JP2004505578A - コンデンサを備えた装置 - Google Patents

Abstract

コンデンサ（２００）の容量が可変であり、このコンデンサによりコプレーナ導波体の部材のインピーダンスが変更される、コンデンサ（２００）を備えた装置において、導波体の部材のうち信号線路（１２０）が所定の長さ（１２２）にわたって中断されており、第１の接続部材（１３０）により導波体のアース線路（１１０、１１１）が接続されており、第２の接続部材（１２１）を介して中断された信号線路（１２０）の２つの部分が接続されている。

Description

【０００１】
従来の技術
マイクロメカニカル技術で作成される高周波数短絡スイッチは、コプレーナ導波体のアース線路間に架けわたされた薄い金属のブリッジ形部材から成っている。静電的にこのブリッジ形部材は信号線路上に被着されている薄い誘電体のほうへ引っ張られ、これによりブリッジ形部材および信号線路から形成されるプレートコンデンサの容量が増大される。信号線路とアース線路との間の容量により、導波体上を案内される電磁波の伝搬特性が制御される。“オフ”状態（金属のブリッジ形部材が下方にある状態）では出力の大部分が反射される。“オン”状態（金属のブリッジ形部材が上方にある状態）では出力の大部分が伝達される。
【０００２】
本発明の利点
本発明の請求項１記載の特徴を有する装置は、従来技術に対して、金属のブリッジ形部材の長さ、すなわち導電性の第２の接続部材の長さがコプレーナ導波体のアース線路の間隔には依存しないという利点を有している。つまり逆に言えば導波体のアース線路の間隔を第２の接続部材の長さとは無関係に選定することができる。ここから生じる利点は、本発明によれば「アース線路の間隔が小さく」「高い駆動周波数を有し」「第２の接続部材または金属のブリッジ形部材の面積の大きい」という特徴を備えたＨＦマイクロスイッチを簡単に実現可能であることである。さらにこれによりコプレーナ導波体のアース線路間の導電性の第１の接続部材を介してコンデンサに対して直列に接続されるインダクタンスを信号線路の形状に無関係に選定することができる。これにより簡単な手段で電磁波の導波体に沿った伝搬の障害を小さくし、短絡ブリッジ形部材として導波体のアース線路間に構成される第１の接続部材を最適に設計することができる。
【０００３】
さらに有利には、第１の接続部材および第２の接続部材は金属の接続部材である。これにより材料特有の利点およびプロセス技術上の利点の全てが導電性の接続部材として金属を使用する本発明の手法により得られる。
【０００４】
さらに有利には、第２の接続部材は機械的に変形可能であり、第１の接続部材と第２の接続部材との間隔は少なくとも第２の接続部材の部分領域で可変である。これにより簡単な手段で容量可変のコンデンサを製造することができる。
【０００５】
さらに有利には、コンデンサの容量の変更を第１の接続部材と第２の接続部材との間にはたらく静電力により作用させる。これにより簡単な手段で本発明の装置の２つのスイッチング状態を設けることができ、確実かつ迅速な装置の切換が保証される。さらにこれにより装置のスイッチング状態がどんな場合でも一義的に定義される。
【０００６】
さらに有利には、コンデンサは第１の接続部材と第２の接続部材との間で予め定められた電圧に依存して設定される第１の容量および設定された第２の容量を有する。これにより特に導電性の第１の接続部材および第２の接続部材とこれら２つの部材間の誘電体層との寸法を適切に設計して、広帯域の駆動周波数をコプレーナ導波体のアース線路間の間隔を考慮せずに定めることができる。同様にこれにより挿入減衰量も調整可能である。
【０００７】
さらに有利には、第１の接続部材は信号線路とアース線路との間でコンデンサに直列に接続されるインダクタンスを形成している。これにより第１の接続部材に対して種々の形状および寸法を設けることができ、第１の接続部材に起因するインダクタンスを広範囲で設定することができる。
【０００８】
さらに有利には、第１の容量と駆動周波数でのインダクタンスとに共通のインピーダンスはほぼオーム抵抗に相応する。これにより特にアイソレーション部材を構成して大きな絶縁作用を達成できる。すなわち短絡スイッチの遮断の際に特に大きな反射係数を得ることができる。
【０００９】
さらに有利には、駆動周波数として７７ＧＨｚまたは約２４ＧＨｚが設定されている。これにより本発明の装置をアダプティブクルーズコントロールＡＣＣまたはショートレンジレーダーＳＲＲの適用分野で使用することができる。
【００１０】
さらに有利には、前述の設定された長さは信号線路と第２の接続部材との間の移行部での反射が補償される大きさに定められている。これによりスイッチの挿入減衰量、ひいてはオン状態での適合特性が改善される。
【００１１】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００１２】
図１には本発明のコンデンサを備えた装置の平面図が示されている。図２には本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ｃによる断面図が示されている。図３には本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ａによる断面図が示されている。図４には本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ｂによる断面図が示されている。図５には本発明のコンデンサを備えた装置の斜視図が示されている。図６には本発明のコンデンサを備えた装置の等価回路図が示されている。
【００１３】
実施例の説明
図１には本発明のコンデンサを備えた装置の実施例としてのマイクロメカニカル高周波数短絡スイッチが示されている。本発明の装置では基板１００上にコプレーナ導波体が被着されている。コプレーナ導波体は、本発明によれば、例えば３つのコプレーナの導電性線路から成っており、これらは少なくとも局所的に相互にほぼ並列に接続されている。コプレーナ導波体の線路は例えば金属で設けられており、例えば１つまたは複数の電気化学的プロセスステップにより基板上に被着されている。基板１００は本発明によれば特に損失角の小さい特性を有している。コプレーナ導波体の３つの線路のうち外側の２つの線路は第１のアース線路１１０および第２のアース線路１１１に相応しており、中央の線路はコプレーナ導波体の信号線路１２０に相応している。
【００１４】
図１には平面図で本発明に関連するこの種の基板１００上に案内されるコプレーナ導波体のセクションが示されている。コプレーナ導波体の２つのアース線路１１０、１１１は導電性の第１の接続部材１３０を介して接続されている。第１の接続部材１３０はここでは例えば直接に基板１００上に被着されており、アース線路１１０、１１１の“高さ”よりも低い“高さ”を有している。つまり第１の接続部材１３０はアース線路１１０、１１１を基板１００上の“脚部”で接続している。第１の接続部材１３０の近傍領域でコプレーナ導波体の信号線路１２０は中断されている。したがって第１の接続部材１３０は非導電的にではあるが信号線路１２０とも接続されている。第１の接続部材１３０上で、本発明によれば、信号線路１２０の中断されている領域に、図１には詳細に示されていない誘電体層が被着されている。さらに中断された信号線路１２０は導電性の第２の接続部材１２１を介して接続されている。第２の接続部材１２１はここで本発明により例えば金属のブリッジ形接続部材の形状で中断されている信号線路１２０の端部間に設けられている。ただし第２の接続部材１２１は、本発明によれば、基板１００の平面へ所定の間隔を置いて設けられており、ここで第２の接続部材１２１から基板１００または第１の接続部材１３０への距離はほぼ信号線路１２０の高さに相応する。これにより第２の接続部材１２１へかかる力が存在しない場合、中断されている信号線路１２０の端部間に設けられた第２の接続部材１２１は“浮動する”。この場合に第２の接続部材１２１をブリッジまたは金属ブリッジ１２１とも称する。
【００１５】
図１にはさらに、参照符号Ｃを付された第１の切断線、参照符号Ａを付された第２の切断線、参照符号Ｂを付された第３の切断線が示されている。第１の切断線は本発明の装置をアース線路１１０、１１１および信号線路１２０の延在方向に対して垂直にアース線路１１０、１１１間の第１の接続部材１３０の領域で切断している。第２の切断線は本発明の装置をコプレーナ導波体の線路１１０、１１１、１２０の延在方向に対して平行に第１のアース線路１１０の領域で切断している。第３の切断線は本発明の装置をコプレーナ導波体の線路１１０、１１１、１２０の延在方向に対して平行に信号線路１２０の領域（信号線路１２０が中断されている個所）または第２の接続部材１２１の領域で切断している。
【００１６】
図２には本発明の装置を図１の第１の切断線（参照符号Ｃ）に沿って切断した断面図が示されている。基板１００、コプレーナ導波体の第１のアース線路１１０および第２のアース線路１１１が示されている。コプレーナ導波体のアース線路１１０、１１１間に導波体の信号線路１２０が配置されている。図２では第１の接続部材１３０および第２の接続部材１２１の空間的な配置のしかたは基板１００の表面からの距離の点で特に際立っている。第１の接続部材１３０は図２では基板１００上に直接に被着されており、第２の接続部材１２１は信号線路１２０上に被着されており、これにより信号線路１２０およびアース線路１１０、１１１の高さ分だけ間隔を置いて基板１００の平面から遠ざけられた状態で設けられている。
【００１７】
図３には図１の第２の切断線（参照番号Ａ）に沿って本発明の装置を切断した断面図が示されている。ここでは基板１００および第１のアース線路１１０しか見えない。
【００１８】
図４には本発明の装置の第３の切断線（参照番号Ｂ）に沿って切断した断面図が示されている。基板１００上にはコプレーナ導波体の信号線路１２０が示されている。信号線路１２０は予め定められた長さ１２２で中断されている。この中断領域で第２の接続部材１２１が信号線路１２０を橋絡している。この場合第２の接続部材１２１は信号線路１２０の中断によって生じた２つの端部を接続している。第２の接続部材１２１はこの実施例では例えば基板１００から信号線路１２０の高さに相応する距離を置いて設けられている。さらに図４には第１の接続部材１３０も示されている。第１の接続部材１３０の上にはすでに図１に関連して言及した誘電体層１４０が存在している。
【００１９】
図５には本発明の装置の斜視図が示されている。基板１００上に導波体の第１のアース線路１１０および第２のアース線路１１１が存在している。これらのアース線路１１０、１１１間には中断された信号線路１２０が存在している。信号線路１２０の２つの端部は第２の接続部材１２１を介して橋絡されている。さらに図５には誘電体層１４０が示されている。誘電体層１４０の下方すなわち基板１００の方向へ向かって設けられているアース線路１１０、１１１間の第１の接続部材１３０は図５が斜視図であるためにここには示されていない。
【００２０】
図６には本発明の装置の等価回路図が示されている。この等価回路図には２つのアース線路１１０、１１１がコプレーナ導波体の唯一の線路の形態で示されている。したがってアース線路１１０、１１１は同じ電位に置かれることになる。さらにコプレーナ導波体の信号線路１２０が図６に示されている。信号線路１２０とアース線路１１０、１１１との間に直列にコンデンサ２００およびインダクタンス２１０が配置されている。コンデンサ２００は少なくとも部分的に第１の接続部材１３０および第２の接続部材１２１により実現されているが、これらは２つとも図６には図示されていない。コンデンサ２００はその容量が可変であるように構成されている。ここで本発明によれば特に第２の接続部材１２１が機械的に変形され、少なくとも部分領域で第１の接続部材１３０への距離を変化させて、コンデンサ２００の容量が制御される。インダクタンス２１０は主として第１の接続部材１３０により実現される。第１の接続部材１３０をアース線路１１０、１１１間の直流電圧の短絡素子として作用するようにパターニングすることによりインダクタンスが形成される。このインダクタンスは形状（例えばメアンダ状その他）の長さと幅の比を変更することにより種々に設定可能である。
【００２１】
図４、図５には機械的に変形可能な第２の接続部材１２１が示されており、コプレーナ導波体の部材は図示の素子により高い伝達係数および低い反射係数を得る。第１の接続部材１３０と第２の接続部材１２１との間隔は図４では最大に示されている。第１の接続部材と第２の接続部材との間隔は図４では最大間隔で示されており、これは誘電体層１４０の電気特性とともにコンデンサ２００の容量を定めている。コンデンサ２００の容量はこの場合きわめて小さく、例えば短絡スイッチの入力減衰量にとって重要である。第１の接続部材１３０と第２の接続部材１２１との間に電圧（例えば直流電圧）が印加されると、第１の接続部材１３０と第２の接続部材１２１とのあいだに静電引力が発生する。これにより機械的に変更可能な第２の接続部材１２１が変形され、少なくとも部分領域で、すなわち金属ブリッジ形素子のほぼ中央で、第１の接続部材１３０またはこの部材上に被着された誘電体層１４０のほうへ引っ張られる。誘電体、例えばケイ素酸化物または窒素酸化物は特にスイッチとして構成された装置が遮断状態で電気化学的に接触するのを阻止する。これにより第１の接続部材１３０および第２の接続部材１２１を基準として形成されたコンデンサ２００の容量は大きくなる。
【００２２】
本発明によれば２つの接続部材１３０、１２１間に電圧を印加または除去することにより本発明の装置のコンデンサ２００の容量が変更され、こうした構成でスイッチとしての装置が切り換えられる。図４、図５に示されている第２の接続部材１２１の位置は導通・遮断を切り換える素子を備えた装置の駆動に相応しており、オン状態が示されている。電圧により第１の接続部材１３０へ引っ張られた状態の第２の接続部材１２１は図４には示されていないが、こちらはスイッチの遮断状態に相応する。本発明によれば図１〜図４に示されている部材を備えた導波体が所定の駆動周波数で駆動されるように構成されているためにそうなる。コンデンサ２００の容量は２つの接続部材１３０、１２１間の電圧に依存して２つの容量値を取り、これらの値について以下では第１の容量値または第１のキャパシタンス、および第２の容量値または第２のキャパシタンスと称する。第１のキャパシタンスは遮断状態、すなわち第２の接続部材１２１が印加された電圧によって第１の接続部材１３０のほうへ引っ張られる状態に相応する。第２のキャパシタンスは図４に示されているオン状態、すなわち第２の接続部材１２１が機械的に変形されていない状態に相応する。本発明によれば、第１のキャパシタンスおよび第２のキャパシタンスは第１の接続部材１３０および第２の接続部材１２１の幅および長さ、誘電体層の厚さおよび材料特性、ならびに信号線路１２０の高さを変更することにより定められる。本発明によれば特に接続部材１３０、１２１、誘電体層１４０および信号線路１２０の寸法は、第１のキャパシタンスと第１の接続部材１３０によって所定の駆動周波数で形成されるインダクタンスとが前後に接続されて生じるインピーダンスが消去されるか、または最小限の大きさとなるように設計されている。インダクタンス２１０の調整は、本発明によれば、導波体のアース線路１１０、１１１間の第１の接続部材１３０の寸法および形状の適切な設計により行われる。
【００２３】
第２の接続部材１２１は本発明によれば薄い金属ブリッジ形素子であり、この素子は導波体の信号線路１２０の中断されている端部のあいだに架けわたされている。アース線路１１０、１１１間では第１の接続部材１３０が直流電圧短絡部材として作用する。第１の接続部材１３０は第２の接続部材１２１とともにプレートコンデンサとして働く。直流電圧短絡素子すなわち第１の接続部材１３０の寸法および形状を適切に設計することにより、プレートコンデンサに対して直列に配置されたインダクタンスが（駆動周波数で）調整される。インダクタンスがプレートコンデンサに直列に接続されることにより直列振動回路が形成され、その共振周波数は第２の接続部材１２１の遮断状態でプレートコンデンサのインダクタンスおよびキャパシタンスを適切に設計すれば装置の駆動周波数近傍に存在する。これにより信号線路１２０とアース線路１１０、１１１とのあいだのインピーダンスは純粋なプレートコンデンサの（インダクタンスを省いた）インピーダンスに対して強く低減され、これにより高周波数スイッチとして構成された装置の絶縁作用は著しく改善される。
【００２４】
絶縁作用の制限となるのはここでは第２の接続部材１２１と第１の接続部材１３０とにおけるオーム抵抗損失である。オン状態では装置またはモジュールまたは構成素子は駆動周波数でプレートコンデンサのキャパシタンスが低減されることにより（第２の接続部材またはブリッジ素子１２１が“上方”にあり、基板までの距離が比較的大きいので）共振周波数の外側で駆動され、高い挿入減衰量を発生しない。第２の接続部材１２１の長さが適切に（例えば駆動周波数での効率的な波長の１／２として）設計される場合、コプレーナ導波体すなわち信号線路１２０の端部と第２の接続部材１２１とのあいだの突き合わせ位置または移行位置での反射が補償される。これにより例えばスイッチとして設けられた装置の挿入減衰量、ひいては装置の適合特性が改善される。これは第２の接続部材１２１のインピーダンスをコプレーナ導波体のインピーダンスへ変換することに相応する。第２の接続部材１２１の長さは高い駆動周波数でのアース線路間の最大間隔により制限される。これにより比較的高い駆動周波数では第１の接続部材１３０と第２の接続部材１２１とのあいだに印加されるスイッチング電圧をあまり大きくはできない。
【００２５】
本発明によれば、特に有利には、駆動周波数は７７ＧＨｚまたは約２４ＧＨｚの範囲で選定される。これにより本発明の装置はアダプティブクルーズコントロールＡＣＣまたはショートレンジレーダーＳＲＲなどの適用分野での使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のコンデンサを備えた装置の平面図である。
【図２】
本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ｃによる断面図である。
【図３】
本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ａによる断面図である。
【図４】
本発明のコンデンサを備えた装置の図１の切断線Ｂによる断面図である。
【図５】
本発明のコンデンサを備えた装置の斜視図である。
【図６】
本発明のコンデンサを備えた装置の等価回路図である。

Claims (9)

1. コンデンサ（２００）の容量が可変であり、該コンデンサによりコプレーナ導波体の部材のインピーダンスが変更される、
   コンデンサ（２００）を備えた装置において、
   コンデンサ（２００）は導電性の第１の接続部材（１３０）と導電性の第２の接続部材（１２１）とを少なくとも部分的に有しており、
   導波体の部材のうち信号線路（１２０）は所定の長さ（１２２）にわたって中断されており、
   第１の接続部材（１３０）により導波体のアース線路（１１０、１１１）が接続され、第２の接続部材（１２１）を介して中断された信号線路（１２０）の２つの部分が接続される、
   ことを特徴とするコンデンサを備えた装置。
2. 第１の接続部材および第２の接続部材（１３０、１２１）は金属の接続部材である、請求項１記載の装置。
3. 第２の接続部材（１２１）は機械的に変形可能であり、これにより第１の接続部材（１３０）と第２の接続部材（１２１）との間隔が少なくとも第２の接続部材（１２１）の部分領域で変更可能である、請求項１または２記載の装置。
4. コンデンサ（２００）の容量の変更は第１の接続部材（１３０）と第２の接続部材（１２１）との間にはたらく静電力により制御される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. コンデンサ（２００）は第１の接続部材（１３０）と第２の接続部材（１２１）との間で予め定められている電圧に依存して設定される第１の容量および設定された第２の容量を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 第１の接続部材（１３０）は信号線路（１２０）とアース線路（１１０、１１１）との間でコンデンサ（２００）に直列に接続されるインダクタンス（２１０）を形成している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 第１の容量と駆動周波数でのインダクタンス（２１０）とに共通のインピーダンスはほぼオーム抵抗に相応する、請求項６記載の装置。
8. 駆動周波数として７７ＧＨｚまたは約２４ＧＨｚが設定されている、請求項７記載の装置。
9. 前記設定された長さ（１２２）は信号線路（１２０）と第２の接続部材（１２１）との間の移行部での反射が補償される大きさに定められている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。