JP2005006045A - High frequency signal filter device and electronic equipment - Google Patents

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JP2005006045A JP2003167295A JP2003167295A JP2005006045A JP 2005006045 A JP2005006045 A JP 2005006045A JP 2003167295 A JP2003167295 A JP 2003167295A JP 2003167295 A JP2003167295 A JP 2003167295A JP 2005006045 A JP2005006045 A JP 2005006045A
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variable capacitor
filter device
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frequency signal
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Naohiro Tanaka
均洋 田中
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency signal filter device which can continuously change the filter characteristics, and moreover, is small and high in efficiency. <P>SOLUTION: The high frequency signal filter device 1 is provided with a first voltage variable capacitor FC1 on the signal line 10 of a micro strip line provided on a substrate, and a second voltage variable capacitor FC2 inserted between the signal line 10 of the micro strip line and a grounding face 20. Also, the electronic equipment is provided with the high frequency signal filter device 1, and a control means for controlling the opening/closing of the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 of the high frequency signal filter device 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号をフィルタリングする装置およびそれに関し、特に誘電体あるいはそれが被覆された半導体基板上に設けられた、誘電体共振器と導波装置(例えば平面型のマイクロ・ストリップライン)とを備えた高周波信号フィルタ装置および電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、マルチチャネル通信システムにおける信号発生器からアンテナへの送信信号のフィルタリング、アンテナから受信器への受信信号のフィルタリング、あるいは双方向のフィルタリングを行うためのフィルタとして、搬送波の中心周波数が10GHzを超える高周波信号に適用され、所望の帯域を有する信号をフィルタリングする高周波信号フィルタ装置の開発が望まれている。
【0003】
従来、電気−音響変換素子を用いた信号周波数10GHz近辺のフィルタの試作報告が成されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特表2000−502231号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような高周波信号フィルタ装置では、外部からの信号によりフィルタの通過特性の制御を行うことは不可能である。また、10GHz超える帯域でのフィルタ特性が外部から制御可能な平面型の交差指電極を用いたフィルタの試作例は数多く報告されているが、能率が悪く、十分に急峻な信号の通過特性が得られず、素子面積も大きい、という不都合が存在している。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、基板上に設けられるマイクロ・ストリップラインの信号線上に設けられる第1の電圧可変容量と、マイクロ・ストリップラインの信号線と接地面との間に挿入される第2の電圧可変容量とを備える高周波信号フィルタ装置である。また、この高周波信号フィルタ装置と、高周波信号フィルタ装置の第1の電圧可変容量および第2の電圧可変容量への電圧印加を制御する制御手段とを備える電子機器である。
【0007】
このような本発明では、第1の電圧可変容量が、ある特定の信号帯域の信号を透過する役割を果たし、第2の電圧可変容量が、ある特定の信号帯域の信号を接地側に短絡させる役割を果たす。また、マイクロ・ストリップラインの信号線に第1の電圧可変容量が直列に挿入されることで、この第1の電圧可変容量への電圧印加を制御して、信号線を通過できる信号の帯域を連続的に変更する。
【0008】
一方、第2の電圧可変容量がマイクロ・ストリップラインの信号線と接地面との間に挿入されることで、この第2の電圧可変容量への電圧印加を制御して接地側に短絡させる信号の帯域を連続的に変更する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置を説明する模式平面図である。すなわち、この高周波信号フィルタ装置1は、平面型のマイクロ・ストリップラインを備えており、このマイクロ・ストリップラインの信号線10上に設けられる第1の電圧可変容量FC1と、マイクロ・ストリップラインの信号線10と基板裏面に設けられた接地面20との間に挿入される第2の電圧可変容量FC2とを有する構成となっている。
【0010】
第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2は、直流電圧の印加によってキャパシタ(容量)が可変するものであり、これら2種の電圧可変容量による信号透過特性を最良に制御することで、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置1の信号透過帯域特性(透過帯域幅、透過帯域の中心値)を制御できるようになる。
【0011】
第1の電圧可変容量FC1は信号線10上に直列に挿入されている。この第1の電圧可変容量FC1はキャパシタ(容量)とインダクタとにより構成されたハイ・パス・フィルタとなっている。キャパシタは信号線10の切れ目Kに対応して設けられた誘電体膜(後述のBST薄膜)と上部電極Dとで構成され、インダクタは2つの切れ目Kの間となる信号線10に直流電圧を印加するための配線11によって構成される。
【0012】
この第1の電圧可変容量FC1の配線11から直流電圧を印加することにより、信号線10を通過できる信号帯域を変化させ、特定帯域の信号のみを選択的に流すことができるようになる。したがって、配線11から印加する直流電圧の大きさによって信号線10を通過できる信号帯域をある範囲で連続的に可変できることになる。
【0013】
また、第2の電圧可変容量FC2は信号線10から接地面20へ分岐している分岐線10a上に直列に挿入されている。第2の電圧可変容量FC2も第1の電圧可変容量FC1と同様にキャパシタとインダクタとにより構成されたハイ・パス・フィルタとなっている。すなわち、キャパシタは分岐線10aの切れ目Kに対応して設けられた誘電体薄膜と上部電極Dとで構成され、インダクタは2つの切れ目Kの間となる分岐線10aに直流電圧を印加するための配線11によって構成される。
【0014】
この第2の電圧可変容量FC2の配線11から直流電圧を印加することにより、分岐線10aを通過できる信号帯域を変化させ、特定帯域の信号のみを接地面20側に短絡させることができる。したがって、配線11から印加する直流電圧の大きさによって信号線10を流れる高周波信号の減衰帯域をある範囲で連続的に可変できることになる。
【0015】
つまり、本実施形態の高周波信号フィルタ装置1では、第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2におけるキャパシタとインダクタンスとを適切に調整した2種の電圧可変容量の組み合わせにより、バンド・パス・フィルタ、ハイ・パス・フィルタ、ノッチ・フィルタなど異なった種類のフィルタ動作を切り換えたり、フィルタ特性の連続的な変更を行うことが可能となる。
【0016】
第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2のキャパシタCを構成する誘電体薄膜としては、例えば、(BaSr1−x)TiO(x=0〜0.7)(以下「BST薄膜」と言う。)を用いており、このBST薄膜に直流電圧を印加することで、その直流電圧に依存して容量が変化するようになっている。
【0017】
そのため、第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2の各々には、直流電圧を印加するための端子が接続されるとともに、第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2の接続される信号線10および分岐線10aの前後には、印加される直流電圧を絶縁するための切れ目(容量)Kが設けられている。
【0018】
この第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2は、主としてBST薄膜と上部電極Dとから構成される。また、信号線10、分岐線10aおよび接地面20は良好な導体であるCu、Auなどを用いて構成する。
【0019】
信号線10等を形成する基板は絶縁特性の良好なSiO、Al、高分子材料、高分子とSiO、Alとの複合材料などを用いる。なお、BST薄膜の品質を確保するために成膜の下地としてPtを用いてもよい。
【0020】
図2は、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の模式平面図である。この図では基板2の表面側の平面図となっており、基板2の裏面には接地面20が設けられている。基板2の表面には信号線10が設けられ、この信号線10と直列に第1の電圧可変容量FC1が形成される。
【0021】
また、信号線10と接地面20との間には第2の電圧可変容量FC2が形成される。第2の電圧可変容量FC2は信号線10からの分岐線10aに直列に設けられており、この分岐線10aの端部が基板2を介して裏面の接地面20と接続されている。なお、パッドPは基板2の裏面の接地面20と導通しており、接地面20との導通を得たい場合には必要に応じてパッドPと導通をとるようにする。
【0022】
図3は、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の等価回路を示す図で、(a)は全体図、(b)は第1の電圧可変容量の等価回路、(c)は第2の電圧可変容量の等価回路ある。
【0023】
第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2とも、キャパシタは接地面との浮遊容量として構成され、インダクタは直流電圧入力用の配線によって構成される。
【0024】
図1に示す本実施形態の高周波信号フィルタ装置1は最小構成であり、例えば図4に示すような複数個の電圧可変容量を用いて回路網を形成してもよい。つまり、信号線10を分岐して各々に第1の電圧可変容量FC11、FC12、FC13を設けて並列スイッチを構成し、信号線10から接地面20へ向かう線を複数設けて各々に第2の電圧可変容量FC21、FC22、FC23を接続する。
【0025】
このような構成によって、必要に応じて、ラダー型のフィルタ、あるいはデュプレクサなどの信号分岐素子を構成することができる。なお、複数個の電圧可変容量を並列配置する場合、信号の遅延を考慮して各々のスイッチ群の線路長が同じとなるよう対称な線路構造にすることが望ましい。つまり、第1の電圧可変容量FC11、FC12、FC13によるスイッチ群の分岐点aから接続点bまでの各電圧可変容量FC11、FC12、FC13の線路長が同じとなり、また、第2の電圧可変容量FC21、FC22、FC23によるスイッチ群の分岐点cから接続点dまでの各電圧可変容量FC21、FC22、FC23の線路長が同じとなるような構造とする。
【0026】
図5は第1の電圧可変容量の構造を説明する模式断面図で、(a)は線路に対して垂直な方向の模式断面図、(b)は線路に対して平行な方向の模式断面図である。
【0027】
第1の電圧可変容量FC1は、基板2の表面に設けられた信号線10および基板2の裏面に設けられた接地面20で構成されたマイクロ・ストリップラインの信号線10上に設けられ、容量可変のための直流電圧を印加する配線11が接続されている。
【0028】
信号線10の2つの切れ目Kおよびその位置に対応する信号線10上にはBST薄膜21が形成され、このBST薄膜21の上に信号線10から2つの切れ目Kの上方を覆う形で上部電極Dが各々設けられている。
【0029】
したがって、配線11から2つの切れ目Kの間となる信号線10に直流電圧を印加することでその印加電圧に応じてBST薄膜21の比誘電率が変化し、信号線10を透過する高周波の帯域特性を変えることが可能となる。
【0030】
なお、図示しないが第2の電圧可変容量FC2も第1の電圧可変容量FC1と同様な構成である。この場合、第1の電圧可変容量FC1の説明で用いた信号線10が、信号線10から接地面20へつながる分岐線となる。
【0031】
本実施形態では、このような第1、第2の電圧可変容量FC1、FC2への直流電圧印加を制御手段(図示せず)によって制御することで、スイッチ動作の組み合わせにより、バンド・パス・フィルタ、ハイ・パス・フィルタ、ノッチ・フィルタなど異なった種類のフィルタ動作を切り換え可能な電子機器を構成できるようになる。
【0032】
ここで、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の線路設計の一例を説明する。
【0033】
線路の特性インピーダンス(Z)は、接地面と信号線路との間に設けられた誘電体膜の厚さ(h)と比誘電率(εr)、信号線路幅(w)により、以下の式にしたがって決定される。
【0034】
Z=377/(w/h)(εr)1/2[1+(1.735εr−0.0724)(w/h)−0.836
【0035】
例えば、50Ωの線路において比誘電率9.8のAlを用いた場合、w/h=0.9となり、例えば、基板2の厚さを0.525mmとしたときには、信号線10の幅(線路幅)wは0.473mmとなる。
【0036】
Pt上に形成されたBST薄膜の比誘電率は、例えば、77Kで膜厚が0.27μmの膜において、間隔250μmの交差指電極間に0から±10Vまでの電圧を印加することにより、1/6に下がる。能率を上げるためには、素子を低温化することが望ましいが、同様の現象は室温でも起こる。
【0037】
高周波線路には、線路幅を超えない上部電極Dの幅(図5に示す各切れ目Kに対応した各々の上部電極Dの幅w1、w2、上部電極Dの長さL1、L2)、BST薄膜21の比誘電率(εr)および膜厚hで決まる容量が直列に挿入される。
【0038】
第1の電圧可変容量FC1は信号線10の入力側と出力側との間に直列に挿入され、第2の電圧可変容量FC2は信号線10と接地面20との間に挿入され、各々のハイ・パス・フィルタとして機能し、両者の効果が合わされるとバンド・パス・フィルタを構成できる。
【0039】
この場合、第1の電圧可変容量FC1とインダクタは低周波数側のカットオフ周波数を、第2の電圧可変容量FC2とインダクタは高周波側のカットオフ周波数を決める。各々のカットオフ周波数2πfは、√(4/LC)で与えられる。したがって、容量とインダクタの値を適切に選択すれば、望みの特性を得ることができる。また、比誘電率は印加電圧により変化するので、直流電圧の外部端子からフィルタ特性を連続的に制御できるようになる。
【0040】
例えば、20GHz程度のカットオフ周波数を得たいとして、インダクタクタンスを30pHに選ぶと、必要とされる容量の値は10pF程度となる。BST薄膜21の比誘電率は120程度が期待できる。図5に示すBST薄膜21の膜厚hが0.2μm、上部電極Dの幅(w1、w2)が0.3mm程度確保できるとすると、図5に示す上部電極Dの長さ(L1、L2)は0.7mm程度とすればよい。なお、実際には2つの切れ目(容量)が直列に挿入されていることになるので、L1、L2の各々は1.4mm程度の長さが必要となる。
【0041】
ここで、第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2の2つの容量から成るフィルタを用いてバンド・パス・フィルタ動作をさせたいときは、第1の電圧可変容量に電界を印加してキャパシタを80%程度に低下させればよい。また、第1の電圧可変容量FC1および第2の電圧可変容量FC2の容量の部分は、直流入力パッドから見れば、ロー・パス・フィルターになっており、直流電圧の印加が可能である。
【0042】
次に、本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の製造方法を説明する。図6〜図7は製造方法を順に説明する模式断面図(主として第1の電圧可変容量の部分)である。なお、図6、図7はいずれも信号線に対して垂直な方向の模式断面図である。
【0043】
先ず、適切な間隔で接続穴が設けられた絶縁体の基板2(例えばアルミナや一部に低誘電率膜が被覆された半導体基板)を洗浄し、鍍金法により、Ni/Au、あるいはNi/Au/Ptの順に成膜する。ミリング、ドライ・エッチングなどの方法を用い、切れ目のある、厚さ0.5μmの平面型のマイクロ・ストリップラインを形成する。
【0044】
図6(a)は基板2の裏面に接地面20、表面に信号線10を備えたマイクロ・ストリップラインが構成された状態を示している。基板2上における信号線10には直流電圧を印加するためのミアンダ線路である配線11がパターニングされている。この状態で、線路パターンが形成された基板2の全面にスパッタ法によりBST薄膜21を被着する。
【0045】
次に、図6(b)に示すように、被着したBST薄膜21の一部に穴を開ける。この穴開けはミリング、ドライ・エッチング等を用いる。そして、図6(c)に示すように、形成した穴に上部電極となる金(Au)等の導体膜D’をスパッタ法、蒸着法等により製作し、さらにミリング、ドライ・エッチング等によってパターニングすることで、図7(a)に示すような上部電極Dを信号線10上の穴に形成する。
【0046】
図7(b)は上部電極Dをパターニングした後のBST薄膜21による容量構成部分の模式断面を示している。次いで、形成された線路パターンの全面に絶縁特性の良好な高分子薄膜、またはSiO薄膜を用いて被覆する。そして、信号線10、接地面20、直流電圧印加用の配線11上の絶縁膜を除去し、外部回路との信号の接続を可能にする。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、本発明では、平面型のマイクロ・ストリップライン素子と、信号線上に設けられた第1の電圧可変容量および信号線と接地面との間に挿入された第2の電圧可変容量により、フィルタ特性を連続的に変更可能な構造を実現できる。また、このような構成によって交差指型の電極をもちいた高周波フィルタと比較し、非常に小型化を図ることが可能となる。また、比較的簡単な制御手段をもちいた制御バイアス電圧の印加により、フィルタの透過特性、遮断特性の連続的な制御を実現することができ、必要に応じて、平面状に更に複雑な回路網を作ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置を説明する模式図である。
【図2】本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の模式平面図である。
【図3】本実施形態に係る高周波信号フィルタ装置の等価回路を示す図である。
【図4】複数個の電圧可変容量を用いる回路網の例を示す模式図である。
【図5】第1の電圧可変容量FC1の構造を説明する模式断面図である。
【図6】製造方法を順に説明する模式断面図(その1)である。
【図7】製造方法を順に説明する模式断面図(その2)である。
【符号の説明】
1…高周波信号フィルタ装置、2…基板、10…信号線、10a…分岐線、20…接地面、21…BST薄膜、D…上部電極、FC1…第1の電圧可変容量、FC2…第2の電圧可変容量
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for filtering signals, and more particularly to a dielectric resonator and a waveguide device (for example, a planar microstrip line) provided on a dielectric or a semiconductor substrate coated with the dielectric. The present invention relates to a high-frequency signal filter device and an electronic apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the center frequency of a carrier wave exceeds 10 GHz as a filter for filtering a transmission signal from a signal generator to an antenna, filtering a reception signal from an antenna to a receiver, or bidirectional filtering in a multi-channel communication system. Development of a high-frequency signal filter device that is applied to a high-frequency signal and filters a signal having a desired band is desired.
[0003]
Conventionally, a trial production report of a filter having a signal frequency of about 10 GHz using an electro-acoustic conversion element has been made (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-502231A [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, with such a high-frequency signal filter device, it is impossible to control the pass characteristics of the filter with an external signal. Many prototypes of filters using planar cross-finger electrodes whose filter characteristics in the band exceeding 10 GHz can be controlled from the outside have been reported, but the efficiency is poor and sufficiently steep signal passing characteristics are obtained. However, there is a disadvantage that the element area is large.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve such problems. That is, according to the present invention, the first voltage variable capacitor provided on the signal line of the micro strip line provided on the substrate and the second voltage inserted between the signal line of the micro strip line and the ground plane. A high-frequency signal filter device including a variable capacitor. Further, the electronic apparatus includes the high-frequency signal filter device and a control unit that controls voltage application to the first voltage variable capacitor and the second voltage variable capacitor of the high-frequency signal filter device.
[0007]
In the present invention as described above, the first voltage variable capacitor plays a role of transmitting a signal in a specific signal band, and the second voltage variable capacitor short-circuits a signal in a specific signal band to the ground side. Play a role. In addition, the first voltage variable capacitor is inserted in series in the signal line of the micro strip line, thereby controlling the voltage application to the first voltage variable capacitor, thereby increasing the signal band that can pass through the signal line. Change continuously.
[0008]
On the other hand, when the second voltage variable capacitor is inserted between the signal line of the micro strip line and the ground plane, the signal applied to the second voltage variable capacitor is controlled and short-circuited to the ground side. The bandwidth of is continuously changed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a high-frequency signal filter device according to this embodiment. That is, the high-frequency signal filter device 1 includes a planar micro strip line. The first voltage variable capacitor FC1 provided on the signal line 10 of the micro strip line and the signal of the micro strip line are provided. The second voltage variable capacitor FC2 is inserted between the line 10 and the ground surface 20 provided on the back surface of the substrate.
[0010]
The first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 have a capacitor (capacitance) variable by applying a DC voltage, and best control the signal transmission characteristics of these two voltage variable capacitors. Thus, the signal transmission band characteristics (transmission bandwidth, center value of the transmission band) of the high-frequency signal filter device 1 according to the present embodiment can be controlled.
[0011]
The first voltage variable capacitor FC1 is inserted in series on the signal line 10. The first voltage variable capacitor FC1 is a high-pass filter composed of a capacitor (capacitance) and an inductor. The capacitor is composed of a dielectric film (a BST thin film to be described later) provided corresponding to the break K of the signal line 10 and the upper electrode D, and the inductor applies a DC voltage to the signal line 10 between the two breaks K. It is comprised by the wiring 11 for applying.
[0012]
By applying a DC voltage from the wiring 11 of the first voltage variable capacitor FC1, a signal band that can pass through the signal line 10 is changed, and only a signal in a specific band can selectively flow. Therefore, the signal band that can pass through the signal line 10 can be continuously varied within a certain range depending on the magnitude of the DC voltage applied from the wiring 11.
[0013]
The second voltage variable capacitor FC2 is inserted in series on the branch line 10a that branches from the signal line 10 to the ground plane 20. Similarly to the first voltage variable capacitor FC1, the second voltage variable capacitor FC2 is also a high-pass filter composed of a capacitor and an inductor. That is, the capacitor is composed of a dielectric thin film provided corresponding to the break K of the branch line 10a and the upper electrode D, and the inductor is for applying a DC voltage to the branch line 10a between the two breaks K. The wiring 11 is used.
[0014]
By applying a DC voltage from the wiring 11 of the second voltage variable capacitor FC2, a signal band that can pass through the branch line 10a can be changed, and only a signal in a specific band can be short-circuited to the ground plane 20 side. Therefore, the attenuation band of the high-frequency signal flowing through the signal line 10 can be continuously varied within a certain range depending on the magnitude of the DC voltage applied from the wiring 11.
[0015]
That is, in the high-frequency signal filter device 1 according to the present embodiment, a combination of two types of voltage variable capacitors in which the capacitors and the inductances in the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 are appropriately adjusted is used. It is possible to switch between different types of filter operations such as a pass filter, a high pass filter, and a notch filter, and to continuously change the filter characteristics.
[0016]
Examples of the dielectric thin film constituting the capacitor C of the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 include (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 (x = 0 to 0.7) (hereinafter referred to as “Ba x Sr 1-x” ) The capacity is changed depending on the DC voltage when a DC voltage is applied to the BST thin film.
[0017]
Therefore, a terminal for applying a DC voltage is connected to each of the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2, and the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor. Before and after the signal line 10 and the branch line 10a to which the FC 2 is connected, a break (capacitance) K for insulating the applied DC voltage is provided.
[0018]
The first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 are mainly composed of a BST thin film and an upper electrode D. Further, the signal line 10, the branch line 10a, and the ground plane 20 are configured using Cu, Au, or the like that is a good conductor.
[0019]
For the substrate on which the signal line 10 and the like are formed, SiO 2 , Al 2 O 3 , a polymer material having a good insulating property, a composite material of polymer and SiO 2 , Al 2 O 3 , or the like is used. In order to ensure the quality of the BST thin film, Pt may be used as a film formation base.
[0020]
FIG. 2 is a schematic plan view of the high-frequency signal filter device according to the present embodiment. This figure is a plan view of the front surface side of the substrate 2, and a ground plane 20 is provided on the back surface of the substrate 2. A signal line 10 is provided on the surface of the substrate 2, and a first voltage variable capacitor FC <b> 1 is formed in series with the signal line 10.
[0021]
A second voltage variable capacitor FC <b> 2 is formed between the signal line 10 and the ground plane 20. The second voltage variable capacitor FC2 is provided in series with the branch line 10a from the signal line 10, and the end of the branch line 10a is connected to the grounding surface 20 on the back surface through the substrate 2. Note that the pad P is electrically connected to the ground surface 20 on the back surface of the substrate 2, and when it is desired to obtain electrical continuity with the ground surface 20, the pad P is electrically connected as necessary.
[0022]
3A and 3B are diagrams showing an equivalent circuit of the high-frequency signal filter device according to the present embodiment, where FIG. 3A is an overall view, FIG. 3B is an equivalent circuit of a first voltage variable capacitor, and FIG. 3C is a second voltage. There is an equivalent circuit of variable capacitance.
[0023]
In both the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2, the capacitor is configured as a stray capacitance with the ground plane, and the inductor is configured by a wiring for DC voltage input.
[0024]
The high-frequency signal filter device 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 has a minimum configuration, and for example, a circuit network may be formed using a plurality of voltage variable capacitors as shown in FIG. That is, the signal line 10 is branched and each of the first voltage variable capacitors FC11, FC12, FC13 is provided to form a parallel switch, and a plurality of lines from the signal line 10 to the ground plane 20 are provided to each of the second voltage switches. The voltage variable capacitors FC21, FC22, FC23 are connected.
[0025]
With such a configuration, a ladder type filter or a signal branching element such as a duplexer can be configured as necessary. When a plurality of voltage variable capacitors are arranged in parallel, it is desirable to have a symmetrical line structure so that the line length of each switch group is the same in consideration of signal delay. That is, the line lengths of the voltage variable capacitors FC11, FC12, FC13 from the branch point a to the connection point b of the switch group by the first voltage variable capacitors FC11, FC12, FC13 are the same, and the second voltage variable capacitor The voltage variable capacitors FC21, FC22, and FC23 have the same line length from the branch point c to the connection point d of the switch group of FC21, FC22, and FC23.
[0026]
5A and 5B are schematic cross-sectional views for explaining the structure of the first voltage variable capacitor. FIG. 5A is a schematic cross-sectional view in a direction perpendicular to the line, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view in a direction parallel to the line. It is.
[0027]
The first voltage variable capacitor FC1 is provided on the signal line 10 of the micro strip line configured by the signal line 10 provided on the surface of the substrate 2 and the ground plane 20 provided on the back surface of the substrate 2. A wiring 11 for applying a variable DC voltage is connected.
[0028]
A BST thin film 21 is formed on the two cuts K of the signal line 10 and on the signal line 10 corresponding to the position, and the upper electrode is formed on the BST thin film 21 so as to cover the upper part of the two cuts K from the signal line 10. Each D is provided.
[0029]
Therefore, by applying a DC voltage from the wiring 11 to the signal line 10 between the two breaks K, the relative dielectric constant of the BST thin film 21 changes according to the applied voltage, and a high frequency band that passes through the signal line 10. It becomes possible to change the characteristics.
[0030]
Although not shown, the second voltage variable capacitor FC2 has the same configuration as the first voltage variable capacitor FC1. In this case, the signal line 10 used in the description of the first voltage variable capacitor FC1 becomes a branch line connected from the signal line 10 to the ground plane 20.
[0031]
In the present embodiment, the DC voltage application to the first and second voltage variable capacitors FC1 and FC2 is controlled by a control means (not shown), so that a band-pass filter is obtained by a combination of switch operations. It is possible to configure an electronic device that can switch different types of filter operations such as a high-pass filter and a notch filter.
[0032]
Here, an example of the line design of the high-frequency signal filter device according to the present embodiment will be described.
[0033]
The characteristic impedance (Z) of the line is expressed by the following equation according to the thickness (h), relative dielectric constant (εr), and signal line width (w) of the dielectric film provided between the ground plane and the signal line. Therefore, it is determined.
[0034]
Z = 377 / (w / h) (εr) 1/2 [1+ (1.735εr −0.0724 ) (w / h) −0.836 ]
[0035]
For example, when Al 2 O 3 having a relative dielectric constant of 9.8 is used in a 50Ω line, w / h = 0.9. For example, when the thickness of the substrate 2 is 0.525 mm, the signal line 10 The width (line width) w is 0.473 mm.
[0036]
The relative dielectric constant of the BST thin film formed on Pt is, for example, 1 by applying a voltage of 0 to ± 10 V between the crossed finger electrodes with a spacing of 250 μm in a film having a thickness of 77 K and a thickness of 0.27 μm. Go down to / 6. In order to increase the efficiency, it is desirable to lower the temperature of the element, but the same phenomenon occurs even at room temperature.
[0037]
For the high-frequency line, the width of the upper electrode D not exceeding the line width (widths w1 and w2 of each upper electrode D corresponding to each cut K shown in FIG. 5, lengths L1 and L2 of the upper electrode D), BST thin film A capacitance determined by a relative dielectric constant (εr) of 21 and a film thickness h is inserted in series.
[0038]
The first voltage variable capacitor FC1 is inserted in series between the input side and the output side of the signal line 10, and the second voltage variable capacitor FC2 is inserted between the signal line 10 and the ground plane 20, When functioning as a high pass filter and the effects of both are combined, a band pass filter can be constructed.
[0039]
In this case, the first voltage variable capacitor FC1 and the inductor determine the cut-off frequency on the low frequency side, and the second voltage variable capacitor FC2 and the inductor determine the cut-off frequency on the high frequency side. Each cutoff frequency 2πf 0 is given by √ (4 / LC). Therefore, desired characteristics can be obtained by appropriately selecting the capacitance and the inductor value. Further, since the relative permittivity changes depending on the applied voltage, the filter characteristics can be continuously controlled from the external terminal of the DC voltage.
[0040]
For example, if it is desired to obtain a cutoff frequency of about 20 GHz and the inductance is selected to be 30 pH, the required capacitance value is about 10 pF. The relative dielectric constant of the BST thin film 21 can be expected to be about 120. If the thickness h of the BST thin film 21 shown in FIG. 5 is 0.2 μm and the width (w1, w2) of the upper electrode D is about 0.3 mm, the length (L1, L2) of the upper electrode D shown in FIG. ) May be about 0.7 mm. Actually, since two cuts (capacitance) are inserted in series, each of L1 and L2 needs to have a length of about 1.4 mm.
[0041]
Here, when a band-pass filter operation is to be performed using a filter composed of two capacitors, the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2, an electric field is applied to the first voltage variable capacitor. Then, the capacitor may be lowered to about 80%. Further, the capacity portions of the first voltage variable capacitor FC1 and the second voltage variable capacitor FC2 are low-pass filters as viewed from the DC input pad, and a DC voltage can be applied.
[0042]
Next, a method for manufacturing the high-frequency signal filter device according to this embodiment will be described. 6 to 7 are schematic cross-sectional views (mainly a portion of the first voltage variable capacitor) for sequentially explaining the manufacturing method. 6 and 7 are schematic cross-sectional views in the direction perpendicular to the signal lines.
[0043]
First, an insulating substrate 2 (for example, a semiconductor substrate coated with alumina or a part of a low dielectric constant film) provided with connection holes at appropriate intervals is cleaned and plated by Ni / Au or Ni / Films are formed in the order of Au / Pt. Using a method such as milling or dry etching, a flat microstrip line having a thickness of 0.5 μm is formed.
[0044]
FIG. 6A shows a state in which a micro strip line having a ground plane 20 on the back surface of the substrate 2 and a signal line 10 on the front surface is formed. The signal line 10 on the substrate 2 is patterned with a wiring 11 that is a meander line for applying a DC voltage. In this state, the BST thin film 21 is deposited on the entire surface of the substrate 2 on which the line pattern is formed by sputtering.
[0045]
Next, as shown in FIG. 6B, a hole is made in a part of the deposited BST thin film 21. This drilling uses milling, dry etching, or the like. Then, as shown in FIG. 6 (c), a conductor film D ′ such as gold (Au), which will be the upper electrode, is produced in the formed hole by sputtering, vapor deposition or the like, and further patterned by milling, dry etching or the like. Thus, the upper electrode D as shown in FIG. 7A is formed in the hole on the signal line 10.
[0046]
FIG. 7B shows a schematic cross section of a capacitor component portion by the BST thin film 21 after the upper electrode D is patterned. Next, the entire surface of the formed line pattern is covered with a polymer thin film having a good insulating property or a SiO 2 thin film. Then, the insulating film on the signal line 10, the ground plane 20, and the DC voltage application wiring 11 is removed, and a signal can be connected to an external circuit.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects. That is, according to the present invention, a filter is formed by a planar micro stripline element, a first voltage variable capacitor provided on a signal line, and a second voltage variable capacitor inserted between the signal line and the ground plane. A structure capable of continuously changing characteristics can be realized. Further, such a configuration makes it possible to achieve a very small size as compared with a high frequency filter using a crossed finger type electrode. In addition, by applying a control bias voltage using a relatively simple control means, continuous control of the transmission characteristics and cutoff characteristics of the filter can be realized. It is also possible to make.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a high-frequency signal filter device according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic plan view of the high-frequency signal filter device according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the high-frequency signal filter device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a network using a plurality of voltage variable capacitors.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a first voltage variable capacitor FC1.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view (part 1) for sequentially explaining the manufacturing method;
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view (part 2) for sequentially explaining the manufacturing method;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency signal filter apparatus, 2 ... Board | substrate, 10 ... Signal line, 10a ... Branch line, 20 ... Ground plane, 21 ... BST thin film, D ... Upper electrode, FC1 ... 1st voltage variable capacitor, FC2 ... 2nd Voltage variable capacity

Claims (7)

基板上に設けられるマイクロ・ストリップラインの信号線上に設けられる第1の電圧可変容量と、
前記マイクロ・ストリップラインの信号線と接地面との間に挿入される第2の電圧可変容量と
を備えることを特徴とする高周波信号フィルタ装置。
A first voltage variable capacitor provided on a signal line of a micro strip line provided on a substrate;
A high frequency signal filter device comprising: a second voltage variable capacitor inserted between a signal line of the micro strip line and a ground plane.
前記第1の電圧可変容量および前記第2の電圧可変容量の各々に対応した線路には直流電圧の印加を絶縁する切れ目が設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の高周波信号フィルタ装置。
2. The high-frequency signal filter device according to claim 1, wherein a line corresponding to each of the first voltage variable capacitor and the second voltage variable capacitor is provided with a break that insulates the application of a DC voltage. .
前記マイクロ・ストリップラインの信号線が複数に分岐され、その分岐された各信号線に前記第1の電圧可変容量が各々設けられて並列のスイッチとなっている
ことを特徴とする請求項1記載の高周波信号フィルタ装置。
2. The signal line of the micro strip line is branched into a plurality of lines, and each of the branched signal lines is provided with the first voltage variable capacitor to form a parallel switch. High frequency signal filter device.
前記マイクロ・ストリップラインの信号線と接地面との間に前記第2の電圧可変容量が複数設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の高周波信号フィルタ装置。
2. The high frequency signal filter device according to claim 1, wherein a plurality of the second voltage variable capacitors are provided between a signal line of the micro strip line and a ground plane.
前記第1の電圧可変容量および前記第2の電圧可変容量を構成する誘電体は、(BaSr1−x)TiO(x=0〜0.7)を用いる
ことを特徴とする請求項1記載の高周波信号フィルタ装置。
The dielectric that constitutes the first voltage variable capacitor and the second voltage variable capacitor uses (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 (x = 0 to 0.7). 1. The high-frequency signal filter device according to 1.
前記基板は、一部に低誘電率膜が被覆された半導体基板から成る
ことを特徴とする請求項1記載の高周波信号フィルタ装置。
2. The high frequency signal filter device according to claim 1, wherein the substrate is made of a semiconductor substrate partially coated with a low dielectric constant film.
請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の高周波信号フィルタ装置と、
前記高周波信号フィルタ装置の前記第1の電圧可変容量および前記電圧可変容量への電圧印加を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする電子機器。
The high-frequency signal filter device according to any one of claims 1 to 6,
An electronic apparatus comprising: the first voltage variable capacitor of the high-frequency signal filter device; and a control unit that controls voltage application to the voltage variable capacitor.
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