JP2005210568A - 周波数可変アンテナおよびそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波形歪みや相互変調歪みが小さく、耐電力に優れた、低損失な周波数可変アンテナを提供する。
【解決手段】 アンテナエレメント11と接地13との間に可変容量コンデンサ部14（可変容量コンデンサＣｔ）が接続されており、可変容量コンデンサＣｔは、アンテナエレメント側端子と接地側端子との間に、印加電圧により誘電率が変化する薄膜誘電体層を用いた複数の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５が直流的に並列接続され、かつ高周波的に直列接続されている周波数可変アンテナである。バイアス信号による可変容量コンデンサＣｔの容量変化率を最大限に利用してインピーダンス整合を行なってアンテナエレメント11の電気長を変化させることによって動作周波数を変化させることができ、かつ、波形歪みや相互変調歪みが小さく、耐電力に優れた、高周波でも低損失な周波数可変アンテナとすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話等の通信機器およびそれら通信機器に搭載される高周波部品等に使用されるアンテナとして、可変容量コンデンサを用いて、その容量が変化することによりアンテナの電気長を可変とすることができる、耐電力，低歪み，低損失等の特性に優れた周波数可変アンテナおよびそれを用いた無線通信装置に関するものである。

アンテナは通信機器にとって主要な部品の一つであるが、その中でも大きな部品であり、機器の小型化が進められているのに伴って小型化が望まれている。アンテナの大きさは帯域幅と密接な関係にあり、通信機器のシステムが要求する帯域幅を確保するために必要な大きさを有している。

一方、アンテナの動作周波数が可変であれば、その時点で必要な帯域幅を確保するのに必要なだけの大きさのアンテナであればよく、使っていない帯域に備えてアンテナを大きくする必要がなくなるので、アンテナを大幅に小型化できることとなる。

そこで、アンテナの動作周波数を可変にするために、アンテナに可変容量として可変容量ダイオードを接続して、または可変容量素子として可変容量ダイオードを含む共振周波数調整回路を接続して動作周波数を変化させ、あるいはスイッチによりアンテナエレメントに接続する容量を切り替えて動作周波数を変化させることが提案されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
特許第3307248号公報 特開2002−232232号公報

しかしながら、可変容量ダイオードは、その材料特性から、耐電力が低く、また容量の非線形性による歪み特性が大きいため、取扱い電力が小さい受信機や受信回路にしか用いることができないという問題点がある。すなわち、取扱い電力が大きい送信機や送信回路には用いることができないという問題点がある。またさらに、高周波での損失が大きいという問題点がある。

また、特許文献１において提案されたような可変容量ダイオードを含む共振周波数調整回路を用いた周波数可変アンテナにおいては、可変容量ダイオードは高周波電圧によっても容量変動が生じるため、周波数可変アンテナとして、高周波電圧が高い場合に波形歪みや相互変調歪み等の歪み特性が大きくなるというような問題点があった。また、歪み特性を小さくするためには、可変容量ダイオードの高周波電界強度を下げて高周波電圧による容量変動を小さくする必要があり、そのためには可変容量ダイオードにおけるｐ−ｎ接合層から成る容量層の厚みを厚くすることが有効であるが、容量層の厚みを厚くすると直流電界強度も小さくなるため、容量変化率も下がり、周波数可変アンテナの周波数の制御幅が小さくなるという問題点があった。

また、高周波信号では可変容量ダイオードに電流が流れやすくなるため、可変容量ダイオードを高周波回路でもある共振周波数調整回路で使用中には、損失抵抗により可変容量ダイオードが発熱し破壊してしまうため、高周波信号に対する周波数可変アンテナの耐電力が低いという問題点があった。このような耐電力の問題に対しても容量層の厚みを厚くし、単位体積当りの発熱量を小さくすることが有効であるが、容量層の厚みを厚くすると直流電界強度も小さくなるため、容量変化率も下がり、周波数可変アンテナの周波数の制御幅が小さくなるという問題点があった。

しかも、可変容量ダイオードを使用した場合には、それに供給されるバイアス信号は可変容量ダイオードに対してバイアス供給回路を介してバイアス端子により供給されるため、可変容量ダイオードとは別にチョークコイル等で構成される独立したバイアス供給回路が必要であった。このため、バイアス供給回路を設計する必要があり、その調整にも手間が必要となり、さらに、可変容量ダイオードを用いた回路とバイアス供給回路とが別々に構成されるため、全体として大型化してしまうという問題点があった。

またさらに、可変容量ダイオードには印加電圧に対する極性があるため、設計時のみならず実装時にも極性に対して注意が必要であり、手間もかかるという問題点があった。

また特許文献２のようなスイッチによりアンテナエレメントに接続する容量を切り替えて動作周波数を変化させる構成では、実現できる動作周波数は、連続的な可変が不可能で、異なる二つの周波数のみになるという問題がある。

本発明は、以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、耐電力，低歪み，低損失等の特性に優れた周波数可変アンテナを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、可変容量素子に対する独立したバイアス供給回路を不要とし、取扱いが容易な周波数可変アンテナを提供することにある。

また、本発明のさらに別の目的は、以上のような周波数可変アンテナを用いた、周波数可変の無線通信装置を提供することにある。

本発明の周波数可変アンテナは、アンテナエレメントと接地との間に可変容量コンデンサが接続されており、この可変容量コンデンサは、アンテナエレメント側端子と接地側端子との間に、印加電圧により誘電率が変化する薄膜誘電体層を用いた複数の可変容量素子が直流的に並列接続され、かつ高周波的に直列接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の周波数可変アンテナは、上記構成において、前記可変容量コンデンサは、複数の前記可変容量素子の電極に接続された、抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有することを特徴とするものである。

そして、本発明の無線通信装置は、上記各構成のいずれかの本発明の周波数可変アンテナと、この周波数可変アンテナに接続された送信回路および受信回路の少なくとも１つとを具備することを特徴とするものである。

本発明の周波数可変アンテナによれば、アンテナエレメントと接地との間に可変容量コンデンサが接続されている周波数可変アンテナにおいて、可変容量コンデンサは、アンテナエレメント側端子と接地（グラウンド）側端子との間に、印加電圧により誘電率が変化する薄膜誘電体層を用いた複数の可変容量素子が直流的に並列接続され、かつ高周波的に直列接続されているものであることから、複数の可変容量素子が直流的に並列接続されているため、各々の可変容量素子に所定のバイアス信号を印加することができ、これにより、バイアス信号による各々の可変容量素子の容量変化率を最大限に利用してアンテナの電気長を変えることにより共振周波数を変化させることができ、これによってアンテナの動作周波数を所望の周波数に安定して変化させることができる。

また、本発明の周波数可変アンテナによれば、アンテナエレメントと接地との間に接続されている可変容量コンデンサは複数の可変容量素子が高周波的に直列接続されているため、可変容量素子に印加される高周波電圧が各々の可変容量素子に分圧されるので、個々の可変容量素子に印加される高周波電圧は分圧されて減少することとなり、このことから、可変容量コンデンサの高周波信号に対する容量変動を小さく抑えることができる。このため、周波数可変アンテナが放射する信号の波形歪みや相互変調歪み等を抑制することができる。しかも、複数の可変容量素子が高周波的に直列接続されているため、可変容量素子の誘電体層の膜厚を厚くしたのと同じ効果が得られ、可変容量コンデンサの損失抵抗による単位体積あたりの発熱量を小さくすることができる。このため、この可変容量コンデンサがアンテナエレメントと接地との間に接続された周波数可変アンテナの耐電力を向上することができる。

また、本発明の周波数可変アンテナによれば、アンテナエレメントと接地との間に接続されている可変容量コンデンサに印加電圧により誘電率が変化する薄膜誘電体層を用いた可変容量素子を用いていることによって、高周波でも可変容量コンデンサにおける損失を少なくすることができるため、この可変容量コンデンサがアンテナエレメントと接地との間に接続された周波数可変アンテナの損失を少なくすることができる。

さらに、本発明の周波数可変アンテナによれば、可変容量コンデンサが、複数の可変容量素子の電極に接続された、抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有しているときには、従来の可変容量ダイオードを用いた周波数可変アンテナのように外部の配線基板に実装していた独立したバイアス供給回路が不要となり、周波数可変アンテナの小型化が図れるとともに、周波数可変アンテナの取扱いが容易となる。

以上により、本発明によれば、動作周波数を所望の周波数に容易にかつ安定して変化させることができ、波形歪みや相互変調歪みが小さく、耐電力に優れ、低損失である周波数可変アンテナを提供することができる。また、独立したバイアス供給回路を不要とし、小型で取り扱いが容易な周波数可変アンテナを提供することができる。

そして、本発明の無線通信装置によれば、上記各構成のいずれかの本発明の周波数可変アンテナと、この周波数可変アンテナに接続された送信回路および受信回路の少なくとも１つとを具備することから、装置の低背化および小型化を図りながら周波数の可変範囲における所望の周波数について良好なアンテナ特性を有し、周波数を可変としつつ良好な無線通信を行なうことができるものとなる。

以下、本発明の周波数可変アンテナについて図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１〜図５は、それぞれ本発明の周波数可変アンテナの実施の形態の一例を示すものである。図１は本発明の周波数可変アンテナの一例を示す概念図であり、この例では、導体からなるアンテナエレメント11、給電点12、接地13および可変容量コンデンサ部14からなる周波数可変アンテナである。図２は可変容量コンデンサ部の等価回路図であり、図２に示す等価回路図において、Ｃｔは可変容量コンデンサであり、Ｌ２は制御電圧（バイアス信号）を供給するためのＲＦ阻止用インダクタンス成分を含むチョークコイルであり、Ｃ11はアンテナエレメント側端子に接続された直流制限容量素子である。また、図３〜図５は５つの可変容量素子を有する可変容量コンデンサの他の例を示すものであり、図３は透視状態の平面図、図４は作製途中の状態を示す平面図、図５は図３のＡ−Ａ’線断面図である。

図２に示す等価回路図において、符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５はいずれも可変容量素子であり、Ｂ11，Ｂ12，Ｂ13は抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第１バイアスライン（同図では、抵抗成分Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13を示す。）であり、Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23は抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含む第２バイアスライン（同図では、抵抗成分Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23を示す。）である。

このような構成の可変容量コンデンサＣｔにおいては、可変容量コンデンサＣｔの入力端子と出力端子との間には、高周波信号が、直列接続された可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５を介して流れることになる。このとき、第１バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13および第２バイアスラインＢ21，Ｂ22，Ｂ23の抵抗成分Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13およびＲ21，Ｒ22，Ｒ23は、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の高周波信号の周波数領域でのインピーダンスに対して大きなインピーダンス成分となっており、高周波帯のインピーダンスに悪影響を与えない。

また、可変容量素子Ｃ１の容量成分を制御するバイアス信号は、バイアス端子Ｖ１からインダクタンスＬ２を介して供給され、可変容量素子Ｃ１を介してグランド（接地；図２では接地側端子を兼ねるバイアス端子Ｖ２）に流れる。この可変容量素子Ｃ１に印加される電圧に応じて、可変容量素子Ｃ１は所定の誘電率となり、その結果、所望の容量成分が得られることになる。可変容量素子Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５についても、これらは第１バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13および第２バイアスラインＢ21，Ｂ22，Ｂ23を介して直流的に並列接続されているので、同様に直流的に同じ大きさのバイアス信号が印加され、所定の容量成分を得ることができる。

その結果、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の容量を所望の値に制御するための直流バイアス信号を、安定してそれぞれ別々に可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に供給することができ、バイアス信号の印加による可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の薄膜誘電体層における誘電率を所望通りに変化させることができ、よって容量成分の制御が容易な可変容量コンデンサＣｔとなっている。これにより、可変容量コンデンサＣｔを用いた本発明の周波数可変アンテナによれば、アンテナエレメントの電気長を変えることができ、それによって所望の周波数に合わせることができる。

また、可変容量コンデンサＣｔに入力される高周波信号、つまり可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に入力される高周波信号は、抵抗成分Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13およびＲ21，Ｒ22，Ｒ23が高周波信号の周波数領域でのインピーダンスに対して大きなインピーダンス成分となっていることから、第１バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13および第２バイアスラインＢ21，Ｂ22，Ｂ23を介して漏れることがない。これによっても、バイアス信号が安定して可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に独立に印加されるようになっており、その結果、バイアス信号による各々の可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の容量変化率を最大限に利用することができるものとなっている。

つまり、可変容量コンデンサＣｔにおいては、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）、ここでは５個の可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５は、高周波的には直列接続された可変容量素子と見ることができる。

従って、これら直列接続された可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に印加される高周波電圧は各々の可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に分圧されるので、個々の可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に印加される高周波電圧は減少することとなる。このことから、高周波信号に対する容量変動は小さく抑えることができ、周波数可変アンテナとして、所望の周波数に精度良く合わせることができるとともに、波形歪みや相互変調歪み等を抑制することができる。

また、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５を直列接続したことにより、高周波的には容量素子の誘電体層の層厚を厚くしたのと同じ効果があり、可変容量コンデンサＣｔの損失抵抗による単位体積当りの発熱量を小さくすることができ、周波数可変アンテナとして、耐電力を向上することができる。

なお、図２に示す可変容量コンデンサＣｔのように奇数個の可変容量素子を用いるときには、可変容量コンデンサＣｔの信号端子とバイアス端子とを共通にすることができ、一般のコンデンサと同等に扱うことができるものとなる。

ここで、図８の周波数可変アンテナの概念を示す等価回路図を用いて、本発明の周波数可変アンテナで周波数が可変になることを簡単に説明する。例えば、逆Ｌアンテナの動作周波数では、アンテナエレメントを流れる電流は給電端子（図８においては図中左側の○で示した部分）付近で大きく、エレメントの先端部分（図８においては図中右側のグランド部分）に近づくに従い小さくなる共振が生じており、等価回路では給電端子付近においてインダクタンスＬで、エレメントの先端部分において容量Ｃで、放射による損失に寄与する部分が放射抵抗Ｒでそれぞれ表現される。アンテナの動作周波数はインダクタンスＬと容量Ｃとの積の逆数の平方根を２と円周率との積で割ったもので表される。従って、可変容量コンデンサＣｔを使うことで容量Ｃの値を可変にすることによって、アンテナの動作周波数を可変にすることができ、本発明の周波数可変アンテナはこのような原理に基づいて周波数を可変とするものである。

次に、本発明の周波数可変アンテナを構成する可変容量コンデンサＣｔの作製方法の例について説明する。

図３は本発明の周波数可変アンテナにおける可変容量コンデンサＣｔについて、５つの可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を有する可変容量コンデンサＣｔの例を示す透視状態の平面図であり、図４は図３に示す可変容量コンデンサＣｔの作製途中の状態を示す平面図であり、図５は図３に示す可変容量コンデンサＣｔのＡ−Ａ’線断面図である。

図３〜図５において、１は支持基板、２は下部電極層、31，32，33，34は導体ライン、４は薄膜誘電体層、５は上部電極層、61，62，63，64，65，66は薄膜抵抗、７は絶縁層、８は引き出し電極層、９は保護層、10は半田拡散防止層である。なお、この半田拡散防止層10と半田端子部111および112とで、それぞれ第１信号端子（入力端子）および第２信号端子（出力端子）を構成している。

支持基板１は、アルミナセラミックス等のセラミック基板や、サファイア等の単結晶基板等である。この支持基板１の上に下部電極層２，薄膜誘電体層４および上部電極層５を順次、支持基板１のほぼ全面に成膜する。これら各層の成膜終了後、上部電極層５，薄膜誘電体層４および下部電極層２を順次、所定の形状にエッチングする。

下部電極層２は、薄膜誘電体層４の形成に高温スパッタが必要となるため、その高温に耐えられるように高融点であることが必要である。具体的には、Ｐｔ，Ｐｄ等の金属材料から成るものである。この下部電極層２も、高温スパッタで形成される。さらに、下部電極層２は、高温スパッタによる形成後に、薄膜誘電体層４のスパッタ温度である700〜900℃へ加熱され、薄膜誘電体層４のスパッタ開始まで一定時間保持することにより、平坦な層となる。

下部電極層２の厚みは、第２信号端子から第５の可変容量素子Ｃ５までの抵抗成分や、第１の可変容量素子Ｃ１から第２の可変容量素子Ｃ２、第３の可変容量素子Ｃ３から第４の可変容量素子Ｃ４までの抵抗成分、および下部電極層２との連続性を考慮した場合には厚い方が望ましいが、支持基板１との密着性を考慮した場合には相対的に薄い方が望ましく、両方を考慮して決定される。具体的には、0.1μｍ〜10μｍである。下部電極層２の厚みが0.1μｍよりも薄くなると、下部電極層２自身の抵抗が大きくなるほか、下部電極層２の連続性が確保できなくなる可能性がある。一方、10μｍより厚くすると、内部応力が大きくなって、支持基板１との密着性が低下したり、支持基板１の反りを生じたりするおそれがある。

薄膜誘電体層４は、少なくともＢａ，Ｓｒ，Ｔｉを含有するペロブスカイト型酸化物結晶から成る高誘電率の誘電体層であることが好ましい。この薄膜誘電体層４は、下部電極層２の表面（上面）に形成されている。例えば、ペロブスカイト型酸化物結晶が得られる誘電体材料をターゲットとして、スパッタリング法による成膜を所望の厚みになるまで行なう。このとき、基板温度を高く、例えば800℃として高温スパッタリングを行なうことにより、スパッタ後の熱処理を行なうことなく、高誘電率で容量変化率の大きい、低損失の薄膜誘電体層４を得ることができる。

上部電極層５の材料としては、この層の抵抗を下げるため、抵抗率の小さなＡｕが望ましいが、薄膜誘電体層４との密着性向上のためには、Ｐｔ等を密着層として用いることが望ましい。この上部電極層５の厚みは0.1μｍ〜10μｍとなっている。この厚みの下限については、下部電極層２と同様に、上部電極層５自身の抵抗を考慮して設定される。また、厚みの上限については、薄膜誘電体層４との密着性を考慮して設定される。

バイアス供給回路を構成する第１バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13は、導体ライン32，33，34と薄膜抵抗61，62，63とから構成され、第１バイアス端子（第１信号端子と共用）から第１バイアス端子と第１の可変容量素子Ｃ１との接続点の間、第２の可変容量素子Ｃ２と第３の可変容量素子Ｃ３との接続点、すなわち第２の可変容量素子Ｃ２の上部電極層５と第３の可変容量素子Ｃ３の上部電極層５とを接続する引き出し電極層８との間、第４の可変容量素子Ｃ４と第５の可変容量素子Ｃ５との接続点、すなわち第４の可変容量素子Ｃ４の上部電極層５と第５の可変容量素子Ｃ５の上部電極層５とを接続する引き出し電極層８との間にそれぞれ設けられている。

同様に、第２バイアスラインＢ21，Ｂ22，Ｂ23は、導体ライン31と薄膜抵抗64，65，66とから構成され、第２バイアス端子（第２信号端子と共用）から第２バイアス端子と第５の可変容量素子Ｃ５との接続点の間、第３の可変容量素子Ｃ３と第４の可変容量素子Ｃ４との接続点との間、第１の可変容量素子Ｃ１と第２の可変容量素子Ｃ２との接続点との間にそれぞれ設けられている。

この導体ライン31，32，33，34は、上述の下部電極層２，薄膜誘電体層４および上部電極層５を形成した後、新たに成膜することによって形成することができる。その際には、既に形成した下部電極層２，薄膜誘電体層４および上部電極層５を保護するために、リフトオフ法を用いることが望ましい。また、これら導体ライン31〜34は、下部電極層２のパターニングの際に、同時にこれら導体ライン31〜34も形成するようにパターニングを行なうことによっても形成することができる。

この導体ライン31〜34の材料としては、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23の抵抗値のばらつきを抑制するために、低抵抗であるＡｕが望ましいが、薄膜抵抗61，62，63，64，65，66の抵抗が十分に高いので、Ｐｔ等を用いて、下部電極層２と同じ材料および同じ工程で形成してもよい。

次に、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23を構成する薄膜抵抗61〜66の材料としては、タンタル（Ｔａ）を含有し、かつその比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上であるものが望ましい。具体的な材料としては、窒化タンタル（ＴａＮ）やＴａＳｉＮ，Ｔａ−Ｓｉ−Ｏを例示することができる。例えば、窒化タンタルの場合であれば、Ｔａをターゲットとして、窒素を加えてスパッタリングを行なうリアクティブスパッタ法により、所望の組成比および抵抗率の薄膜抵抗61〜66を成膜することができる。

このスパッタリングの条件を適宜選択することにより、膜厚が40ｎｍ以上で、比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上の薄膜抵抗61〜66を形成することができる。さらに、スパッタリングの終了後、レジストを塗布して所定の形状に加工した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングプロセスを行なうことにより、簡便にパターニングすることができる。

可変容量コンデンサＣｔを周波数１ＧＨｚで使用し、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量を５ｐＦとした場合には、この周波数の１／10（100ＭＨｚ）からインピーダンスに悪影響を与えないように薄膜抵抗61〜66を可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の100ＭＨｚでのインピーダンスの10倍以上の抵抗値に設定するものとすると、必要な第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23の抵抗値は、約3.2ｋΩ以上であればよい。可変容量コンデンサＣｔにおける薄膜抵抗61〜66の比抵抗率は１ｍΩ・ｃｍ以上として、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23の抵抗値として10ｋΩを得る場合であれば、薄膜抵抗61〜66のアスペクト比（長さ／幅）は、膜厚を50ｎｍとしたとき、50以下とできるため、素子形状を大きくすることなく実現可能なアスペクト比を有する薄膜抵抗61〜66となる。

これら薄膜抵抗61〜66を含む第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23は、支持基板１上に直接形成されている。これにより、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５上に形成する際に必要となる、下部電極層２，上部電極層４および引き出し電極層８との絶縁を確保するための絶縁層が不要となり、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を構成する層の数を低減することが可能となる。さらに、高抵抗の薄膜抵抗61〜66を用いることにより、形状を大きくすることなく、可変容量コンデンサＣｔを作製することができる。

次に、絶縁層７は、この上に形成する引き出し電極層８と下部電極層２との絶縁を確保するために必要である。さらに、この絶縁層７は、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23を被覆しており、薄膜抵抗61〜66が酸化されるのを防止できるため、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23の抵抗値を経時的に一定とすることができ、これにより信頼性を向上させることができる。絶縁層７の材料は、耐湿性を向上させるために、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも１種類より成るものとするとよい。これらは、被覆性を考慮して、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等により成膜することが望ましい。

また、絶縁層７は、通常のレジストを用いるドライエッチング法等により、所望の形状に加工することができる。そして、絶縁層７には、薄膜抵抗61〜66と引き出し電極層８との接続を確保するために導体ライン33，34に到達する貫通孔を設けている。その他でこの絶縁層７から露出させる部位としては、上部電極層４および半田端子部111，112のみとしておくことが、耐湿性向上の観点から好ましい。

次に、引き出し電極層８は、第１の可変容量素子Ｃ１の上部電極層５と一方の端子形成部111とを接続するとともに、または上部電極層５同士を連結させて、第２の可変容量素子Ｃ２と第３の可変容量素子Ｃ３と、第４の可変容量素子Ｃ４と第５の可変容量素子Ｃ５との各々を直列接続するものである。さらに、可変容量素子Ｃ２とＣ３と、Ｃ４とＣ５との各々にまたがる引き出し電極層８は、絶縁層７の貫通孔を通ってそれぞれ導体ライン33，34と接続している。この引き出し電極層８の材料としては、Ａｕ，Ｃｕ等の低抵抗な金属を用いることが望ましい。また、引き出し電極層８に対する絶縁層７との密着性を考慮して、Ｔｉ，Ｎｉ等の密着層を使用してもよい。

次に、半田端子部111，112を露出させて全体を被覆するように、保護層９を形成する。保護層９は、可変容量素子Ｃ１を始めとする可変容量コンデンサＣｔの構成部材を機械的に保護するほか、薬品等による汚染から保護するためのものである。ただし、この保護層９の形成時には、半田端子部111，112を露出するようにする。保護層９の材料としては、耐熱性が高く、段差に対する被覆性が優れたものが良く、具体的には、ポリイミド樹脂やＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂等を用いる。これらは、樹脂原料を塗布した後、所定の温度で硬化させることにより形成される。

半田拡散防止層10は、半田端子部111，112形成の際のリフローや実装の際に、半田端子部111，112の半田の下部電極層２への拡散を防止するために形成する。この半田拡散防止層10の材料としては、Ｎｉが好適である。また、半田拡散防止層10の表面には、半田濡れ性を向上させるために、半田濡れ性の高いＡｕ，Ｃｕ等を0.1μｍ程度形成する場合もある。

最後に、半田端子部111，112を形成する。これは、可変容量コンデンサＣｔの外部の配線基板への実装を容易にするために形成する。これら半田端子部111，112は、半田端子部111，112に所定のマスクを用いて半田ペーストを印刷後、リフローを行なうことにより形成するのが一般的である。

以上述べた可変容量コンデンサＣｔによれば、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23もしくはその一部に、窒化タンタルを含有し、かつ比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上の薄膜抵抗61〜66を用いることにより、薄膜抵抗61〜66のアスペクト比を低減して可変容量コンデンサＣｔの小型化を実現している。さらには、第１および第２バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23を支持基板１上に直接形成することにより、可変容量素子Ｃ１等の各素子を構成する層の数が低減されている。また、各素子を構成する各導体層や誘電体層等の形成工程を共通化できるため、構造が比較的複雑であるにもかかわらず、非常に簡単に形成することができる。

本発明の周波数可変アンテナによれば、以上のようにして作製される可変容量コンデンサＣｔを用いた可変容量コンデンサ部14がアンテナエレメント11と接地13との間に接続されていることから、アンテナエレメント11と接地13の間に形成される容量は可変容量コンデンサ部14による容量成分が加算されることになるので、可変容量コンデンサ部14の容量変化によりアンテナの動作周波数を可変とすることができるものとなる。

そして、本発明の無線通信装置（図示せず）は、以上のような本発明の周波数可変アンテナと、その周波数可変アンテナに接続された送信回路および受信回路の少なくとも１つとを具備するものである。また、所望に応じて無線通信を可能とするために無線信号処理回路が周波数可変アンテナ，送信回路または受信回路に接続されていてもよく、その他にも様々な構成を採り得る。

このような本発明の無線通信装置によれば、以上のような本発明の周波数可変アンテナと、それに接続された、異なる種々の周波数帯域の無線信号に対応した送信回路および受信回路の少なくとも１つとを具備することから、低背化および小型化が可能な１つの周波数可変アンテナでもって異なる種々の周波数に対応可能な、小型で高機能な周波数可変対応の無線通信装置となる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、上述の実施の形態の例では、アンテナエレメント11として逆Ｌアンテナを用いた例を示したが、図６に図１と同様の概念図で示す実施の形態の他の例のように、アンテナエレメント11に逆Ｆアンテナエレメントを用いて、そのアンテナエレメント11と接地13との間に可変容量コンデンサ部14を接続した周波数可変アンテナとしても構わない。このような例の場合には、アンテナの入力インピーダンスを給電位置で調整することができる、インピーダンス整合の容易なアンテナとなる。

また、図７に概念図を斜視図として示す実施の形態のさらに他の例のように、アンテナエレメント11に板状逆Ｆアンテナを用いて、そのアンテナエレメント11に対して可変容量コンデンサＣｔを有した可変容量コンデンサ部14を接地13との間に接続した周波数可変アンテナとしても構わない。なお、図７において、15はショートピンである。このような例の場合には、携帯電話用メインアンテナとしたときに人体への影響の小さい構成となり、比較的狭帯域特性の板状逆Ｆアンテナを、本発明による構成により多周波対応アンテナとして使用することができる。

また、上述の実施の形態の例では、バイアス供給回路である第１バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13および第２バイアスラインＢ21，Ｂ22，Ｂ23をそれぞれ共通バイアスラインとして共通のバイアス端子Ｖ１，Ｖ２間に設けた例としているが、バイアス供給回路である各バイアスラインＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23をそれぞれの可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に対して個別に設けた構成とした可変容量コンデンサＣｔとして、これを有した可変容量コンデンサ部14としても構わない。

本発明の周波数可変アンテナの実施の形態の一例を示す概念図である。 図１に示す周波数可変アンテナに用いる可変容量コンデンサの等価回路図である。 ５つの可変容量素子を有する可変容量コンデンサの例を示す透視状態の平面図である。 図３に示す可変容量コンデンサの作製途中の状態を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の周波数可変アンテナの実施の形態の他の例を示す概念図である。 本発明の周波数可変アンテナの実施の形態のさらに他の例を示す概念図としての斜視図である。 周波数可変アンテナの概念を示す等価回路図である。

符号の説明

１・・・支持基板
２・・・下部電極層
31、32、33、34・・・導体ライン
４・・・薄膜誘電体層
５・・・上部電極層
61、62、63、64、65、66・・・薄膜抵抗
７・・・絶縁層
８・・・引出し電極層
９・・・保護層
10・・・半田拡散防止層
11・・・アンテナエレメント
12・・・給電点
13・・・接地
14・・・可変容量コンデンサ部
111、112・・・半田端子部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５・・・可変容量素子
Ｃｔ・・・可変容量コンデンサ
Ｃ11・・・直流制限容量素子
Ｌ２・・・チョークコイル
Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13・・・第１バイアスライン（バイアス供給回路）
Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23・・・第２バイアスライン（バイアス供給回路）
Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ21、Ｒ22、Ｒ23・・・抵抗成分
Ｖ１，Ｖ２・・・バイアス端子

Claims (3)

1. アンテナエレメントと接地との間に可変容量コンデンサが接続されており、該可変容量コンデンサは、アンテナエレメント側端子と接地側端子との間に、印加電圧により誘電率が変化する薄膜誘電体層を用いた複数の可変容量素子が直流的に並列接続され、かつ高周波的に直列接続されていることを特徴とする周波数可変アンテナ。
2. 前記可変容量コンデンサは、複数の前記可変容量素子の電極に接続された、抵抗成分およびインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有することを特徴とする請求項１記載の周波数可変アンテナ。
3. 請求項１または請求項２記載の周波数可変アンテナと、該周波数可変アンテナに接続された送信回路および受信回路の少なくとも１つとを具備することを特徴とする無線通信装置。

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