專利名稱：天線開關電路以及使用它的復合高頻部件及移動通信設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及天線開關電路以及使用它的復合高頻部件及移動通信設備。
背景技術：
在便攜電話的通信系統中，采用在歐洲主要使用的GSM(Global System fbrMobile Communication全球移動通信系統)方式、DCS(Digital Cellular System數字蜂窩系統)方式、在北美主要使用的PCS(Personal Communication Service個人通信業務)方式等各種方式。
為了在世界上各種地區使用便攜電話機，需要攜帶必要數量的對應于各種方式的便攜電話機，或者攜帶對應于多種通信系統的1臺多頻帶機。在后一種場合，為了能夠在1臺中利用多種通信系統，可以使用每種通信系統的部件構成便攜電話機。但是，因為便攜電話機的體積、重量與通信系統數成比例地同步增加，這樣的便攜電話機不適于攜帶使用。因此，需要應對多種系統的小型輕量的高頻部件。
圖4是表示在GaAs基板上構成的便攜電話機的天線開關電路的一例的圖。如圖4所示，該天線開關電路具有SPDT(Single pole Dual Throw)結構，用于切換天線ANT和高頻信號輸入輸出端子T1之間的信號路徑和天線ANT和高頻信號輸入輸出端子T2之間的信號路徑這兩個信號路徑。為此，該天線開關電路由直通(through)側場效應晶體管(Field Effect Transistor)QT1、QT2、分流(shunt)側場效應晶體管QS1、QS2、分流電容器(shunt condenser)CS1、CS2構成。直通側場效應晶體管QT1、QT2和分流側場效應晶體管QS1、QS2根據施加在控制端子CT1、CT3、CT2、CT4上的控制信號控制導通與截止。
分流側場效應晶體管QS1、QS2確保隔離而配置。
圖5更詳細地表示用圖4的虛線圍起來的部分。天線開關電路在圖5中由直通側場效應晶體管QT1、分流側場效應晶體管QS1、和分流電容器CS1構成。直通側場效應晶體管QT1和分流側場效應晶體管QS1在圖4中，分別作為一個場效應晶體管加以畫出的，但是，實際上它們分別采用由多個場效應晶體管組成的串聯連接電路構成。
例如，當從天線ANT到高頻信號輸入輸出端子T1的信號路徑導通時，在控制端子CT1上通過控制電路(未圖示)施加受控的H電平的電壓(例如Vctrl＝3V)。由此，直通側場效應晶體管QT1導通。
另一方面，分流側場效應晶體管QS1進行和直通側場效應晶體管QT1相反的動作。例如，當從天線ANT到高頻信號輸入輸出端子T1的信號路徑導通時，在控制端子CT2上通過控制電路施加受控的L電平的電壓(例如Vctrl＝0V)。由此，分流側場效應晶體管QS1截止。
當從天線ANT到高頻信號輸入輸出端子T1的信號路徑被切斷時，從控制電路向控制端子CT1施加L電平的電壓，向控制端子CT2施加H電平的電壓，由此，從天線ANT到高頻信號輸入輸出端子T1的信號路徑的隔離特性得到提高。
這樣，通過切換向控制端子CT1、CT2的施加電壓，從而切換直通側場效應晶體管QT1以及分流側場效應晶體管QS1的導通和截止，由此進行信號路徑的切換。
場效應晶體管QT2以及場效應晶體管QS2也和上述同樣。
圖10表示在現有技術中高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通狀態時的高頻信號輸入輸出端子T1和高頻信號輸入輸出端子T2之間的隔離特性。
專利文獻1特開平09-181588號公報為確保隔離，分流電容器需要高頻下的低阻抗。為此，希望分流電容器具有至少5pF或以上的電容。另外，為對應上述那樣的多頻帶化，需要有路徑數量那么多的分流電容器，在路徑數增加的同時，分流電容器在基板上占據的面積增大。例如在對應雙頻帶的SP4T(Single Pole 4 throw單刀4擲)結構的天線開關電路的場合，需要4個分流電容器。另外，在對應三頻帶的SP5T(SinglePole 5 throw單刀5擲)結構的天線開關電路的場合，需要5個分流電容器。因此，這樣的結構妨礙便攜電話機的小型化。

發明內容
本發明的目的是提供一種小型輕量的天線開關電路，其用于今后發展的便攜電話機更加多頻帶化時亦可實現小型輕量的便攜電話機。
再有，本發明的另一目的是確保多頻帶化時成為難點的隔離，并提供高性能的天線開關電路。
為解決上述課題，第一發明的天線開關電路具有第1～第n(n是大于等于2的正整數)高頻信號輸入輸出端子、天線、分別連接在第1～第n高頻信號輸入輸出端子和天線之間的第1～第n直通側場效應晶體管、一端分別和第1～第n高頻信號輸入輸出端子連接的第1～第n分流側場效應晶體管、以及一端和第1～第n分流側場效應晶體管的另一端共同連接而另一端對地連接的分流電容器和電感器組成的串聯諧振電路。
根據這樣的結構，第1～第n分流側場效應晶體管的另一端之間彼此共同連接，進而通過由分流電容器以及電感器組成的串聯諧振電路接地。由此，可以減少分流電容器的個數，并能夠實現小型輕量化，因此，可以實現便攜電話機的小型輕量化。
再有，因為用分流電容器以及電感器構成串聯諧振電路，所以通過諧振可以使分流側場效應晶體管和地之間的阻抗充分變小。由此，可以提高隔離特性。
在上述第一發明的天線開關電路中，優選把串聯諧振電路的諧振頻率設定在從第1～第n高頻信號輸入輸出端子的任意一個或者從天線輸入的高頻信號的頻率的±25％以內。
在上述本發明的天線開關電路中，電感器例如采用連接分流電容器和地之間的接合線構成。
作為其他的實施例，電感器由一端連接在分流電容器的接合線、以及連接接合線的另一端和地之間的布線構成。
也可以任意替換上述分流電容器、接合線以及布線的連接順序。
另外，在上述第一發明的天線開關電路中，優選并聯設置多個，例如兩個串聯諧振電路。
另外，分流電容器例如在GaAs基板上形成。
另外，布線例如在GaAs基板上形成。
另外，分流電容器也可以例如在疊層基板的內部形成。
另外，布線也可以例如在疊層基板的表層或內部形成。
另外，分流電容器也可以例如由芯片部件構成。
另外，也可以代替第1～第n直通側場效應晶體管而使用第1～第n的多個直通側場效應晶體管的串聯連接電路，代替第1～第n分流側場效應晶體管而使用第1～第n的多個分流側場效應晶體管的串聯連接電路，并且優選后者。
第二發明的復合高頻部件，使用上述任意的天線開關電路構成。
第三發明的移動通信設備，使用上述任意的天線開關電路構成。
第四發明的移動通信設備，使用上述復合高頻部件構成。
關于上述第2～第4發明，因為使用上述天線開關電路，所以可以得到和上述天線開關電路同樣的作用效果。
如上所述，根據本發明，由于在便攜電話機多頻帶化時，也提供小型輕量的天線開關電路，所以有助于實現小型輕量的對應于多頻帶的便攜電話機。再有，通過在分流電路上設置串聯諧振電路，可以實現比現有技術更高的隔離特性。另外，通過并聯設置多個，例如兩個串聯諧振電路，可以采用更寬的頻帶實現較高的隔離特性，有助于設備的小型化和高性能化。


圖1是表示根據本發明第一實施例的SPDT結構的天線開關電路的電路圖。
圖2是表示根據本發明第二實施例的SPDT結構的天線開關電路的電路圖。
圖3是表示根據本發明的第三實施例的SPDT結構的天線開關電路的電路圖。
圖4是表示現有技術的SPDT結構的天線開關電路的電路圖。
圖5是詳細表示圖4中用虛線圍起來的部分的電路圖。
圖6是表示使分流電容器通用化后的天線開關電路的等效電路圖。
圖7是表示本發明第一實施例的天線開關電路中的隔離特性的特性圖。
圖8是表示本發明第二實施例的天線開關電路中的隔離特性的特性圖。
圖9是表示本發明第三實施例的天線開關電路中的隔離特性的特性圖。
圖10是表示現有技術的天線開關電路中的隔離特性的特性圖。
具體實施例方式
下面使用附圖詳細說明涉及本發明的小型輕量的天線開關電路的實施例。
(第一實施例)
圖6表示使分流電容器通用化后的天線開關電路的等效電路圖。在圖6中，分流側場效應晶體管QS1和QS2連接在同一個分流電容器CS1的上部電極，亦即一端。分流電容器CS1的下部電極，即另一端接地。
但是，取現有技術的分流電容器CS1的電容為C、本實施例的分流電容器CS1的電容為C’，設C＝C’，則從高頻信號輸入輸出端子T1輸入的信號通過共同的分流電容器CS1的上部電極向高頻信號輸入輸出端子T2泄漏，隔離特性和現有技術相比變差。為此，需要把分流電容器CS1的接地側變為更低的阻抗。
圖1是表示涉及本發明的便攜電話機的天線開關電路的第一實施例的結構的電路圖。在圖1中，分流側場效應晶體管QS1以及QS2連接在同一個分流電容器CS1的上部電極，通過分流電容器CS1和接合線WB1接地。因為接合線WB1被視為等效的電感器，所以分流電容器CS1和接合線WB1構成串聯諧振電路。
在該實施例的天線開關電路中，至少直通側場效應晶體管QT1以及QT2和分流側場效應晶體管QS1以及QS2在GaAs基板上形成。分流電容器CS1可以在GaAs基板上形成，也可以在疊層基板(LTCCLow Temperature Co-firedCeramics)的內部形成，再有也可以作為外接芯片部件形成。直通側場效應晶體管QT1以及QT2和圖4的現有技術相同。另外，直通側場效應晶體管QT1以及QT2和分流側場效應晶體管QS1以及QS2的開關動作，因為和圖4的現有技術相同，所以省略說明。
適當選擇分流電容器CS1和接合線WB1的值，并進行設定以便對輸入到高頻信號輸入輸出端子T1的信號的頻率具有衰減量，由此可以提高隔離特性。例如，設從高頻信號輸入輸出端子T1輸入的信號的頻率為f1，對高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通的狀態進行說明。在高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通狀態時，直通側場效應晶體管QT1和分流側場效應晶體管QS2處于導通狀態，直通側場效應晶體管QT2和分流側場效應晶體管QS1處于截止狀態。
從高頻信號輸入輸出端子T1輸入的頻率為f1的信號從天線ANT輸出。另一方面，直通側場效應晶體管QT2處于截止狀態，但是由于寄生電容等的影響會發生一些信號的泄漏。為把這一泄漏泄放到地上，分流側場效應晶體管QS2處于導通狀態。此時，通過取由分流電容器CS1和接合線WB1構成的串聯諧振電路的諧振頻率為f1，從而提高高頻信號輸入輸出端子T1和高頻信號輸入輸出端子T2之間的隔離特性。
接著，說明串聯諧振頻率。設分流電容器CS1的電容為C、接合線WB1的電感成分為L，則諧振頻率f1用下式表示。
f1＝1/{2π(LC)1/2} (1)滿足該條件時，串聯諧振電路在串聯諧振頻率下成為極低的阻抗。例如，設f1＝3GHz，則有L＝1nH、C＝2.8pF。這樣，通過適當選擇電感成分L、電容C的值，可以提高對于任意頻率的隔離。電感成分L和電容C的值是任意的。但是，如果電容C的取值較大，則芯片面積增大，不適合小型化。因此，在該例中設定為小于等于5pF。
另一方面，因為接合線WB1的電感成分一般為0.5nH～1.5nH左右，所以在這里取1nH。串聯諧振電路的分流電容器CS1和成為電感的接合線WB1的連接順序是任意的，哪種順序都表示同樣的特性。因此，例如在GaAs基板上除了場效應晶體管QT1、QT2、QS1、QS2之外，還形成分流電容器時，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由分流電容器CS1和接合線WB1接地。另一方面，當分流電容器CS1在疊層基板(LTCCLow Temperature Co-firedCeramics)內部形成或者作為外接部件形成時，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由接合線WB1、分流電容器CS1接地。
根據該實施例，可以僅用1個分流電容器CS1構成現有技術中由兩個分流電容器CS1、CS2構成的圖4所示的SPDT結構的開關，有助于便攜電話機的小型化。再有，通過采用串聯諧振電路結構，可以實現高隔離特性。
圖7表示出本實施例中在高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通狀態時的高頻信號輸入輸出端子T1和高頻信號輸入輸出端子T2之間的隔離特性。
(第二實施例)圖2是表示涉及本發明的天線開關電路的第二實施例的結構的電路圖。在圖2中，分流側場效應晶體管QS1以及QS2連接在同一個分流電容器CS1的上部電極上，通過分流電容器CS1和接合線WB1以及布線WL1接地。因為接合線WB1以及布線WL1被等效地視為電感器，所以分流電容器CS1和接合線WB1和布線WL1構成串聯諧振電路。
在該實施例的天線開關電路中，在GaAs基板上至少形成分流側場效應晶體管QS1以及QS2和直通側場效應晶體管QT1以及QT2。分流電容器CS1可以在GaAs基板上形成，也可以在疊層基板(LTCCLow Temperature Co-firedCeramics)的內部形成，再有也可以作為外接芯片部件形成。布線WL1既可以形成在GaAs基板上，也可以形成在疊層基板上。直通側場效應晶體管QT1以及QT2和圖4的現有技術相同。另外，關于直通側場效應晶體管QT1以及QT2和分流側場效應晶體管QS1以及QS2的開關動作，因為和圖4的現有技術相同，所以省略說明。
在第一實施例所示的結構中，為了進行設定以便在比較低的頻率例如2GHz下具有衰減極限，即使由接合線WB1產生的電感L為1.5nH，電容C也必須為4.2pF。為此，分流電容器CS1的大小變成和現有技術(5pF)大體相等。
為了即使對于更低的頻率也不使面積增大而提高隔離特性，在本第二實施例中，除了接合線WB1的電感成分之外，還使用由布線WL1產生的電感成分。
在該結構中，為提高2GHz的隔離特性，如果取分流電容器CS1的電容C為3pF，則接合線WB1的電感成分和布線WL1的電感成分的和需要2.1nH。
如上所述，接合線WB1的電感成分一般為0.5nH～1.5nH左右。因此，利用能夠以比電容器小的面積構成的布線WL1的電感成分來補充不足的電感成分1.6nH～0.6nH。通過上述結構，可以實現2GHz的衰減極限。
這樣，通過用布線WL1的電感成分來補充接合線WB1的電感成分的不足數量，從而可以對于希望的頻率設定衰減極限。
在串聯諧振電路中，分流電容器、構成電感器的接合線、以及構成電感器的布線的連接順序是任意的，哪一種情形都表示同樣的特性。因此，例如在GaAs基板上只形成分流電容器CS1時，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由分流電容器CS1、接合線WB1、繼而經由在LTCC的表層或內部形成的布線WL1接地。另外，在GaAs基板上，除了場效應晶體管QT1、QT2、QS1、QS2之外，還形成分流電容器CS1以及布線WL1時，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由分流電容器CS1、布線WL1、接合線WB1接地。
另外，當在GaAs基板上除了場效應晶體管QT1、QT2、QS1、QS2之外，只形成布線WL1時，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由布線WL1、接合線WB1、形成在LTCC內部的分流電容器CS1接地。
另外，當在GaAs基板上除了場效應晶體管QT1、QT2、QS1、QS2之外，什么都不形成的場合，分流側場效應晶體管QS1、QS2順次經由接合線WB1、在LTCC的表層或內部形成的布線WL1、在LTCC內部形成的分流電容器CS1接地。或者順次經由接合線WB1、在LTCC內部形成的分流電容器CS1、在LTCC的表層或內部形成的布線WL1接地。在GaAs基板上不形成分流電容器CS1的場合，即使用芯片部件構成分流電容器CS1也同樣。
根據本實施例，可以用1個分流電容器CS1實現在現有技術中用兩個分流電容器CS1、CS2構成的圖4所示的SPDT結構的開關，有助于便攜電話機的小型化。進而，通過采用使用了布線WL1的電感器的串聯諧振電路結構，可以在更低頻率下實現較高的隔離特性。
在圖8的本實施例中，表示高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通狀態時的高頻信號輸入輸出端子T1和高頻信號輸入輸出端子T2之間的隔離特性。
(第三實施例)圖3是表示涉及本發明的天線開關電路的第三實施例的結構的電路圖。該實施例中，并聯設置兩個在第一、第二實施例中已說明的串聯諧振電路。亦即，分流側場效應晶體管QS1、QS2通過兩個并聯的串聯諧振電路SR1、SR2接地。上述兩個串聯諧振電路SR1、SR2的衰減極限共同設定為2GHz。
通過將這兩個串聯諧振電路SR1、SR2的常數設定為相同的值，可以確保寬頻帶的隔離。由此，例如可以利用GSM頻帶(900MHz)、PCS頻帶(1900MHz)或者DCS頻帶(1800MHz)的雙頻率實現高隔離特性。亦即，通過并聯設置具有同樣衰減極限的兩個串聯諧振電路SR1、SR2，可以擴寬極限的頻帶，確保寬頻帶的隔離。
此外，并聯設置3個或3個以上的串聯諧振電路時，可以在更寬頻帶上確保高隔離。其代價為串聯諧振電路所占的面積變大。兼顧必要的隔離值，來確定串聯諧振電路的數目。
另外，如公式(1)所示，隨著頻率變低，電感成分L、電容C的值變大，不能忽視電感L、電容C在基板上所占的面積，并且妨礙小型化。但是，通過使用兩個串聯諧振電路SR1、SR2，可以在寬頻帶中確保隔離。因此，即使把衰減極限的中心設定為比希望的頻率高的頻率，也可以提高在希望的頻率下的隔離特性。
通過該實施例，可以用兩個分流電容器實現在現有技術中由n個分流電容器構成的SPnT結構的開關，有助于便攜電話機的小型化。進而，通過構成兩個串聯諧振電路，可以在更寬的頻帶上實現高隔離特性。
在圖9的本實施例中，表示高頻信號輸入輸出端子T1和天線ANT之間的信號路徑處于導通狀態時的高頻信號輸入輸出端子T1和高頻信號輸入輸出端子T2之間的隔離特性。
此外，在表示上述本發明的第一～第三實施例的隔離特性的圖7～圖9中，通過串聯諧振電路構成的衰減極限，在希望頻率的25％左右的寬度中可以確保30dB。亦即，如果能夠在距希望的頻率的中心±25％的范圍內構成衰減極限，則可以確保充分的隔離。此外，所謂希望的頻率，是指在本天線開關電路中成為路徑切換對象的高頻信號的頻率，是從第一或者第二高頻信號輸入輸出端子T1、T2或者天線ANT輸入的高頻信號的頻率。
因此，可以實現即使由于制造偏差成品率也不會降低的具有高隔離特性的天線開關電路。
另外，在本發明的第一～第三實施例中表示了SPDT結構的天線開關電路，但是即使輸入輸出端子數是任意的SPnT結構的天線開關電路。也可同樣適用本發明，并且隨著路徑數增加，電容器所占面積的降低效果越大。另外，即使在各直通側場效應晶體管QT1以及直通側場效應晶體管QT2分別用多個場效應晶體管的串聯連接電路構成、各分流側場效應晶體管QS1以及分流側場效應晶體管QS2分別由多個場效應晶體管的串聯連接電路構成的場合，也可以得到同樣的效果。
另外，使用上述各實施例的天線開關電路構成的復合高頻部件可以得到和上述天線開關電路同樣的作用效果。另外，使用了上述天線開關電路或者上述復合高頻部件的移動通信設備也可以得到和上述天線開關電路同樣的作用效果。
涉及本發明的天線開關電路，具有使便攜電話機的小型輕量化成為可能、并可以確保便攜電話機多頻道化時的隔離效果，作為多頻帶結構的便攜電話機的天線開關電路等十分有用。
權利要求
1.一種天線開關電路，具有第1～第n高頻信號輸入輸出端子，其中n是大于等于2的正整數；天線；分別連接在所述第1～第n高頻信號輸入輸出端子和所述天線之間的第1～第n直通側場效應晶體管；一端分別和第1～第n高頻信號輸入輸出端子連接的第1～第n分流側場效應晶體管；以及一端和所述第1～第n分流側場效應晶體管的另一端共同連接而另一端對地連接的分流電容器以及電感器組成的串聯諧振電路。
2.權利要求1所述的天線開關電路，其中，把所述串聯諧振電路的諧振頻率設定在從所述第1～第n高頻信號輸入輸出端子中任意一個或者從所述天線輸入的高頻信號頻率的±25％以內。
3.權利要求1所述的天線開關電路，其中，所述電感器由連接所述分流電容器和所述地之間的接合線構成。
4.權利要求1所述的天線開關電路，其中，所述電感器由一端連接在所述分流電容器的接合線、以及連接所述接合線的另一端與所述地之間的布線構成。
5.權利要求4所述的天線開關電路，其中，任意替換所述分流電容器和所述接合線以及所述布線的連接順序。
6.權利要求1所述的天線開關電路，其中，并聯設置有多個所述串聯諧振電路。
7.權利要求1所述的天線開關電路，其中，所述分流電容器在GaAs基板上形成。
8.權利要求4所述的天線開關電路，其中，所述布線在GaAs基板上形成。
9.權利要求1所述的天線開關電路，其中，所述分流電容器在疊層基板的內部形成。
10.權利要求4所述的天線開關電路，其中，所述布線在疊層基板的表層或內部形成。
11.權利要求1所述的天線開關電路，其中，所述分流電容器由芯片部件構成。
12.權利要求1所述的天線開關電路，其中，代替所述第1～第n直通側場效應晶體管而使用第1～第n的多個直通側場效應晶體管的串聯連接電路，代替所述第1～第n分流側場效應晶體管而使用第1～第n的多個分流側場效應晶體管的串聯連接電路。
13.一種復合高頻部件，其使用了權利要求1～12之中任意一項所述的天線開關電路。
14.一種移動通信設備，其使用了權利要求1～12之中任意一項所述的天線開關電路。
15.一種移動通信設備，其使用了權利要求13所述的復合高頻部件。
全文摘要
在第一以及第二高頻信號輸入輸出端子和天線之間分別連接第一以及第二直通側場效應晶體管，將第一以及第二分流側場效應晶體管的一端分別連接在第一以及第二高頻信號輸入輸出端子上，在第一以及第二分流側場效應晶體管的另一端和地之間連接由分流電容器和接合線組成的串聯諧振電路。
文檔編號H03K17/693GK1684366SQ20051007165
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月15日 優先權日2004年4月16日
發明者諏訪敦, 中塚忠良 申請人:松下電器產業株式會社