JP3899689B2 - 伝送線路スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を処理する高周波回路であって、例えば複数の入力信号の中から１つの信号を選択する機能等を有する伝送線路スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を処理する高周波回路用の高速スイッチを作成するために、さまざまな開発が行われている。このようなスイッチを構成する代表的な素子として、ＰＩＮダイオードが用いられているが、最近になってＦＥＴを用いることが考えられている。ＦＥＴを用いたスイッチの一例として、特開平２−６３２０１号公報に記載された構成がある。
【０００３】
この公報の構成は、２つの入力信号の中から１つの信号を出力する２入力１出力スイッチであり、いわゆる分岐型回路である。そして、上記２入力１出力スイッチは、ＦＥＴを備えて構成され入力端子を有する２個の増幅器と、これら２個の増幅器の出力点と１個の出力端子との間をそれぞれ接続する２個の伝送線路とから構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波やミリ波等を処理する回路においては、波長が短いため、伝送線路の長さによって整合条件がずれ易いという特性がある。また、上記従来構成の２入力１出力スイッチの場合、増幅器のオン／オフが切り替わる。このため、２個の増幅器の出力点と１個の出力端子との間を接続する２個の伝送線路の長さを、整合がとれた長さにする必要があり、具体的には、同じ長さに設定している。
【０００５】
さて、例えば３入力１出力スイッチを作成したい場合には、図１５に示すように、３個の伝送線路１、２、３の長さを同じ長さにする必要がある。尚、図１５において、４、５、６は増幅回路、４ａ、５ａ、６ａは入力端子、４ｂ、５ｂ、６ｂは出力点、７は出力端子である。
【０００６】
しかし、上記３個の伝送線路１、２、３の長さを同じ長さに設定することは、設計上、大変困難である。というのは、このような高周波回路を例えばＭＭＩＣで構成する場合、上記伝送線路をコプレーナ線路やマイクロストリップ線路で構成する必要があると共に、上記伝送線路の他に増幅回路等の各種の回路をかなり狭い面積の領域に配設する必要がある。このため、３個の伝送線路１、２、３の長さを同じにするには、伝送線路及び各種回路のレイアウト設計がかなり難しくなり、設計上の制約が大きくなるという不具合があった。
【０００７】
また、入力信号または出力信号の数が多くなると、オフ状態の増幅器がオン状態の増幅器の出力整合条件を変えてしまうという現象が発生し、スイッチの性能が悪くなることがわかった。これに対しては、オフ状態の増幅器のインピーダンスを大きくすることができれば、オン状態の増幅器の出力整合条件が変わることを防止できる。しかし、現状は、具体的な防止策がないため、何らかの対策を実現することによりスイッチの性能を向上させることが求められている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、３以上入力１出力スイッチや１入力３以上出力スイッチなどを作成する際に、設計を容易に行うことができる伝送線路スイッチを提供することにある。また、本発明の他の目的は、入力信号または出力信号の数が多い構成である場合でも、スイッチの性能を向上させることができる伝送線路スイッチを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、ｎ個の高周波増幅器の出力点と、（ｎ−１）個の接続点及び出力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路を備えると共に、（ｎ−１）個の接続点及び出力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路を備え、前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定した。この構成によれば、３以上入力１出力スイッチを作成する場合、長さが等しく且つ線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しいｎ個の第１の伝送線路と、長さが等しく且つ線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しい（ｎ−１）個の第２の伝送線路をレイアウトするだけで済むから、設計を容易に行うことができると共に、出力整合条件が変化することを防止できる。
【００１０】
また、請求項２の発明においては、ｎ個の第１の伝送線路として長さが異なるものが存在するように構成すると共に、（ｎ−１）個の第２の伝送線路として長さが異なるものが存在するように構成した。このように構成すると、設計の自由度がより一層高くなる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、高周波増幅器をドレインバイアスによりオンオフするように構成したので、入力信号の数が多い構成の場合であっても、スイッチの性能を向上させることができる。
【００１３】
一方、請求項４の発明においては、ｎ個の高周波増幅器の入力点と、（ｎ−１）個の接続点及び入力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路を備えると共に、（ｎ−１）個の接続点及び入力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路を備え、前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定した。この構成によれば、１入力３以上出力スイッチを作成する場合に、設計を容易に行うことができると共に、出力整合条件が変化することを防止できる。
【００１４】
また、請求項５の発明においては、ｎ個の第１の伝送線路として長さが異なるものが存在するように構成すると共に、（ｎ−１）個の第２の伝送線路として長さが異なるものが存在するように構成した。このように構成すると、１入力３以上出力スイッチを作成する場合に、設計の自由度がより一層高くなる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、高周波増幅器をドレインバイアスによりオンオフするように構成したので、１入力３以上出力スイッチを作成する場合において、出力信号の数が多い構成の場合であっても、スイッチの性能を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を例えば３入力１出力スイッチに適用した第１の実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。本実施例の３入力１出力スイッチは、例えば６０ＧＨｚの高周波信号に対応する３つの入力信号を入力して、１つの出力信号を切替出力するように構成された切替スイッチである。この３入力１出力スイッチの電気回路図を図１に示す。
【００１８】
この図１に示すように、３入力１出力スイッチ１１は、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、３個の第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、２個の第２の伝送線路１４ａ、１４ｂとを備えて構成されている。上記３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、入力信号を入力する入力端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、出力信号を出力する出力点（出力端子）１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、バイアス端子１７ａ、１７ｂ、１７ｃとを有している。
【００１９】
そして、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃのバイアス端子１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの共通接点ｃとなっている。バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの一方の切替接点ａはアースされ、他方の切替接点ｂは直流電源１９に接続されている。この直流電源１９は、例えば２．０Ｖの直流定電圧を発生する電源である。この場合、各高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの接点（ｃ−ａ）間オンのときオフ状態となり、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの接点（ｃ−ｂ）間オンのときオン状態となるように構成されている。即ち、各高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、バイアス条件を変えることによりオンオフするように構成されている。
【００２０】
ここで、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの具体的構成は同じであり、以下、この具体的構成について図２を参照して説明する。図２に示すように、各高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、入力整合回路２０と、例えばＨＥＭＴ２１と、出力整合回路２２とから構成されている。入力整合回路２０は、伝送線路２３及びスタブ２４を備えて構成されている。上記伝送線路２３の一端は、コンデンサ２５を介して入力端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに接続されていると共に、スタブ２４の一端に接続されている。上記伝送線路２３の他端は、ＨＥＭＴ２１のゲートに接続されている。上記スタブ２４の他端は、コンデンサ２６を介してアースされていると共に、ゲートバイアス端子２７に接続されている。
【００２１】
また、出力整合回路２２は、伝送線路２８及びスタブ２９を備えて構成されている。上記伝送線路２３の一端は、コンデンサ３０を介して出力点１６ａ、１６ｂ、１６ｃに接続されていると共に、スタブ２９の一端に接続されている。上記伝送線路２８の他端は、ＨＥＭＴ２１のドレインに接続されている。上記スタブ２９の他端は、コンデンサ３１を介してアースされていると共に、ドレインバイアス端子３２に接続されている。更に、ＨＥＭＴ２１のソースは、アースされている。
【００２２】
ここで、各整合回路２０、２２の伝送線路２３、２８及びスタブ２４、２９の長さは、ＨＥＭＴ２１の特性によって決まる。本実施例の場合、ＨＥＭＴ２１をＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓで作成し、この作成したＨＥＭＴ２１の特性を実測し、そして、この実測値を用いてコンピュータにてシミュレーションプログラムを実行することにより、伝送線路２３、２８及びスタブ２４、２９の各長さを決定した。これら決定した長さは、次の通りである。
【００２３】
入力整合回路２０の伝送線路２３の長さを５９８μｍ、スタブ２４の長さを２１２μｍに設定した。そして、出力整合回路２２の伝送線路２８の長さを９５０μｍ、スタブ２９の長さを７２μｍに設定した。
【００２４】
また、上記した構成の高周波増幅回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンオフ制御するに当たって、本実施例では、ドレインバイアスでオンオフするように構成した。即ち、ドレインバイアス端子３２をバイアス端子１７ａ、１７ｂ、１７ｃとして、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの共通接点ｃとした。これにより、各高周波増幅回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンするときは、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加し、オフするときは、ドレインバイアス端子３２に例えば０Ｖを印加するように構成した。そして、ゲートバイアス端子２７には、オン、オフいずれのときも、例えば０．２Ｖを印加するように構成した。
【００２５】
一方、図１に示すように、３個の第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力点１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、２個の接続点３３ａ、３３ｂ及び出力端子３４との間をそれぞれ接続するように設けられている。上記３個の第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、例えばコプレナー線路により構成されており、長さが等しく設定されていると共に、ほぼ平行に配置されている。この場合、各第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの長さは、例えば８６６μｍに設定されている。
【００２６】
また、２個の第２の伝送線路１４ａ、１４ｂは、２個の接続点３３ａ、３３ｂ及び出力端子３４をすべて接続するためのものであり、２個の接続点３３ａ、３３ｂ及び出力端子３４のうちの隣り合う２個の点の間を接続するように設けられている。上記２個の第２の伝送線路１４ａ、１４ｂは、例えばコプレナー線路により構成されており、長さが等しく設定されている。この場合、各第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの長さは、例えば９８０μｍに設定されている。
【００２７】
ここで、上記したように設定された第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの長さは、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さ（実際には、若干短い長さ）である。また、前記したように設定された第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの長さも、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さ（実際には、やや短い長さ）である。更に、本実施例の場合、入力する高周波信号の周波数としては、例えば５９．５〜６０ＧＨｚ程度の周波数を想定している。尚、上記各伝送線路の長さは、線路の種類や材質等の影響を受けることから、これらの条件に対応するように設定しなければならない。
【００２８】
次に、上記構成の３入力１出力スイッチ１１の各入力からの伝達利得を、ＨＥＭＴ２１の実測データと上記したように設定された伝送線路やスタブ等の長さのパラメータとを用いてコンピュータでシミュレーションすることにより解析してみた。この解析結果を図３ないし図５に示す。
【００２９】
ここで、図３は、１番目の高周波増幅器１２ａをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ｂ、１２ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図３において、実線Ａ１は高周波増幅器１２ａの伝達利得を示し、実線Ａ２は高周波増幅器１２ｂの伝達利得を示し、実線Ａ３は高周波増幅器１２ｃの伝達利得を示している。そして、実線Ａ４は、出力端子３４の反射係数を示している。
【００３０】
また、図４は、２番目の高周波増幅器１２ｂをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ａ、１２ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図４において、実線Ｂ１は高周波増幅器１２ａの伝達利得を示し、実線Ｂ２は高周波増幅器１２ｂの伝達利得を示し、実線Ｂ３は高周波増幅器１２ｃの伝達利得を示している。そして、実線Ｂ４は、出力端子３４の反射係数を示している。更に、図５は、３番目の高周波増幅器１２ｃをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図５において、実線Ｃ１は高周波増幅器１２ａの伝達利得を示し、実線Ｃ２は高周波増幅器１２ｂの伝達利得を示し、実線Ｃ３は高周波増幅器１２ｃの伝達利得を示している。そして、実線Ｃ４は、出力端子３４の反射係数を示している。
【００３１】
上記図３ないし図４から、入力された高周波信号の周波数が例えば５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子から出力端子（出力点）への伝達利得が２ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力端子から出力端子（出力点）への伝達利得が−２２ｄＢ以下になることがわかった。更に、出力端子３４の反射係数が−２４ｄＢ以下になることもわかった。即ち、上記３入力１出力スイッチ１１は、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる切替スイッチ（高速スイッチ）として有効に動作していることがわかった。
【００３２】
このような構成の本実施例によれば、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力点１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、２個の接続点３３ａ、３３ｂ及び出力端子３４との間を、長さが等しい３個の第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃで接続すると共に、２個の接続点３３ａ、３３ｂ及び出力端子３４のうちの隣り合う２個の点（端子）の間を、長さが等しい２個の第２の伝送線路１４ａ、１４ｂで接続するように構成した。この構成の場合、３入力１出力スイッチ１１を作成するに当たって、３個の長さが等しい第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃと２個の長さが等しい第２の伝送線路１４ａ、１４ｂをレイアウトするだけで済むから、図１５の構成に比べて、設計を容易に行うことができる。
【００３３】
図６は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なる点を説明する。第１の実施例においては、ドレインバイアスにより各高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンオフ制御するように構成したが、これに代えて、第２の実施例では、ゲートバイアスにより各高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンオフ制御するように構成した。そして、第２の実施例の電気的構成（電気回路の具体的構成や、伝送線路及びスタブ等の長さなど）は、第１の実施例の電気的構成と同じである。
【００３４】
ここで、第２の実施例におけるゲートバイアス制御について、具体的に説明する。各高周波増幅回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンする場合、ゲートバイアス端子２７に例えば０．２Ｖを印加すると共に、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加するように構成した。そして、各高周波増幅回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオフする場合は、ゲートバイアス端子２７に例えば０．６Ｖを印加すると共に、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加するように構成した。
【００３５】
次に、第２の実施例の３入力１出力スイッチ１１の各入力からの伝達利得を、第１の実施例と同様にしてコンピュータでシミュレーションすることにより解析した。この解析結果を図６に示す。この図６は、２番目の高周波増幅器１２ｂをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ａ、１２ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図６において、実線Ｄ１は高周波増幅器１２ａの伝達利得を示し、実線Ｄ２は高周波増幅器１２ｂの伝達利得を示し、実線Ｄ３は高周波増幅器１２ｃの伝達利得を示している。そして、実線Ｄ４は、出力端子３４の反射係数を示している。
【００３６】
尚、１番目の高周波増幅器１２ａをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ｂ、１２ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果と、３番目の高周波増幅器１２ｃをオンし、残りの２個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂをオフしたときの伝達利得の解析結果とについては、図示することを省略した。
【００３７】
上記図６によれば、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子から出力端子（出力点）への伝達利得が−２ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力端子から出力端子（出力点）への伝達利得が−１８ｄＢ以下になることがわかった。更に、出力端子３４の反射係数が−１５ｄＢ以下になることもわかった。これにより、上記第２の実施例の３入力１出力スイッチは、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる切替スイッチ（高速スイッチ）として十分有効に動作していることがわかった。
【００３８】
ここで、上記第２の実施例と前記第１の実施例とを、比較検討してみる。まず、第２の実施例の場合、図６から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約１５ｄＢであることがわかる。これに対して、第１の実施例では、図４から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約２２ｄＢであることがわかる。従って、第２の実施例においては、オンとオフの差が第１の実施例よりも５ｄＢ以上も劣化したことがわかる。
【００３９】
従って、ドレインバイアス制御の方が、ゲートバイアス制御よりもスイッチの特性を向上できることがわかった。換言すると、ドレインバイアスにより高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃをオンオフ制御する構成を用いると、入力信号の数が多くなったときに、オフ状態の増幅器がオン状態の増幅器の出力整合条件を変えてしまうことを極力防止できる。
【００４０】
尚、上記各実施例では、本発明を、３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備えた３入力１出力スイッチ１１に適用したが、これに限られるものではなく、４個以上の高周波増幅器を備えた４以上入力１出力スイッチに適用しても良い。
【００４１】
また、上記各実施例では、第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの長さを等しくすると共に、第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの長さを等しくするように構成したが、これに代えて、第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各長さを異ならせたり、第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの各長さを異ならせたりするように構成しても良い。この構成の場合、第１の伝送線路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各長さを異ならせるに際しては、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さになるような条件で、長さを異ならせることが好ましい構成である。同様にして、第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの各長さを異ならせるに際しても、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さになるような条件で、長さを異ならせることが好ましい構成である。
【００４２】
図７ないし図１０は本発明の第３の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。この第３の実施例は、本発明を１入力３出力スイッチに適用した実施例である。図７に示すように、第３の実施例の１入力３出力スイッチ３５は、３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃと、３個の第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、２個の第２の伝送線路３８ａ、３８ｂとを備えて構成されている。
【００４３】
上記３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、入力信号を入力する入力点（入力端子）３９ａ、３９ｂ、３９ｃと、出力信号を出力する出力端子４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、バイアス端子４１ａ、４１ｂ、４１ｃとを有している。
【００４４】
そして、３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃのバイアス端子４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの共通接点ｃとなっている。この場合、各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの接点（ｃ−ａ）間オンのときオフ状態となり、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの接点（ｃ−ｂ）間オンのときオン状態となるように構成されている。即ち、各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、バイアス条件を変えることによりオンオフするように構成されている。
【００４５】
そして、上記３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃの具体的構成は、第１の実施例の３個の高周波増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃとほぼ同じである。即ち、各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、入力整合回路２０と、ＨＥＭＴ２１と、出力整合回路２２とから構成されている（図２参照）。但し、第２の実施例では、入力整合回路２０の伝送線路２３の長さを６７７μｍ、スタブ２４の長さを３６μｍに設定し、そして、出力整合回路２２の伝送線路２８の長さを９０３μｍ、スタブ２９の長さを７５μｍに設定している。
【００４６】
また、上記高周波増幅回路３６ａ、３６ｂ、３６ｃをオンオフ制御するに当たっては、第２の実施例においても、第１の実施例と同様にして、ドレインバイアスでオンオフするように構成した。即ち、ドレインバイアス端子３２をバイアス端子４１ａ、４１ｂ、４１ｃとして、バイアス切替スイッチ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの共通接点ｃとするように接続した。これにより、オンするときは、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加すると共に、ゲートバイアス端子２７に例えば０．２Ｖを印加するように構成した。そして、オフするときは、ドレインバイアス端子３２に例えば０Ｖを印加すると共に、ゲートバイアス端子２７に０．２Ｖを印加するように構成した。
【００４７】
さて、図７に示すように、３個の第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃの入力点３９ａ、３９ｂ、３９ｃと、入力端子４３及び２個の接続点４２ａ、４２ｂとの間をそれぞれ接続するように設けられている。上記３個の第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、例えばコプレナー線路により構成されており、長さが等しく設定されていると共に、ほぼ平行に配置されている。第２の実施例の場合、各第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの長さを、例えば０μｍに設定した。
【００４８】
尚、第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの長さは、上記０μｍに代えて、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さに設定しても良い。この場合、シミュレーションを適宜行って第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各長さを決めれば良い。
【００４９】
また、２個の第２の伝送線路３８ａ、３８ｂは、入力端子４３及び２個の接続点４２ａ、４２ｂをすべて接続するためのものであり、入力端子４３及び２個の接続点４２ａ、４２ｂのうちの隣り合う２個の点（端子）の間を接続するように設けられている。即ち、一方の第２の伝送線路３８ａにより入力端子４３と接続点４２ａとの間が接続され、他方の第２の伝送線路３８ｂにより接続点４２ａと接続点４２ｂとの間が接続されている。
【００５０】
上記２個の第２の伝送線路３８ａ、３８ｂは、例えばコプレナー線路により構成されており、長さが等しく設定されている。第２の実施例の場合、各第２の伝送線路３８ａ、３８ｂの長さを、例えば９８０μｍに設定した。尚、第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの長さは、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さ（実際には、若干短い長さ）であり、上記９８０μｍに限られるものではない。そして、第２の伝送線路１４ａ、１４ｂの各長さも、シミュレーションを適宜行って決めれば良い。
【００５１】
また、第２の実施例の場合も、入力する高周波信号の周波数としては、例えば５９．５〜６０ＧＨｚ程度の周波数を想定している。更に、上記各伝送線路の長さは、線路の種類や材質等の影響を受けることから、これらの条件に対応するように設定することが好ましい。
【００５２】
次に、上記構成の１入力３出力スイッチ３５の各出力端子への伝達利得を、ＨＥＭＴ２１の実測データと上記したように設定された伝送線路やスタブ等の長さのパラメータとを用いてコンピュータでシミュレーションすることにより解析してみた。この解析結果を図８ないし図１０に示す。
【００５３】
ここで、図８は、１番目の高周波増幅器３６ａをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ｂ、３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図８において、実線Ｅ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｅ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｅ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００５４】
また、図９は、２番目の高周波増幅器３６ｂをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ａ、３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図９において、実線Ｆ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｆ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｆ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。更に、図１０は、３番目の高周波増幅器３６ｃをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図１０において、実線Ｇ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｇ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｇ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００５５】
上記図８ないし図１０から、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子（入力点）から出力端子への伝達利得が１ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力端子から出力端子への伝達利得が−２１ｄＢ以下になることがわかった。即ち、上記１入力３出力スイッチ３５は、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる切替スイッチ（高速スイッチ）として有効に動作していることがわかった。
【００５６】
尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、第３の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【００５７】
図１１は本発明の第４の実施例を示すものであり、第３の実施例と異なるところを説明する。第３の実施例においては、ドレインバイアスにより各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃをオンオフ制御するように構成したが、これに代えて、第４の実施例では、ゲートバイアスにより各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃをオンオフ制御するように構成した。そして、第４の実施例の電気的構成（電気回路の具体的構成）は、第３の実施例の電気的構成とほぼ同じであるが、伝送線路やスタブの長さについては、次の通り変更した。
【００５８】
まず、各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃの入力整合回路２０の伝送線路２３の長さを例えば８０１μｍ、スタブ２４の長さを例えば８６５μｍに設定した。そして、各高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃの出力整合回路２２の伝送線路２８の長さを例えば９２８μｍ、スタブ２９の長さを例えば５１μｍに設定した。また、第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの長さを、例えば１４６μｍに設定し、第２の伝送線路３８ａ、３８ｂの長さを、例えば９８０μｍに設定した。
【００５９】
ここで、第４の実施例におけるゲートバイアス制御について、具体的に説明する。各高周波増幅回路３６ａ、３６ｂ、３６ｃをオンする場合、ゲートバイアス端子２７に例えば０．２Ｖを印加すると共に、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加するように構成した。そして、各高周波増幅回路３６ａ、３６ｂ、３６ｃをオフする場合は、ゲートバイアス端子２７に例えば０．６Ｖを印加すると共に、ドレインバイアス端子３２に例えば２．０Ｖを印加するように構成した。
【００６０】
そして、第４の実施例の１入力３出力スイッチ３５の各出力端子への伝達利得を、第３の実施例と同様にして、コンピュータでシミュレーションすることにより解析した。この解析結果を図１１に示す。この図１１は、２番目の高周波増幅器３６ｂをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ａ、３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。この図１１において、実線Ｈ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｈ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｈ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００６１】
尚、１番目の高周波増幅器３６ａをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ｂ、３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果と、３番目の高周波増幅器３６ｃをオンし、残りの２個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂをオフしたときの伝達利得の解析結果とについては、図示することを省略した。
【００６２】
上記図１１によれば、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力点（入力端子）から出力端子への伝達利得が−１ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力点から出力端子への伝達利得が−１５ｄＢ以下になることがわかった。これにより、上記第４の実施例の１入力３出力スイッチは、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる切替スイッチ（高速スイッチ）として十分有効に動作することがわかった。
【００６３】
ここで、上記第４の実施例と前記第３の実施例とを、比較検討してみる。まず、第４の実施例の場合、図１１から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約１５ｄＢであることがわかる。これに対して、第３の実施例では、図９から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約２２ｄＢであることがわかる。従って、第４の実施例においては、オンとオフの差が第３の実施例よりも５ｄＢ以上も劣化したことがわかる。従って、１入力３出力スイッチ３５の場合も、ドレインバイアス制御の方が、ゲートバイアス制御よりもスイッチの特性を向上できることがわかった。
【００６４】
尚、上記第３または第４の実施例では、本発明を、３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃを備えた１入力３出力スイッチ３５に適用したが、これに限られるものではなく、４個以上の高周波増幅器を備えた１入力４以上出力スイッチに適用しても良い。
【００６５】
また、上記第３または第４の実施例では、第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの長さを等しくすると共に、第２の伝送線路３８ａ、３８ｂの長さを等しくするように構成したが、これに代えて、第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各長さを異ならせたり、第２の伝送線路３８ａ、３８ｂの各長さを異ならせたりするように構成しても良い。
【００６６】
この構成の場合、第１の伝送線路３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各長さを異ならせるに際しては、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さになるような条件で、長さを異ならせることが好ましい構成である。同様にして、第２の伝送線路３８ａ、３８ｂの各長さを異ならせるに際しても、線路内波長の１／２の長さ（半波長）、または、その長さ（半波長）の整数倍の長さにほぼ等しい長さになるような条件で、長さを異ならせることが好ましい構成である。
【００６７】
図１２及び図１３は本発明の第５の実施例を示すものであり、第３の実施例と異なるところを説明する。この第５の実施例は、第３の実施例（ドレインバイアス制御を行う実施例）の１入力３出力スイッチ３５を、１つの入力で２つの出力または３つの出力を出力する分配器として使用した実施例である。尚、第５の実施例の電気的構成（電気回路の具体的構成や、伝送線路及びスタブ等の長さなど）は、第３の実施例の電気的構成と同じである。
【００６８】
まず、１入力３出力スイッチ３５を、１つの入力で２つの出力を出力する分配器として使用した場合の各出力端子への伝達利得を、コンピュータでシミュレーションすることにより解析してみた。この解析結果を図１２に示す。この図１２は、１番目の高周波増幅器３６ａと２番目の高周波増幅器３６ｂをオンし、３番目の高周波増幅器３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。図１２において、実線Ｉ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｉ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｉ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００６９】
上記図１２から、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子（入力点）から出力端子への伝達利得が０ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力端子から出力端子への伝達利得が−２１ｄＢ以下になることがわかった。これにより、上記第５の実施例の１入力３出力スイッチ３５は、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる分配器（２出力の分配器）として十分有効に動作することがわかった。
【００７０】
次に、１入力３出力スイッチ３５を、１つの入力で３つの出力を出力する分配器として使用した場合の各出力端子への伝達利得を、コンピュータでシミュレーションすることにより解析してみた。この解析結果を図１３に示す。この図１３は、３個の高周波増幅器３６ａ、３６ｂ、３６ｃをすべてオンしたときの伝達利得の解析結果である。図１３において、実線Ｊ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｊ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｊ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００７１】
上記図１３から、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子（入力点）から出力端子への伝達利得が−０．５ｄＢ以上になることがわかった。従って、第５の実施例の１入力３出力スイッチ３５を、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる分配器（３出力の分配器）として十分有効に使用可能であることを確認できた。
【００７２】
図１４は本発明の第６の実施例を示すものであり、第４の実施例と異なるところを説明する。この第６の実施例は、第４の実施例（ゲートバイアス制御を行う実施例）の１入力３出力スイッチ３５を、１つの入力で２つの出力または３つの出力を出力する分配器として使用した実施例である。尚、第６の実施例の電気的構成（電気回路の具体的構成や、伝送線路及びスタブ等の長さなど）は、第４の実施例の電気的構成と同じである。
【００７３】
この場合、１入力３出力スイッチ３５を、１つの入力で２つの出力を出力する分配器として使用した場合の各出力端子への伝達利得を、コンピュータでシミュレーションすることにより解析してみた。この解析結果を図１４に示す。この図１４は、１番目の高周波増幅器３６ａと２番目の高周波増幅器３６ｂをオンし、３番目の高周波増幅器３６ｃをオフしたときの伝達利得の解析結果である。図１４において、実線Ｋ１は高周波増幅器３６ａの伝達利得を示し、実線Ｋ２は高周波増幅器３６ｂの伝達利得を示し、実線Ｋ３は高周波増幅器３６ｃの伝達利得を示している。
【００７４】
上記図１４から、入力された高周波信号の周波数が５９．５〜６０ＧＨｚである場合、各高周波増幅器がオンされたときの入力端子（入力点）から出力端子への伝達利得が−２ｄＢ以上になることがわかった。また、各高周波増幅器がオフされたときの入力端子から出力端子への伝達利得が−１５ｄＢ以下になることがわかった。
【００７５】
従って、第６の実施例（ゲートバイアス制御を行う実施例）の１入力３出力スイッチ３５を、マイクロ波やミリ波等の高周波回路に用いる分配器（２出力分配器）として有効に使用可能であることを確認できた。
【００７６】
ここで、上記第６の実施例と前記第５の実施例とを、比較検討してみる。まず、第６の実施例の場合、図１４から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約１３ｄＢであることがわかる。これに対して、第５の実施例では、図１２から、周波数が６０ＧＨｚのときのオンとオフの差が約２２ｄＢであることがわかる。従って、第６の実施例においては、オンとオフの差が第５の実施例よりも５ｄＢ以上も劣化したことがわかる。従って、１入力３出力スイッチ３５を利用した分配器の場合も、ドレインバイアス制御の方が、ゲートバイアス制御よりもスイッチの特性を向上できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す３入力１出力スイッチの電気回路図
【図２】高周波増幅器の電気回路図
【図３】１番目の高周波増幅器をオンしたときの３入力１出力スイッチの伝達利得と反射係数を示す特性図
【図４】２番目の高周波増幅器をオンしたときの３入力１出力スイッチの伝達利得と反射係数を示す特性図
【図５】３番目の高周波増幅器をオンしたときの３入力１出力スイッチの伝達利得と反射係数を示す特性図
【図６】本発明の第２の実施例を示す図４相当図
【図７】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【図８】図３相当図
【図９】図４相当図
【図１０】図５相当図
【図１１】本発明の第４の実施例を示す図９相当図
【図１２】本発明の第５の実施例を示すものであり、１番目の高周波増幅器と２番目の高周波増幅器をオンしたときの１入力３出力スイッチ（分配器）の伝達利得と反射係数を示す特性図
【図１３】３個の高周波増幅器をオンしたときの１入力３出力スイッチ（分配器）の伝達利得と反射係数を示す特性図
【図１４】本発明の第６の実施例を示す図１３相当図
【図１５】従来構成を示す図１相当図
【符号の説明】
１１は３入力１出力スイッチ（伝送線路スイッチ）、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは高周波増幅器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃは第１の伝送線路、１４ａ、１４ｂは第２の伝送線路、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは入力端子、１６ａ、１６ｂ、１６ｃは出力点、１７ａ、１７ｂ、１７ｃはバイアス端子、１８ａ、１８ｂ、１８ｃはバイアス切替スイッチ、２０は入力整合回路、２１はＨＥＭＴ、２２は出力整合回路、２３は伝送線路、２４はスタブ、２５はコンデンサ、２６はコンデンサ、２７はゲートバイアス端子、２８は伝送線路、２９はスタブ、３０はコンデンサ、３１はコンデンサ、３２はドレインバイアス端子、３３ａ、３３ｂは接続点、３４は出力端子、３５は１入力３出力スイッチ（伝送線路スイッチ）、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは高周波増幅器、３７ａ、３７ｂ、３７ｃは第１の伝送線路、３８ａ、３８ｂは第２の伝送線路、３９ａ、３９ｂ、３９ｃは入力点、４０ａ、４０ｂ、４０ｃは出力端子、４１ａ、４１ｂ、４１ｃはバイアス端子、４２ａ、４２ｂは接続点、４３は入力端子を示す。

Claims (6)

1. 入力信号を入力する入力端子を有し、バイアス条件を変えることによりオンオフするｎ（ｎは３以上の整数）個の高周波増幅器と、
   前記ｎ個の高周波増幅器の出力点と、（ｎ−１）個の接続点及び出力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路と、
   前記（ｎ−１）個の接続点及び前記出力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路とを備え、
   前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、
   前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定したことを特徴とする伝送線路スイッチ。
2. 入力信号を入力する入力端子を有し、バイアス条件を変えることによりオンオフするｎ（ｎは３以上の整数）個の高周波増幅器と、
   前記ｎ個の高周波増幅器の出力点と、（ｎ−１）個の接続点及び出力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路と、
   前記（ｎ−１）個の接続点及び前記出力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路とを備え、
   前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、長さが異なるものも存在し、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、
   前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、長さが異なるものも存在し、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定したことを特徴とする伝送線路スイッチ。
3. 前記高周波増幅器を、ドレインバイアスによりオンオフするように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の伝送線路スイッチ。
4. 出力信号を出力する出力端子を有し、バイアス条件を変えることによりオンオフするｎ（ｎは３以上の整数）個の高周波増幅器と、
   前記ｎ個の高周波増幅器の入力点と、（ｎ−１）個の接続点及び入力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路と、
   前記（ｎ−１）個の接続点及び前記入力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路とを備え、
   前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、
   前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、等しくし、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定したことを特徴とする伝送線路スイッチ。
5. 出力信号を出力する出力端子を有し、バイアス条件を変えることによりオンオフするｎ（ｎは３以上の整数）個の高周波増幅器と、
   前記ｎ個の高周波増幅器の入力点と、（ｎ−１）個の接続点及び入力端子との間を接続するｎ個の第１の伝送線路と、
   前記（ｎ−１）個の接続点及び前記入力端子のうちの隣り合う２個の点の間を接続する（ｎ−１）個の第２の伝送線路とを備え、
   前記ｎ個の第１の伝送線路の長さを、長さが異なるものも存在し、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定し、
   前記（ｎ−１）個の第２の伝送線路の長さを、長さが異なるものも存在し、且つ、線路内波長の１／２の長さまたはその長さの整数倍の長さにほぼ等しくするように設定したことを特徴とする伝送線路スイッチ。
6. 前記高周波増幅器を、ドレインバイアスによりオンオフするように構成したことを特徴とする請求項４または５記載の伝送線路スイッチ。

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