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« 450MHz TX PowerModule & TX/RXDiode SW 回路追加 | トップページ | USBディスプレイアダプタのはなし »

2012年9月 6日 (木)

整流用ダイオードで RFスイッチのはなし

整流用ダイオードで RFスイッチとは
前回の 450MHz RF SW のはなしでは、専用のダイオードを使ってスイッチすることを解説しましたが、2002年10月号のトラ技の記事に、色々な種類のダイオードを測定した記事がありました。WEBでも最初の2ページが読めますので、参考にしてください。
 この記事で注目したのは、2ページ目の<表8>各周波数における動作抵抗の表で、SMDのバンドスイッチ用の小型ダイオードImages_2
1SS356と、一般用整流ダイオード 1N4004 の比較です。100MHzではさすがに 1SS356の0.5Ω に対して 1N4004の2.6Ωが劣っていますが、10MHzでは 1SS356の 0.8Ωに対し 1N4004の 0.65Ωと逆にこちらが勝っています。
これはRFスイッチとして使う場合は、高周波をスイッチングするのでなく、バイアス電流を流して ON抵抗を下げて交流信号を通過させる働きなので、ダイオード自身の 寄生容量が影響しない程度の周波数だったら、整流用一般ダイオードでも問題無く使えることがわかります。
 このダイオードならば 27MHz程度のパワーアンプの切り替えに使えそうですね。逆に 1SS356では逆耐圧や通過電流容量の関係で、出力スイッチングには使えません。
 昔ハンディスキャナーラジオの設計でRF段の同調用に27MHzから 500MHzまで各周波数バンド用のコイルがシリーズに繋がっていて、ダイオードスイッチでGNDにRF的にショートして周波数を切り替えたのですが、500MHz以外のバンドではダイオードで良かったのですが、500MHz帯だけはQが上がらず感度不足で、最終的にトランジスタの コレクターエミッタ間のON動作で切り替えたのですが、そのトランジスターで色々実験して手持ちで最も感度が良かったのが 2SC945 という低周波用でした。高周波用のトランジスターよりも性能が良かったので、当時はちょっと悩みましたが、ON抵抗が小さかったのか浮遊容量が共振にマッチしたのか?...後にSMD用に基板改版設計したときにはまったく様子が変わったので、やはり実機で実験がいちばんなのでしょうかね。
 このトラ技の記事の後半ではもう1つ重要な点が実験されています。それはRFスイッチとして使った場合、OFF時のアイソレーション特性です。周波数 30MHzで 1SS356が40dB程度取れているのに対し、1N4004では 10dB程度しか取れていません。これは OFF時のダイオードの容量が大きいためで、そのため、OFF時には逆バイアスにしたり・逆バイアス時の容量に影響されない回路(送信段アンテナ切り替え部分)などに使う工夫が必要でしょう。
ソフト的には
 この記事で参考になったのはダイオードの用途によって、ハイスピードが必要なのか、ON抵抗の低さが必要なのかをよく検討する必要があるということです。高周波で使うのだから、GaAs(ガリヒ素)の高速ダイオードでなければ...という考えは、たとえばスイッチに使うような場合は必ずしもあってないということですね。もちろんRF信号を検波してレベルを見たい場合などは高速ダイオードでなければなりませんが、今はデテクターICがあるから便利ですね。

高周波でダイオードを使うBlogへのリンクも活用ください。

参考図書:整流ダイオードをRFスイッチに使うような技は書いてありませんが、高周波でダイオードを使う方法が詳しく書かれています。

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