Z(O))具有大值，并且信号线理想上处 于开路状态，如可以从方程(e)中理解的。相反，因为当第一 PIN 二极管28a被关断时Z(L) 是大约IOk欧姆或更大的高电阻，在信号线侧的第一 λ/4传输线2 的阻抗(在这种情况 下Z(O))具有小值，并且信号线理想上处于短路状态，如可以从方程(e)中理解的。因此，当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl以接通第一 PIN 二极管 28a,并且反向偏置电压Vc2被施加到第二控制端子Tc2以关断第二 PIN 二极管^b时，第 一天线开关IOA由图6所示的等效电路表示，其中在高频下仅传输端子16连接到天线连接 端子14。供应到传输端子16的传输信号M因而经由天线连接端子14进行发送。换言之， 从传输端子16到天线连接端子14的第一信号线3 用作信号传输侧，而从接收端子20到 天线连接端子14的第二信号线34b用作信号截止侧。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl时，关断第一 PIN 二极管 28a,并且当正向偏置电压Vcl被施加到第二控制端子Tc2时，接通第二 PIN 二极管^b，第 一天线开关10A由图7所示的等效电路表示，其中在高频下仅接收端子20连接到天线连接 端子14。由天线接收的接收信号Sb因而供应到天线连接端子14并从接收端子20输出。 换言之，从传输端子16到天线连接端子14的第一信号线3 用作信号截止侧，而从接收端 子20到天线连接端子14的第二信号线34b用作信号传输侧。如果第一并联谐振电路26a被省去并且仅第一 PIN 二极管28a被连接，则当第一 PIN 二极管28a被关断时在中心频率fo附近第一开关电路2 不由图4B所示的等效电路 表示，但是如图3B所示，保留寄生电容Cf，从而使谐振频率偏移到低频范围中。结果，第一 λ /4传输线Ma的相位特性经受误差，从而引起损耗。对于第一天线开关10Α，调节第一并联谐振电路26a的第一电感器30a的常数以使 在第一 PIN 二极管28a被关断时第一并联谐振电路26a的谐振频率与第一天线开关10A的 中心频率fo均衡(equalize)。类似地，调节第二并联谐振电路26b的第二电感器30b的常数以使在第二 PIN 二极管28b被关断时第二并联谐振电路26b的谐振频率与第一天线开关 IOA的中心频率fo均衡。由于PIN 二极管的导通电阻Ro被表达为Ro < < 2 π f0La，当第一 PIN 二极管^a 被接通时，仅导通电阻Ro连接到第一 λ /4传输线Ma的GND，并且当第一 PIN 二极管28a 被关断时，仅并联电阻Rf连接到第一入/4传输线2如的6冊，如图4々和48所示。因而，在 第一 PIN 二极管28a被接通和关断时第一 λ /4传输线Ma的谐振频率相互不偏离。因此对于第一天线开关10Α，第一 λ /4传输线2 和第二 λ /4传输线Mb的相 位特性没有经受误差，并且在开关电路被接通时的通带和在开关电路被关断时的隔离带保 持相互一致。换言之，第一天线开关IOA能够在天线开关使用的频带中适当地最小化在开 关电路被接通时引起的插入损耗并且最大化在开关电路被关断时提供的隔离。结果，在开 关电路中引起的传输信号的损耗得以降低，并且在开关电路被关断时的适当衰减量得以保 证。具体而言，第一天线开关IOA具有定向耦合器36，该定向耦合器36把第一 λ /4信 号传输线18a作为其部件。因而，当输出传输信号在天线处被反射时，与反射波成比例的信 号可以在定向耦合器36的反射波输出端子40处被读出，以便可以检测反射波。在这种情 况下，仅必要的是λ/4线38被设置成面向第一 λ/4信号传输线18a。因此，传输信号的反 射波可以在不增加所用部件数量的情况下进行检测。因而，由于第一天线开关IOA可以甚至用单个天线开关来检测传输信号的反射 波，所以可以增强用于具有反射波检测功能的传输系统或收发系统的部件数量的减小、以 及其大小的减小。此外，还可以增强生产成本和传输损耗的减小。接下来，下面将参考图8来描述根据第二实施例的天线开关(在下文中被称为第 二天线开关10B)。如图8所示，第二天线开关IOB的配置基本上类似于上面描述的第一天线开关 10A，但是不同在于如下定向耦合器36的配置定向耦合器36包括第一 λ /4信号传输线18a、被设置成使得面向该第一 λ /4信 号传输线18a的λ /4线38。第三末端Φ 3 (在传输端子16侧的λ /4线38的末端)连接 到行波输出端子44，而第四末端Φ4(在天线连接端子14侧的λ/4线38的末端)连接到 反射波输出端子40。因而，与行波电功率1 成比例的信号(参见图2)从连接到定向耦合器36的第三 末端Φ 3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到定 向耦合器36的第四末端Φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可以检测传输信号的反 射波和行波。下面将参考图9来描述根据第三实施例的天线开关(在下文中被称为第三天线开 关 10C)。如图9所示，第三天线开关IOC具有与上面描述的第一天线开关IOA基本类似的 配置，但是与其不同在于如下第三λ /4信号传输线18c连接在传输端子16和第一 λ /4信号传输线18a之间， 而第四λ /4信号传输线连接在接收端子20和第二 λ /4信号传输线18b之间。第三开关电路22c与第三λ/4信号传输线18c相关联地连接，而第四开关电路22d与第四λ/4信号传输线18d相关联地连接。而且，第一开关电路22a的第一并联谐振电路26a具有多个并联第一 PIN 二极管 ，而第二开关电路22b的第二并联谐振电路26b具有多个并联第二 PIN 二极管^b。类似地，第三开关电路22c的第三并联谐振电路26c具有多个并联第三PIN 二极管^c，而第 四开关电路22d的第四并联谐振电路26d具有多个并联第四PIN 二极管^d。此外在这种情况下，调节第一并联谐振电路^a的第一电感器30a和第三并联谐 振电路^c的第三电感器30c的常数的每个以使在第一 PIN 二极管28a被关断时第一并联 谐振电路26a的谐振频率和在第三PIN 二极管28c被关断时第三并联谐振电路26c的谐振 频率与第三天线开关IOC的中心频率均衡。类似地，调节第二并联谐振电路^b的第二电感器30b和第四并联谐振电路26d 的第四电感器30d的常数的每个以使在第二 PIN 二极管28b被关断时第一并联谐振电路 26a的谐振频率和在第四PIN 二极管28d被关断时第四并联谐振电路^d的谐振频率与第 三天线开关IOC的中心频率均衡。当第一开关电路2 和第三开关电路22c被接通时，即当所有第一 PIN 二极管28a 和第三PIN 二极管28c 二极管被接通时，第一接点al和GND之间和第三接点a3和GND之 间的每个电阻由比一个导通电阻更低的电阻表示。如可以从上面的方程(e)理解的，在第 一 λ /4传输线Ma的第一信号线34a侧的末端处和在第三λ /4传输线2 的第一信号线 34a侧的末端处的每个阻抗是比对于一个导通电阻时的更高的阻抗。开关电路因此接近理 想的开路状态。相反，当第一开关电路2 和第三开关电路22c被关断时，即当所有第一 PIN 二极 管28a和第三PIN 二极管28c被关断时，仅并联电阻(其是高的)连接在第一接点al和 GND之间和在第三接点a3和GND之间。如可以从上面的方程(e)理解的，在第一 λ/4传输 线Ma的第一信号线3 侧的末端处和在第三λ /4传输线Mc的第一信号线3 侧的末 端处的每个阻抗是取决于高电阻的低阻抗。换言之，在信号传输时开关电路的插入损耗可 以进一步被降低。第三天线开关IOC包括第一定向耦合器36a和第二定向耦合器36b。第一定向耦 合器36a把第一 λ/4信号传输线18a作为其部件，用于检测传输信号的反射波。第二定向 耦合器36b把第三λ /4信号传输线18c作为其部件，用于检测传输信号的行波。第一定向耦合器36a包括上面提及的第一 λ /4信号传输线18a、被设置成使得面 向该第一 λ /4信号传输线18a的第一 λ /4线38a、连接到该第一 λ /4线38a的一个末端 (第四末端Φ4)的反射波输出端子40、以及连接到该第一 λ/4线38的另一个末端(第三 末端Φ； )的第一端接电阻器42a。第二定向耦合器36b包括上面提及的第三λ /4信号传输线18c、被设置成使得面 向该第三λ /4信号传输线18c的第二 λ /4线38b、连接到该第二 λ /4线38b的一个末端 (第三末端Φ； )的行波输出端子44、以及连接到该第二 λ/4线38b的另一个末端(第四 末端Φ4)的第二端接电阻器42b。第一端接电阻器4 和第二端接电阻器42b的其他末端 被接地。在这种情况下，与行波电功率1 成比例的信号(参见图2)从连接到第二定向耦 合器36b的第三末端Φ 3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到第一定向耦合器36a的第四末端Φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可 以检测传输信号的反射波和行波。而且，即使连接到反射波输出端子40的监视电路(反射波检测电路)的特性和连 接到行波输出端子44的监视电路(行波检测电路)的特性彼此不同，第一定向耦合器36a 和第二定向耦合器36b的每个输出特性可以被独立地设定为依据每个监视电路的特性。因 此，定向耦合器可以被更自由地设计。下面将参考图10来描述根据第四实施例的天线开关(在下文中被称为第四天线 开关10D)。如图10所示，第四天线开关IOD具有与上面描述的第一天线开关IOA基本类似的 配置，但是与其不同在于如下具体地，第四λ/4信号传输线18d连接在接收端子20和第二 λ/4信号传输线 18b之间的，并且第四开关电路22d与第四λ /4信号传输线18d相关联地连接。如同第二开关电路22b，第四开关电路22d连接在第四λ /4信号传输线18d和电 容器C5之间的信号线和GND(地)之间。第四开关电路22d包括在第四接点a4处相互串 联连接的第四λ/4传输线24d和第四并联谐振电路的串联连接电路。第四并联谐振电路26d包括连接在第四接点a4和GND之间的第四PIN二极管^cU 连接在第四接点a4和第二控制端子Tc2之间的第四电感器30d、以及连接在第二控制端子 Tc2和GND之间的第四电容器Cd。第四电容器Cd操作为用于阻挡电流以接通和关断第四 PIN 二极管^d的电容器。第四开关电路22d也包括与第四PIN 二极管^d并联连接的、用于形成接收端接 电阻的电阻器Rr和电容器Cr的串联连接电路。电容器Cr操作为用于阻挡电流以接通和 关断第四PIN 二极管^d的电容器。下面将主要描述第四开关电路22d的操作。在第四开关电路22d中，当正向偏置 电压Vcl被施加到第二控制端子Tc2时，第四PIN 二极管^d被接通。此时，第四开关电路 22d由图IlA所示的等效电路表示。具体地，包括相互并联连接的第四PIN二极管28d的导 通电阻Ro、电感La、和用于形成接收端接电阻的电阻器Rr的电路串联连接在第四λ /4传 输线24d和GND之间。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第二控制端子Tc2时，第四PIN 二极管28d被 关断。此时，第四开关电路22d由图IlB所示的等效电路表示。具体地，包括相互并联连接 的、第四PIN 二极管^d的电感La、由于第四PIN 二极管^d的耗尽层引起的寄生电容Cf、 并联电阻Rf和用于形成接收端接电阻的电阻器Rr的并联谐振电路串联连接在第四λ/4 传输线24d和GND之间。在这种情况下，电感La的值也被建立为使得第四天线开关IOD的中心频率fo和 由寄生电容Cf、并联电阻Rf和电感La构成的并联谐振电路的谐振频率相互一致。如上面所描述的，第四开关电路22d具有包括用于形成接收端接电阻的并联连接 电阻器Rr的配置。由于导通电阻Ro和电阻器Rr具有Ro << Rr的幅值关系，当第四PIN 二极管28d被接通时，电阻器Rr不影响第四开关电路22d的操作。由于并联电阻Rf和电 阻器Rr具有Rf >> Rr的幅值关系，信号线侧的阻抗由电阻器Rr确定。具体地，如果第四λ /4传输线Md的特性阻抗具有50欧姆并且用于形成接收端接电阻的电阻器Rr具有50欧姆，则并联电阻Rf (例如IOk欧姆)和电阻器Rr的组合电阻 (RF//Rr)具有49. 751欧姆。在信号线侧的第四λ /4传输线Mc的阻抗根据方程(e)用 50X50/49.751 = 50. 250欧姆进行端接(端接电阻具有50. 250欧姆)。实际上，例如电阻 器Rr的值被确定为使得端接电阻具有50欧姆。当第四PIN 二极管28d被接通时如果导通电阻Ro = 1欧姆，则由于导通电阻Ro和 电阻器Rr的组合电阻(R0//Rr)具有0. 9804欧姆，在信号线侧的第三λ /4传输线Mc的 阻抗根据方程(e)具有50X50/0. 9804 = 2550欧姆。因此，当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl以接通第一 PIN 二极管 28a,并且反向偏置电压Vc2被施加到第二控制端子Tc2以关断第二 PIN 二极管28b和第四 PIN二极管28d时，第四天线开关IOD由图12所示的等效电路表示，其中在高频下仅传输端 子16连接到天线连接端子14，并且50欧姆的端接电阻器Re例如连接到接收端子20。供 应到传输端子16的传输信号M因而经由天线连接端子14进行发送。换言之，从传输端子 16到天线连接端子14的第一信号线3 用作信号传输侧，而从接收端子20到天线连接端 子14的第二信号线34b用作信号截止侧。如果不存在第四开关电路22d，则在信号线侧的第二 λ/4传输线Mb的阻抗将具 有小值，并且信号线理想上处于短路状态，如上面所描述的。换言之，由于当开关被关断时 接收器侧的阻抗具有0欧姆，导致全反射，所以连接到接收端子20的接收放大器可能在操 作中变得不稳定。因为第四天线开关IOD包括第四开关电路22d，当开关被关断时接收器侧的阻抗 具有端接电阻器Re的值(例如50欧姆)，从而允许第四天线开关IOD实现与其它电路的阻 抗匹配。因此，致使连接到接收端子20的接收放大器在操作中稳定。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl以关断第一 PIN 二极管 28a,并且正向偏置电压Vcl被施加到第二控制端子Tc2以接通第二 PIN 二极管2 和第四 PIN 二极管^d时，第四天线开关IOD由图7所示的等效电路表示，其中在高频下仅接收端 子20连接到天线连接端子14，并且由天线接收的接收信号Sb因而供应到天线连接端子14 并从接收端子20输出。换言之，从传输端子16到天线连接端子14的第一信号线3 用作 信号截止侧，而从接收端子20到天线连接端子14的第二信号线34b用作信号传输侧。因 此，电阻器Rr不影响信号的接收。如同第一天线开关10A，第四天线开关IOD包括把第一 λ /4信号传输线18a作为 其部件的定向耦合器36。因而，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到定向耦合器36 的第四末端Φ4的反射波输出端子40被输出。因此，可以检测反射波。下面将参考图13来描述根据第五实施例的天线开关(在下文中被称为第五天线 开关10Ε)。第五天线开关IOE具有与上面描述的第四天线开关IOD基本类似的配置，但是与 其不同在于如下第五天线开关IOE具有连接在第一 λ /4信号传输线18a和传输端子16之间的第 三λ /4信号传输线18c以及与第三λ /4信号传输线18c并联连接的第三开关电路22c。第三开关电路22c连接在第三λ/4信号传输线18c和电容器Cl之间的信号线和 GND(地)之间。第三开关电路22c包括在第三接点a3处相互串联连接的单个第三λ/4传输线2 和第三并联谐振电路^c的串联连接电路。
第三并联谐振电路26c包括连接在第三接点a3和GND之间的第三PIN 二极管^c、 连接在第三接点a3和第一控制端子Tcl之间的第三电感器30c、以及连接在第一控制端子 Tcl和GND之间的第三电容器Ce。第三电容器Cc操作为用于阻挡电流以接通和关断第三 PIN 二极管^c的电容器。第三开关电路22c也包括与第三PIN 二极管28c并联连接的、用于形成传输端接 电阻的电阻和电容器Ct的串联连接电路。第三开关电路22c因而具有与接收器侧的第四开关电路22d等同的配置。因此，当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl以接通第一 PIN 二极管^a 和第三PIN 二极管^c，并且反向偏置电压Vc2被施加到第二控制端子Tc2以关断第二 PIN 二极管28b和第四PIN 二极管^d时，第五天线开关IOE由图12所示的等效电路表示，其 中在高频下仅传输端子16连接到天线连接端子14，并且例如50欧姆的端接电阻器连接到 接收端子20。在这种情况下，当开关被关断时接收器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值(例 如50欧姆)，从而允许第五天线开关IOE实现与其它电路的阻抗匹配。因此，致使连接到接 收端子20的接收放大器在操作中稳定。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl以关断第一 PIN 二极管28a 和第三PIN 二极管^c，并且正向偏置电压Vcl被施加到第二控制端子Tc2以接通第二 PIN 二极管28b和第四PIN 二极管^d时，第五天线开关IOE由图14所示的等效电路表示，其 中在高频下仅接收端子20连接到天线连接端子14，并且例如50欧姆的端接电阻器Re连接 到传输端子16。在这种情况下，当开关被关断时发送器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值 (例如50欧姆)，从而允许第五天线开关IOE实现与其它电路的阻抗匹配。如同上面提及的第三天线开关10C，图13所示的第五天线开关IOE包括第一定向 耦合器36a和第二定向耦合器36b。第一定向耦合器36a把第一 λ/4信号传输线18a作为 其部件，用于检测传输信号的反射波。第二定向耦合器36b把第三λ/4信号传输线18c作 为其部件，用于检测传输信号的行波。因而，与行波电功率1 成比例的信号从连接到第二定向耦合器36b的第三末端 Φ 3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到第一定向 耦合器36a的第四末端Φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可以检测传输信号的反射 波和行波。在上面提及的第一到第五天线开关IOA到IOE中，主要描述了工作频带的中心频 率fo。实际上，在工作频带中包含的每个频率上提供上面的优点。下面将参考图15来描述根据第六实施例的天线开关(在下文中被称为第六天线 开关10F)。第六天线开关IOF具有与上面描述的第四天线开关IOD基本类似的配置，但是 具有与其在配置方面有如下不同的第一开关电路22a、第二开关电路22b和第四开关电路 22d 第一开关电路2 包括连接在第一 λ/4传输线2 和GND之间的第一 PIN 二极 管28a和第一电容器Ca的串联连接电路、以及连接到第一 PIN 二极管28a和第一电容器Ca 之间的接点的第一控制端子1^1。
第二开关电路22b包括连接在第二 λ /4传输线24b和GND之间的第二 PIN 二极 管2 和第二电容器Cb的串联连接电路、以及连接到第二 PIN 二极管2 和第二电容器Cb 之间的接点的第二控制端子1^2。第四开关电路22d包括连接在第四λ/4传输线24d和GND之间的第四PIN 二极 管28d和第四电容器Cd的串联连接电路、连接到第四PIN 二极管28d和第四电容器Cd之 间的接点的第二控制端子Tc2、以及连接在第四PIN二极管28d的阴极和GND之间的用于形 成接收端接电阻的电阻器Rr。因此，当正向偏置电压Vcl被施加到第一控制端子Tcl以接通第一 PIN 二极管 28a,并且反向偏置电压Vc2被施加到第二控制端子Tc2以关断第二 PIN 二极管28b和第四 PIN 二极管28d时，第六天线开关IOF由图12所示的等效电路表示，其中在高频下仅传输端 子16连接到天线连接端子14，并且例如50欧姆的端接电阻器Re连接到接收端子20。在 这种情况下，当开关被关断时接收器侧的阻抗具有端接电阻器Re的值(例如50欧姆)，从 而允许第六天线开关IOF实现与其它电路的阻抗匹配。因此，致使连接到接收端子20的接 收放大器在操作中稳定。相反，当反向偏置电压Vc2被施加到第一控制端子Tcl以关断第一 PIN 二极管 28a,并且正向偏置电压Vcl被施加到第二控制端子Tc2以接通第二 PIN 二极管2 和第四 PIN 二极管^d时，第六天线开关IOF由图7所示的等效电路表示，其中在高频下仅接收端 子20连接到天线连接端子14。如同第四天线开关10D，第六天线开关包括把第一 λ/4信号传输线18a作为其部 件的定向耦合器36。因而，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到定向耦合器36的第 四末端Φ4的反射波输出端子40被输出。因此，可以检测反射波。当第一 PIN 二极管28a被关断时在中心频率fo附近的第六天线开关IOF的等效 电路与图4B所示的不相同，而是包括如图:3B所示的那样保持的寄生电容Cf，从而使谐振 频率偏移到低频范围中。因此，第六天线开关IOF的性能比第四天线开关IOD更差。然而， 由于第六天线开关IOF结构上简单，其在其中小尺寸和较低成本胜过性能的应用中是有效 的。下面将参考图16来描述根据第七实施例的天线开关(在下文中被称为第七天线 开关10G)。第七天线开关IOG的配置包括连接到常规天线开关的第一定向耦合器36a和第二 定向耦合器36b。第七天线开关IOG具有连接在传输端子16和天线连接端子14之间的第一 λ/4 信号传输线18a和第三λ/4信号传输线18c、与第一 λ/4信号传输线18a并联连接的第一PIN 二极管^a的第一开关电路22a、以及与第三λ /4信号传输线18c并联连接的第三 PIN 二极管^c的第三开关电路22c。类似地，第七天线开关IOG具有连接在接收端子20和天线连接端子14之间的第二λ /4信号传输线18b和第四λ /4信号传输线18d、与第二 λ /4信号传输线18b并联连 接的第二 PIN 二极管^b的第二开关电路22b、以及与第四λ /4信号传输线18d并联连接 的第四PIN 二极管^d的第四开关电路22d。第一到第四PIN 二极管^a到^d中的每个在阴极侧被接地。
第一控制端子Tcl通过电感元件Lll连接到在发送器侧的电容器Cl和第三λ /4 信号传输线18c之间的信号线。电容器Cll连接在第一控制端子Tcl和GND之间。类似地， 第二控制端子Tc2通过电感元件C12连接到在接收器侧的电容器C4和第四λ /4信号传输 线18d之间的信号线。电容器C12连接在第二控制端子Tc2和GND之间。第七天线开关IOG包括第一定向耦合器36a和第二定向耦合器36b。第一定向耦 合器36a把第一 λ/4信号传输线18a作为其部件，用于检测传输信号的反射波。第二定向 耦合器36b把第三λ /4信号传输线18c作为其部件，用于检测传输信号的行波。因而，与行波电功率1 成比例的信号从连接到第二定向耦合器36b的第三末端 Φ 3的行波输出端子44中输出。此外，与反射波电功率1 成比例的信号从连接到第一定向 耦合器36a的第四末端Φ4的反射波输出端子40中输出。因此，可以检测传输信号的反射 波和行波。因而，仅必要的是λ/4线被设置成面向常规天线开关的λ/4信号传输线18a。因 此，天线开关可以被配置用于检测传输信号的反射波和行波而不增加所用部件的数量。在上面描述的实施例中，虽然使用对减小大小尤其有利的第一到第四λ/4信号 传输线18a到18d，但是作为代替可以使用3 λ/4信号传输线。而且，虽然上面描述的实施 例将入/4线38(第一 λ/4线38a或第二 λ/4线38b)用于各种线，但是作为代替可以依 据信号传输线使用3 λ/4线等等。此外，虽然上面描述的实施例使用第一到第四λ/4传输 线2 到其尤其对于减少各种传输线的大小而言是有利的)，但是作为代替可以使用 3入/4信号线等等。根据本发明的高频开关不限于上面的实施例，而是可以在不偏离本发明的范围的 情况下采用各种配置。
权利要求
1.一种高频开关，包括与用于从传输端子(16)发送传输信号的第一信号传输线(18a) 并联连接的第一开关电路(22a)和与用于把接收信号发送到接收端子00)的第二信号传 输线(18b)并联连接的第二开关电路02b)，该高频开关包括定向耦合器(36)，把该第一信号传输线(18a)作为其部件，用于检测该传输信号的至 少反射波。
2.根据权利要求1的高频开关，其中所述定向耦合器(36)还包括 线(38)，被设置成面对该第一信号传输线(18a)；反射波输出端子(40)，连接到该线(38)的一个末端；以及 端接电阻器(42)，连接到该线(38)的另一个末端。
3.根据权利要求2的高频开关，其中该线包括λ/4线。
4.根据权利要求1的高频开关，其中第三开关电路(22c)与连接在传输端子(16)和第 一信号传输线(18a)之间的第三信号传输线(18c)并联连接，该高频开关还包括第二定向耦合器(36b)，该第二定向耦合器(36b)把该第三信号传 输线(18c)作为其部件以用于检测该传输信号的至少行波。
5.根据权利要求4的高频开关，其中该定向耦合器(36a)还包括 第一线(38a)，被设置成面对该第一信号传输线(18a)；反射波输出端子(40)，连接到该第一线(38a)的一个末端；以及 端接电阻器(42)，连接到该第一线(38a)的另一个末端， 该第二定向耦合器(36b)还包括 第二线(38b)，被设置成面对该第三信号传输线(18c)； 行波输出端子(44)，连接到该第二线(38b)的一个末端；以及 第二端接电阻器(42)，连接到该第二线(38b)的另一个末端。
6.根据权利要求5的高频开关，其中该第一线(36a)和第二线(36b)中的每个包括 λ/4 线。
7.根据权利要求4的高频开关，其中该第三开关电路(22c)包括第三传输线(Mc)和 包含一个或多个第三PIN 二极管08c)的电路，所述第三传输线(Mc)和所述电路彼此串 联连接。
8.根据权利要求7的高频开关，其中所述第三传输线(Mc)包括λ/4传输线。
9.根据权利要求4的高频开关，其中第一信号传输线(18a)、第二信号传输线(18b)和 第三信号传输线(18c)中的每个包括λ/4信号传输线。
10.根据权利要求1的高频开关，其中该定向耦合器(36)检测传输信号的该反射波和 行波。
11.根据权利要求10的高频开关，其中所述定向耦合器(36)还包括 线(38)，被设置成面对该第一信号传输线(18a)；反射波输出端子(40)，连接到该线(38)的一个末端；以及 行波输出端子(44)，连接到该线(38)的另一个末端。
12.根据权利要求11的高频开关，其中该线(38)包括λ/4线。
13.根据权利要求1的高频开关，其中该第一开关电路(22a)包括第一传输线(Ma)和 包含一个或多个第一 PIN 二极管的电路，所述第一传输线(Ma)和所述电路彼此串联连接，且其中该第二开关电路(22b)包括第二传输线(Mb)和包含一个或多个第二 PIN 二极管 (28b)的电路，所述第二传输线(Mb)和所述电路彼此串联连接。
14.根据权利要求13的高频开关，其中所述第一传输线(Ma)和所述第二传输线 (24b)中的每个包括λ/4传输线。
15.根据权利要求1的高频开关，其中第一信号传输线(18a)和第二信号传输线(18b) 中的每个包括λ/4信号传输线。
全文摘要
提供一种高频开关(10A)，其由与用于从传输端子(16)发送传输信号的第一λ/4信号传输路径(18a)并联连接的第一开关电路(22a)和与用于把接收信号发送到接收端子(20)的第二λ/4信号传输路径(18b)并联连接的第二开关电路(22b)形成。该高频开关(10A)还包括定向耦合器(36)，其把该第一λ/4信号传输路径(18a)作为组成元件并且检测该传输信号的反射波。该定向耦合器(36)包括第一λ/4信号传输路径(18a)；λ/4信号线(38)，被设置成面对该第一信号传输路径(18a)；反射波输出端子(40)，连接到λ/4信号线(38)的一个末端；以及端接电阻器(42)，连接到λ/4信号线(38)的另一个末端。
文档编号H01P1/15GK102057583SQ20098012110
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月2日 优先权日2008年6月6日
发明者安藤朗 申请人:双信电机株式会社