JP2004159322A

JP2004159322A - 超小型電子機械式スイッチを用いたチューナブルマイクロ波ネットワーク

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Publication number: JP2004159322A
Application number: JP2003370194A
Authority: JP
Inventors: Los Santos Hector J De; ヘクター・ジェイ・デ・ロス・サントス
Original assignee: Hughes Electronics Corp
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-06-03
Also published as: JPH10308603A; DE69732610T2; EP0849820B1; DE69732610D1; EP0849820A3; US5808527A; EP0849820A2

Abstract

【課題】ＭＥＭスイッチを用いてＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のネットワークトポロジーを選択的に変更することにより所望の周波数応答を得るマイクロ波チューニングネットワークを提供することにある。
【解決手段】ＭＥＭスイッチ群を選択的に切り替えてネットワークトポロジーを変更することにより、モノリシックマイクロ波集積回路上のマイクロ波ネットワークの所望の周波数応答が得られる。ＭＭＩＣフィルタネットワークにおいて、キャパシタ群とインダクタ群との間に接続されたＭＥＭスイッチ群は選択的に切り替えられてネットワーク構成を変化させ所望の周波数応答を得る。ＭＭＩＣ増幅器ネットワークにおいて、ＭＥＭスイッチ群は選択的に切り替えられて増幅器を所望の周波数応答にチューニングし、高調波出力を低減する。
【選択図】図１

Description

この発明はマイクロ波ネットワークのチューニングに関し、特にモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）およびハイブリッド回路上の超小型電子機械（ＭＥＭ）スイッチを用いたフィルタおよび増幅器に関する。

一般に、フィルタは、容量性回路および誘導性回路の直列、並列あるいはそれらの組み合わせの回路網により構成される。フィルタはモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）上に実装される場合、一般に、バイナリの重み付けをした単位キャパシタを誘導性回路として使用する。バイナリの重み付けをしたキャパシタはJ.L. McCreary 他著"All-MOS Charge Redistribution Analog-to-DigitalConversion Techniques−Part I", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-10, 1975, 頁３７１―３７９に記載されている。フィルタネットワークでは周波数応答特性はその構成、キャパシタの容量値、およびインダクタのインダクタンスにより決定される。ＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のキャパシタとインダクタは通常固定されており、少なくとも１つの空胴の形状を変えるためにチューニング用のネジを用いてチューニング可能な導波管フィルタと異なり、ＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路にもとづくフィルタは一般にチューニングできない。

ＭＭＩＣの回路構成を変更するには、主に２種類の半導体スイッチ、すなわちＰＩＮダイオードと電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。マイクロ波アプリケーションのためのＰＩＮダイオードスイッチはJ.C. Hill 他著"PIN Diode Switches Handle High-Power Applications", MSN １９８９年６月、頁３６―４０に記載されている。マイクロ波ＦＥＴスイッチはM. Shifrin他著"Monolithic Control Components Handle 27 W of RF Power", Microwave Journal ,１９８９年１２月、頁１１９−１２２に記載されている。

一般に、ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチはオフのときは、絶縁性が低く、Ｃバンドを超える周波数でスイッチをオンにするとそう入損が大きい。ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチは比較的低い周波数のマイクロ波動作には適しているが、近代の人工衛星の多くは、Ｘバンド、Ｋｕバンド、およびＫａバンドのより高いマイクロ波周波数で動作する。これらのスイッチは、上記より高い周波数での性能を著しく劣化させる寄生容量および寄生インダクタンスを有し、それゆえチューニングのためにＭＭＩＣを再構成するのには使用されない。

ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチはオン／オフ切り替え動作を可能にするＰ／Ｎ接合を有した半導体装置であり、望ましくない相互変調ひずみを発生する非線形特性を示す。さらに、非線形性により、高調波成分の望ましくない出力信号も発生するので、このスイッチをインピーダンスマッチングが良好でないフィルタネットワークに使用すると、上記J.C.Hill他が記載するように高調波信号にかなりの変化を生じる。

ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチを動作させるには、バイアス電圧を与えるために電力を連続して供給する必要があり、それゆえ、たとえスイッチが定常状態、すなわちオンあるいはオフのいずれかの状態にあるときでも電力を消費する。これらのスイッチの多くは、人工衛星に搭載するマイクロ波ネットワーク用に通常必要であり、これらのスイッチを維持するために人工衛星のバッテリから流れる電力により、人工衛星の動作寿命が短くなる。

動作を最適化するため、インピーダンスを所望の値にマッチングさせるためのマイクロ波ネットワークのチューニングは、伝統的に手動チューニングで、すなわちネットワークの伝送線の電気的有効長を手動で設定することにより行っていた。手動チューニングの一例では分路スタブを用いる。分路スタブは主伝送ラインと並列に接続された終端伝送ラインセグメントである。主伝送ラインの長さは通常固定されているのに対し、この分路スタブは短絡回路あるいは開路端子を有し、その長さは調節可能である。連続的に調節可能な分路スタブを用いたインピーダンスマッチングは良く知られており、R.E. Collin 著" Foundation for Microwave Engineering", McGraw-Hill, Inc., 1966, 頁２０７−２１２に記載されている。

手動チューニングは、人工衛星の動作のように、チューニングされるマイクロ波ネットワークが手の届かないところにあるようなアプリケーションには適していない。手動チューニングは、衛星を打ち上げる前に完了し、伝送ラインの長さを調節しなければならない。それゆえ、衛星に搭載された伝送ラインの長さをさらに調節することによりマイクロ波ネットワークの性能を最適化することは実用的ではない。

適切なチューニングを得るために伝送ラインの有効な電気的長さを変えるために、ＰＩＮダイオードスイッチとおよび／またはＦＥＴスイッチが伝送ラインのセグメントと一緒に配置され、選択的にオン／オフされ、所望の電気的ライン長を得る。増幅器の非線形増幅特性により発生される高調波信号は、基本周波数の整数倍の周波数を有し、一般にはマイクロ波通信アプリケーションには望ましいものではないので、低減しなければならない。高調波信号は、増幅器の入力端および出力端の伝送ラインの有効な電気的長さをチューニングすることにより低減可能である。代表的なマイクロ波電力増幅器はS. Toyoda, "High Efficiency Single and Push-Pull Power Amplifiers", IEEE MTT-S Digest , 1993, 頁２７７−２８０に記載されている。

ＭＥＭスイッチは動作電圧により駆動される小型のスイッチング装置であり、通常半導体基板上に作られる。適切な基板として、ＭＭＩＣに使用される半導体材料として最も一般的な種類の半導体材料である、シリコン（Ｓｉ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）を含む。ＭＥＭスイッチは、ハイブリッド回路に使用される酸化アルミニウムのような誘電体材料の基板上に成形することも可能である。ＧａＡｓＭＭＩＣのためのＭＥＭスイッチはL.E. Larson 他著"Microactuatorsfor GaAs-based Microwave Integrated Circuits", IEEE Transducers '91 Conference on Solid State Sensors and Actuators, 1991, 頁７４３−７４６に記載されている。動作電圧は、スイッチが「オン」状態または「オフ」状態にあるか否かを決定する。

ＭＥＭスイッチの１つの種類は、ＭＥＭカンチレバービーム変形可能スイッチであり、回路信号路を開閉するように移動する変形可能なカンチレバービームアームを有し、上記L.E. Larson 他著に記載されている。このスイッチのサイズは小さく、一般的な寸法は、17.5ミクロン×125 ミクロンであり、ＳｉおよびＧａＡｓのような種々の材料の基板上に製造可能である。このスイッチは、静電スイッチ電極に印加される電圧信号によりオンまたはオフされる。静電スイッチ電極は半導体基板上に積層される導電層であり、ビームアームの直下に位置する。このスイッチは、電圧信号に応答してビームアームを動かすことにより開閉する。スイッチをオンにする、すなわち可動ビームアームにより回路信号路を閉じるための一般的な動作電圧範囲はおよそ７０ボルト乃至９０ボルトである。

ＭＥＭスイッチは衛星に搭載する再構成可能なマイクロ波ネットワークにはこれまで使用されていなかった。これは、接点が機械式であり、高レベルの加速および／または振動の影響で不安定になると考えられていたからである。
この発明は上述した問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ＭＥＭスイッチを用いてＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のネットワークトポロジーを選択的に変更することにより所望の周波数応答を得るマイクロ波チューニングネットワークを提供することである。

複数の誘導性ラインから構成されるネットワークにおいて、ＭＥＭスイッチはライン間に接続され、再構成可能な誘導性回路を形成する。ＭＥＭスイッチ群は、バイナリの重み付けがされた単位キャパシタのネットワークにも実装して再構成可能な容量性回路を形成することが可能である。フィルタはこれらの再構成可能な容量性回路および誘導性回路を所望のネットワーク構成に組み合わせることにより形成される。フィルタの周波数応答は容量性回路および／または誘導性回路の少なくともいくつかを選択的に切り替えて回路構成を変更することによりチューニング可能である。

その他の多くの実装方法も、ＭＥＭスイッチにもとづくチューニングネットワークに実現可能である。マイクロ波増幅器ネットワークにおいて、ＭＥＭスイッチ群を用いて入力伝送ラインおよび出力伝送ラインの有効な電気的長さを調節し、増幅器を所望の周波数応答にチューニングさせる。増幅器ネットワークは高調波を低減する所望の周波数応答にチューニング可能である。長さと場所を選択して多くの分路スタブを入出力伝送ラインに接続することにより、伝送ラインの出力インピーダンスを変え、その結果増幅器ネットワークの周波数応答が変更される。各分路スタブはＭＥＭスイッチにより伝送ラインに接続される。分路スタブのいくつかに対してＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他のＭＥＭスイッチを開くことにより、増幅器ネットワークの所望の周波数応答を得ることができる。

この発明のこれらの特徴と利点および他の特徴と利点は添付図面と共に以下の詳細な説明から当業者には明白である。

この発明は、ＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路の基板上の異なるマイクロ波コンポーネントを選択的に接続して、所望の周波数応答を出力するような目的のためにネットワークトポロジーを変更するＭＥＭスイッチ群を用いたマイクロ波チューニングネットワークを提供する。伝送ラインのインピーダンスマッチングは多数の分路スタブを所望の位置に配置し、分路スタブをＭＥＭスイッチにより伝送ラインに選択的に接続することにより得られる。マイクロ波増幅器ネットワークでは、増幅器の入出力端子に接続された伝送ラインはＭＥＭスイッチにより分路スタブに選択的に接続され増幅器が所望の周波数応答にチューニングされる。チューニング可能なマイクロ波フィルタネットワークでは、回路トポロジーは、フィルタの容量性回路および／または誘導性回路を、ＭＥＭスイッチを用いて選択的に切り替えることにより変更され所望の周波数応答が得られる。

ＭＥＭスイッチは半導体ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチに対していくつかの利点を有する。一般的なＭＥＭカンチレバービーム変形可能スイッチの「オン」抵抗および「オフ」容量は、それぞれ２オームおよび1.6 フェムトファラッドのオーダである。低い「オン」抵抗および低い「オフ」容量の結果として、そう入損は「オン」状態において約0.05dBの低さであり、絶縁性は約１８GHzの周波数のときの「オフ」状態において、３３dBのオーダである。ＭＥＭスイッチは一般に、一般的なマイクロ波ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチよりも低い「オン」抵抗および低い「オフ」容量を示す。スイッチ群を用いてネットワークの周波数応答を調整するときは、スイッチ群はできるだけ、ほぼ完全なもの、すなわち「オン」状態において、そう入損がほぼ零であり「オフ」状態においてほぼ無限の絶縁性であることが非常に好ましい。それゆえ、ＭＥＭスイッチは半導体スイッチよりも、再構成可能なマイクロ波ネットワークに適している。

ＭＥＭスイッチは、直流から高マイクロ波周波数まで、「オン」状態において低いそう入損を、「オフ」状態において高い絶縁性を示す。一般的なＭＥＭスイッチは約４５GHz までの周波数において、「オン」状態において0.5 dB未満のそう入損、および「オフ」状態において25 dB を超える絶縁性を有する。それゆえ、ＭＥＭスイッチはＸバンド、ＫｕバンドおよびＫａバンドでの動作に適している。さらに、ＭＥＭスイッチはそのビームアームの機械的動作により回路信号路を開閉する。ＭＥＭスイッチにはＰ／Ｎ接合は存在せず、それゆえ、半導体の電気的特性により非線形性が生じない。ＭＥＭスイッチにより発生される相互変調ひずみおよび高調波は非常に小さいので、大抵のアプリケーションの場合無視できる。

ＭＥＭスイッチは半導体ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチより電力消費が少なく、バイアス電圧を維持するために連続して電力を供給する必要が無い。スイッチをオンにするには動作電圧が必要になるが、この電圧はビームアームを移動させる静電荷しか供給せず、切り替えのために必要な電力はＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチに必要な連続電力よりもはるかに少ない。それゆえ、ＭＥＭスイッチは、電力消費が宇宙船の寿命に直接影響する宇宙船の応用に適している。

図１はこの発明の一実施形態を示す。チューニング可能な誘導性ラインネットワークは、シリコンあるいはＧａＡｓのような半導体材料、あるいはハイブリッド回路に使用される酸化アルミニウムのような誘電体材料の基板１３を有するマイクロ波回路１１上に、複数のスイッチ１０ａ、１０ｂ、．．．１０ｋ、望ましくはＭＥＭスイッチにより接続された複数の誘導性ライン６ａ、６ｂ、８ａ、・・・８ｄを有する。ＭＥＭスイッチ群の少なくともいくつかを選択的にスイッチングすることにより誘導性ラインネットワーク全体のインダクタンス値を変え、それにより周波数応答を変える。この実施形態において、各誘導性ライン６ａ、６ｂはインダクタンス値Ｌ１を有し、誘導性ライン８ａ、・・・８ｄは各々Ｌ２のインダクタンス値を有する。スイッチ群１０ａ・・・１０ｃが閉じ、スイッチ群１０ｄ、・・・１０ｋが開いている場合、誘導性ライン６ａ、６ｂのみが接続され、全体のインダクタンス値は２Ｌ１になる。スイッチ群１０ｂ、１０ｆ、１０ｈおよび１０ｊが開いていて、１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇ、１０ｉおよび１０ｋが閉じている場合、ネットワーク全体のインダクタンスは２Ｌ１＋２Ｌ２となる。スイッチ群１０ｂ、１０ｆ、１０ｈおよび１０ｉが開いていて、スイッチ群１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇ、１０ｊおよび１０ｋが閉じている場合、ネットワーク全体のインダクタンス値は２Ｌ１＋４Ｌ２となる。他の誘導性ネットワーク構成も実現可能であり、各誘導ラインは同じかあるいは異なるインダクタンス値を持ち得る。誘導性ラインネットワークは全体として、フィルタにおける１つの調節可能なインダクタとして使用することができ、その調節はＭＥＭスイッチ群を選択的にスイッチングすることにより行われる。

図２は、半導体あるいは誘電体材料の基板１３を有するマイクロ波回路１１上に、複数のスイッチ群１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｋ、望ましくはＭＥＭスイッチ群により接続された複数のバイナリの重み付けされたキャパシタ、すなわち上極板群１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｇを有するチューニング可能なキャパシタネットワークを示す、この発明の実施形態である。バイナリの重み付けがされたキャパシタは図３に示す断面を有し、上極板１２ｄは半導体基板１３上に位置し、半導体基板１３は、コモングラウンドプレーン１６上に位置する。グラウンドプレーン１６は通常接地され、上極板１２ｄと共に、バイナリの重み付けされたキャパシタの平行板として機能する。

キャパシタネットワークは全体としてＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のフィルタにおける１つの調節可能なキャパシタとして使用される。図２に戻ると、ＭＥＭスイッチ群１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｋは選択的に切り替え可能なのでキャパシタ回路のトポロジーを再構成してネットワーク全体の容量値を変え、それにより周波数応答を変えることができる。この実施形態では、各キャパシタ１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｇは容量値Ｃ１を有し、伝送ラインセグメント１８はスイッチ群１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄを介してキャパシタに接続される。キャパシタのいくつかを接続し、他を切り離すことにより、ネットワークのキャパシタンスを変えることができる。例えば、ネットワーク全体のキャパシタンスを２Ｃ１にするには、スイッチ群１４ａ、１４ｃおよび１４ｊを閉じ、スイッチ群１４ｂ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、および１４ｋを開く。また、４Ｃ１のネットワークキャパシタンスを得るには、スイッチ群１４ａ、１４ｂ、１４ｅ、１４ｈ、１４ｉおよび１４ｋを閉じ、スイッチ群１４ｃ、１４ｄ、１４ｆ、１４ｇおよび１４ｊを開く。図２はＭＥＭスイッチが接続されたキャパシタネットワークの１つの構成のみを示す。他の構成も実現可能である。

図４は、チューニング可能なフィルタが図１および２ａのラインに沿ってキャパシタネットワークとインダクタネットワークを併せ持つこの発明の他の実施形態を示す。入力伝送ライン２０はキャパシタンス値Ｃ２を有するバイナリの重み付けがされたキャパシタ２２ａに接続され、キャパシタ２２ａは図２と同様のキャパシタネットワーク２４ａに接続され、ネットワークのキャパシタンスを調節するための複数のＭＥＭスイッチ群を有する。キャパシタ２２ａは図１と同様のインダクタ回路２６ａに接続される。フィルタは、キャパシタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、キャパシタネットワーク２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、およびインダクタネットワーク２６ａ、２６ｂを交互接続する構造を反復することにより形成される。フィルタの出力信号はキャパシタ２２ｃから出力伝送ライン２８に伝送される。図４の等価回路を図５に示す。キャパシタンスＣａ、Ｃｂ、およびＣｃはそれぞれ、キャパシタ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ、およびチューニング可能なキャパシタネットワーク２４ａ，２４ｂ，２４ｃの和である。インダクタンスＬａおよびＬｂはそれぞれチューニング可能な誘導性ラインネットワーク２６ａおよび２６ｂのインダクタンス値である。各キャパシタンス値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃおよびインダクタンス値ＬａおよびＬｂは一緒に結合されてフィルタの周波数応答を決定するが、キャパシタネットワークおよびインダクタネットワーク内のＭＥＭスイッチ群の少なくともいくつかを選択的に切り替えることにより変更可能である。

これらスイッチ群のいくつかを閉じ、他を開くことにより所望の周波数応答を得るようにフィルタをチューニングする。図４および５は１つのフィルタ構成のみを示すが、他の構成も実現可能である。
図６は入力４２と出力４４を有する主伝送ラインセグメントを有したインピーダンスマッチングネットワークを示す。このネットワークはマイクロ波回路１１の基板１３上に実装される。このマイクロ波回路１１はさらに、完全な伝送ライン回路を形成するために、基板直下にグラウンドプレーンを有する。伝送ライン４０は特性インピーダンスを有する。この特性インピーダンスは実数であり、実質的に周波数に依存する。出力４４の負荷のインピーダンスは伝送ラインの特性インピーダンスとは異なる値を取ることができ、負荷が容量性および／または誘導性構成要素を有する場合には複素数であってもよい。伝送ラインの特性インピーダンスが負荷インピーダンスと異なりかつ有効電気ライン長が適切にチューニングされていない場合には、不整合を生じ、入力４２はネットワークからの電圧および／または電流反射を受ける。同様に、伝送ラインの特性インピーダンスと入力４２の入力インピーダンスとの間に不整合があると、出力４４は反射を受ける。反射波は所望のマイクロ波伝送と干渉し、伝送効率を低下させ、伝送ラインに望ましくない共鳴を生じる。

インピーダンスの不整合は固定の有効電気ライン長の場合、周波数に依存する。選択された周波数レンジ内の不整合は、伝送ラインに沿って選択された位置における１つ以上の所定の長さの分路スタブを接続することにより低減し、所望の周波数応答を出力することが可能である。分路スタブの長さを連続的に調節することによる一般的なチューニング方法は宇宙船応用には適していないので、固定長の分路スタブを設けなければならない。伝送ラインのための所望の有効電気長を得るためには、伝送ライン４０の一方側あるいは両側の基板１３上に複数の分路スタブ５０を配置することが望ましい。各分路スタブは、開状態あるいは短絡状態のいずれかの状態を取り得る成端５２を有する。ＭＭＩＣあるいはＭＩＣ基板上では、分路スタブとグラウンドプレーンとを接続する必要が無いように、分路スタブは開路成端を有することが望ましい。ＭＭＩＣまたはＭＩＣ上の短絡成端では分路スタブをグラウンドプレーンに電気的に接続するために基板を貫通する導体が必要になり、製造が困難になる。しかしながら、短絡は広い周波数レンジでより安定した成端を得ることができるので、ある応用では望ましい。

各分路スタブは各ＭＥＭスイッチ５４を介して主伝送ライン４０に接続される。分路スタブのいくつかのＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他を開くことにより、所望の周波数レンジ内でのインピーダンス不整合を低減するように伝送ラインの所望の周波数応答を得ることができる。伝送ラインに沿って隣接する分路スタブ群のＭＥＭスイッチ群の間隔は約１／４波長あるいは１／４波長の整数倍が望ましい。各分路スタブの長さは約１／２波長あるいは１／２波長の整数倍であることが望ましい。分路スタブの長さと間隔の他の組み合わせも実現可能である。分路スタブは同じ長さである必要はなく、間隔も同じである必要はない。

図７は基板１３上に伝送ライン４０、ＭＥＭスイッチ５４および分路スタブ５０を有した、切断線４ｂ−４ｂから見た断面図である。コモングラウンドプレーン５６は基板１３直下に位置する。ＭＥＭスイッチは移動可能なカンチレバービームアーム５８を有し、このアーム５８は導電性スイッチパッド６０に固定された固定端部を有するとともに、スイッチが閉じたとき接点パッド６４に電気的に接続するように適合した可動端部を有する。ビームアーム５８の動きは、ビームアーム直下の基板１３上に配置されたスイッチング電極６６に印加された動作電圧により制御される。動作電圧がスイッチング電極６６に現れるとビームアーム自身がスイッチング電極の方へ変形して移動するもう１つの電極として作用するので、可動端部が接点パッド６４に接触する。動作電圧は一般に約７０Ｖ乃至９０Ｖである。接点パッド６４は伝送ライン４０に接続され、スイッチパッド６０は開路成端５２を有する分路スタブ５０に接続される。

図８はマイクロ波回路１１の基板１３上の増幅器ネットワークを示す。この回路はソリッドステート増幅器７０から成り、入力７２からのマイクロ波信号を増幅し、増幅された信号を出力７４に出力する。大部分のソリッドステート増幅器、特に電力増幅器は望ましくない高調波出力信号を出力する非線形伝送応答特性を有する。高調波信号は基本周波数、すなわち入力信号の周波数の整数倍の周波数で発生される。入力伝送ラインセグメント７６は入力信号を増幅器の入力に供給するように接続され、出力伝送ラインセグメント７８は出力信号を伝送するように増幅器の出力に接続される。出力伝送ラインセグメント７８から分岐した高調波チューニング伝送ラインセグメント８０は、増幅器により生成された高調波を低減するために設けることが望ましい。

図６に示す構成と同様な構成の各ＭＥＭスイッチ５４を介して複数の分路スタブ５０が入力伝送ラインセグメント７６に接続される。各分路スタブは開路成端５２を有することが望ましい。ＭＥＭスイッチ群は入力インピーダンスとマッチングさせるために選択的にオンまたはオフされ、その結果、入力信号は入力ラインセグメント７６に反射が生じ無いように増幅器７２の入力に伝送することができる。

同様に、出力伝送ラインセグメント７８は、図６に示すＭＥＭスイッチ群と同様の各ＭＥＭスイッチ群５４を介して複数の分路スタブ５０が接続される。出力インピーダンスは、所望の周波数レンジで反射を低減するように分路スタブの少なくともいくつかを選択的にスイッチングすることによりマッチングを取る。殆どのソリッドステートマイクロ波増幅器は増幅器の出力端部に反射された電力に非常に敏感であり、反射された電力が十分に大きい場合には物理的に破損あるいは破壊することもあり得るので、出力インピーダンスのマッチングは重要である。それゆえ、出力ラインセグメント７８から増幅器出力７４への反射を防止することは安全な増幅動作を保証するために絶対必要である。分路スタブおよび相関するＭＥＭスイッチを出力ラインセグメント７８に沿ってさらに設けて、増幅器の出力７４への反射をさらに低減するように精細なチューニングをすることも可能である。分路スタブは、所望の周波数レンジの反射を低減するように長さおよび間隔を変えてもよい。

高調波チューニング伝送ラインセグメント８０は、高調波出力信号の振幅を低減するように選択的にオンまたはオフされる各ＭＥＭスイッチ群５４を介して複数の分路スタブ群５０に接続される。増幅器は消去しなければならないいくつかの高調波周波信号を出力するが、これらの信号が出力ラインセグメント７８に伝送されないように各成端５２を有した分路スタブ５０が配置される。適切にチューニングされた高調波チューニングラインセグメントは高調波信号を負荷８２に向けさせる。負荷８２は、出力ラインセグメント７８に反射されない高調波信号のエネルギーを吸収するために高調波チューニングラインセグメント８０の端部に設けることが望ましい。間隔の異なるおよび／または長さの異なる分路スタブを用いて利害のある高調波の吸収を最適にするようにしてもよい。

この発明のいくつかの図示実施例について説明したが、当業者には種々の他の実施例および変形例が可能である。そのような種々の変形例や他の実施例は、添付したクレームに定義したこの発明の精神と範囲から逸脱することなく着想および実施可能である。

この発明によれば、マイクロ波増幅器ネットワークにおいて、ＭＥＭスイッチ群を用いて入力伝送ラインおよび出力伝送ラインの有効な電気的長さを調節し、増幅器を所望の周波数応答にチューニングさせる。また、長さと場所を選択して多くの分路スタブを入出力伝送ラインに接続することにより、伝送ラインの出力インピーダンスを変え、その結果増幅器ネットワークの周波数応答が変更される。各分路スタブはＭＥＭスイッチにより伝送ラインに接続される。分路スタブのいくつかに対してＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他のＭＥＭスイッチを開くことにより、増幅器ネットワークの所望の周波数応答を得ることができる。

基板上の複数のスイッチ群により接続された再構成可能な誘導性ラインネットワークの簡単化した平面図である。基板上の複数のスイッチ群により接続されたバイナリの重み付けがされた再構成可能なキャパシタネットワークの簡単化した平面図である。バイナリの重み付けがされたキャパシタの極板群を示す、図２の切断線２ｂ−２ｂに沿った断面図である。複数のスイッチ群を有した図１および２の複数のキャパシタおよびインダクタを接続して形成されるマイクロ波フィルタの簡単化した平面図である。図４に示すフィルタの等価回路図である。位置の異なるＭＥＭスイッチ群を介して分路スタブが接続された伝送ラインセグメントの簡単化した平面図である。ＭＥＭスイッチを介して伝送ラインセグメントを有した開回路分路スタブの接続を示す、図６の切断線４ｂ−４ｂに沿って切断した断面図である。ＭＥＭスイッチが接続された分路スタブを有したマイクロ波増幅器チューニングネットワークの簡単化した平面図である。

符号の説明

６ａ、６ｂ、．．．８ａ、８ｄ…誘導性ライン、１０ａ、１０ｂ、．．．１０ｋ…スイッチ、１２ａ、１２ｂ、．．．１２ｇ…上側極板１４ａ、１４ｂ、．．．１４ｋ…ＭＥＭスイッチ、１６…グラウンドプレーン、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…キャパシタ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…キャパシタネットワーク、２６ａ、２６ｂ…インダクタネットワーク、２８…出力伝送ライン、４０…主伝送ラインセグメント、４２…入力、４４…出力、５０…分路スタブ、５２…開路成端、５４…ＭＥＭスイッチ、５８…ビームアーム、６０…導電性スイッチパッド、６４…接点パッド、７０…ソリッドステート増幅器、７２…入力、７４…出力、７６…入力伝送ラインセグメント、７８…出力伝送ラインセグメント、８０…高調波チューニング伝送ラインセグメント、

Claims

少なくとも１つの伝送ラインと；
前記伝送ラインにマイクロ波信号路を形成するように接続された少なくとも１つのマイクロ波インピーダンス構成要素と；および
前記構成要素と前記伝送ラインとの間のマイクロ波信号路を制御するように接続された少なくとも１つの超小型電子機械（ＭＥＭ）スイッチと；を
具備したことを特徴とする、基板を有するモノリシックマイクロ波集積回路上のチューニングネットワーク。
前記少なくとも１つのマイクロ波インピーダンス構成要素は複数のキャパシタで構成され、前記キャパシタの少なくともいくつかは前記ネットワークの周波数を調節するように前記ＭＥＭスイッチ群により制御可能に接続されることを特徴とする請求項１に記載のチューニングネットワーク。
前記キャパシタはバイナリの重み付けがされたキャパシタから成ることを特徴とする請求項２に記載のチューニングネットワーク。
前記マイクロ波インピーダンス構成要素の少なくとも１つはは複数のインダクタから構成され、前記少なくともいくつかは、前記ネットワークの周波数応答を調節するように前記ＭＥＭスイッチ群により制御可能に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
前記マイクロ波インピーダンス構成要素の少なくとも１つは複数のインダクタ群およびキャパシタ群から構成され、少なくともいくつかは前記ネットワークの周波数応答を調節するように前記ＭＥＭスイッチ群により制御可能に接続され、チューニング可能なフィルタを形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
前記マイクロ波インピーダンス構成要素の少なくとも１つは選択された位置に設けられた複数の分路スタブから構成され、前記複数のＭＥＭスイッチ群は前記伝送ラインのインピーダンスを調節するように接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
入力と出力を有する増幅器をさらに有し；
前記少なくとも１つの伝送ラインは入力信号を前記増幅器の入力に伝送するように接続された入力伝送ラインと、前記増幅器出力からの増幅された出力信号を伝送するように接続された出力伝送ラインとから構成され；
前記少なくとも１つのマイクロ波インピーダンス構成要素は前記入力伝送ラインおよび出力伝送ラインに隣接する選択された位置に設けられた複数の分路スタブから構成され；および
前記少なくとも１つのＭＥＭスイッチは、前記入力伝送ラインのインピーダンスおよび／または前記出力伝送ラインのインピーダンスを調節するように前記伝送ラインおよび各分路スタブとの間に制御可能に接続された複数のＭＥＭスイッチ群とから構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
前記増幅器は少なくとも１つの高調波を含む出力信号を発生し、
前記増幅器の出力から高調波チューニング伝送ラインの端部に接続された負荷までの高調波信号路を形成するように接続された高調波チューニング伝送ラインと；
前記高調波チューニング伝送ラインに隣接する選択された位置に設けられたさらなる分路スタブと；および
前記高調波チューニング伝送ラインから前記出力伝送ラインへの高調波信号の反射を低減するように、前記高調波チューニング伝送ラインと各さらなる分路スタブとの間に制御可能に接続されたさらなるＭＥＭスイッチ群と；
をさらに具備したことを特徴とする請求項７に記載のチューニングネットワーク。
前記分路スタブの少なくともいくつかは開路成端を有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
前記分路スタブの少なくともいくつかは短絡成端を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のチューニングネットワーク。