JP2005526433A - スイッチ配列及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明のスイッチ配列は、中央位置の周囲で、基板上に配列された複数のＭＥＭＳスイッチを有し、ＭＥＭＳスイッチのそれぞれは、中央位置上で中心化された共通で仮想上の円形部分上に配置される。加えて、各ＭＥＭＳスイッチは、上記の仮想上の円形部分の周囲に沿って等間隔に好ましく配置される。また、ＭＥＭＳスイッチのそれぞれのＲＦポートを中央位置に接続する接点を設けている。

Description

発明の詳細な説明

（関連する出願に対する相互参照）
本願は、２００２年５月１５日出願の米国仮出願番号６０／３８１，０９９の優先権を主張し、この出願の内容を本願に取り込む。

（技術分野）
本発明は、単極及びハイブリッド回路に組み合わせた単投装置を用いて構築された単極多投スイッチに関する。本発明のスイッチは、多重層印刷回路基板を介して垂直中央位置の周囲に対称に配置される。本願の開示による述べるのは、低寄生リアクタンスを有する単極多投スイッチ及びこの装置を組み込んだアンテナである。

（背景技術）
本願は、参照文として２００３年５月１２日に出願した、タイトル”ＲＦ ＭＥＭＳ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”の米国特許仮出願番号６０／４７０，０２６号明細書（特許弁護士案件番号６２０６５０−７）の開示内容を取り込む。

一態様において、本発明は、単極を用いて、好ましくはスイッチマトリックスに組み合わされた単投装置を用いて構築された単極多投スイッチに関連する複数の問題を解決する。本発明のこの態様によると、このスイッチは、多重層印刷回路基板を介して好ましく垂直方向に存在する中央位置の周囲に対称に配置される。この構成において、最大数のスイッチが最小限の分離量にて共通ポートの周囲に配置され得る。このことにより、最も低い寄生リアクタンスを達成し、この回路に最大限の周波数反応性を付与する。さらに、種々の残留寄生リアクタンスは、全てのポートが同様の周波数反応性を有するように、共通ポート上の単一要素により適合可能となる。本願発明は、１×４スイッチについて述べるが、本発明の原理は、１×６スイッチ、１×８スイッチ又はこれ以上（１×Ｎ）スイッチに拡張されてもよい。また、かかるスイッチは、スイッチングされたビームダイバーシティアンテナを製造する目的でアンテナアレイに組み込まれてもよい。

本願に開示のスイッチ配列は、どのビバルディークローバーリーフアンテナが活性型となっているかを同定するため、ビバルディークローバーリーフアンテナに利便的に使用されてもよい。米国特許出願番号第０９／５２５，８３２号明細書（タイトル：Ｖｉｖａｌｄｉ Ｃｏｌｖｅｒｌｅａｆ Ａｎｔｅｎｎａ；２０００年５月１２日出願）は、このビバルディークローバーリーフアンテナの製造方法を開示する。なお、この文献を本願に取り込む。

本発明は、複数の出願内容を使用する。種々の通信システムにおける基本的要素のように、一般的なマイクロ波システムにおいて、単極多投無線スイッチには、多数の適用例がある。通信システムが複雑になるにつれ、複数のダイバーシティアンテナ、再構築可能レシーバー及び時空処理を必要とするので、より洗練された無線部品に対する必要性が増加している。これらの先進的な通信システムは、低寄生リアクタンスを有する単極多投スイッチを必要とする。かかるスイッチは、例えば、これら通信システムのアンテナシステムの接続において使用される。

本願の先行技術には、以下の文献を含む：
（１）Ｍ．Ａｎｄｏらによる”ＰｏｌｙｈｅｄｒａＩ Ｓｈａｐｅｄ Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ Ｃｏａｘｉａｌ Ｓｗｉｔｃｈ”、米国特許第６，２５２，４７３号明細書（２００１年６月２６日登録、Ｈｕｇｈｅｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡）。この特許は、バルクの機械的アクチュエーターを用いた導波管スイッチを開示する。

（２）Ｂ． Ｍａｙｅｒらによる”Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｏｖｅｓ ｆｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｓｓａｇｅｓ”、米国特許第６，２１８， ９１２号明細書（２００１年４月１７日登録、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＧｍｂＨに譲渡）。この特許は、機械的ローター構造を用いた導波管スイッチを開示する。

上述のいずれの特許も、本願に開示のタイプの単極多投スイッチに関する要求に関連する問題を解決していない。これらは放射状のデザインを有するが、（ｉ）ＭＥＭ装置及び（ｉｉ）マイクロストリップとは異なり、常套的な導波路を用いて構築される。放射状のデザインは、必要とされる垂直方向の接地バイアスがマイクロストリップ回路に一般的に使用されていないため、ＭＥＭ装置スイッチ及び／又はマイクロストリップスイッチに使用され得るかが不明である。さらに、市販で利用可能な多数のマイクロストリップスイッチの例は、本発明に直接適用し得ない。なぜなら、これらは、ＰＩＮダイオードやＦＥＴスイッチを典型的に使用するためであって、これらは、その配列を決定するバイアス回路に関する特定の要求性を有し、且つ、放射状のデザインに使用するのに便利ではないためである。

無線通信システム用の一般的な基本的要素として、単極多投スイッチに関する要求がある。近代的な無線（ＲＦ）システムに必要な特性を有する、かかる装置を提供する１つの手段は、ＲＦ微小電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチを使用することである。この問題に対する１つの解決法は、単一基板上にＩｘＮモノシリックＭＥＭＳスイッチを簡単に構築することである。しかしながら、このことが可能でない状況があり、或いは、達成可能でない場合、例えば、大型のファンアウト数（ｆａｎ−ｏｕｔ ｎｕｍｂｅｒ）などのモノシリック的な解決法において必要とする特性が存在する。これらの状況では、ハイブリッド的な手法を使用する必要がある。

所望のスイッチ回路を製造するのに、ＲＦ線に沿って、導波路基板上に単極多投ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを構築する方法は種々ある。可能なのは、図１に示した最も簡便な方法である。マイクロストリップライン５としてこの図に示した共通ポートは、複数のＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４がクラスター化されている近傍の位置６で終了する。ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４は、マイクロストリップ５の中心線から等距離に且つこれらの各側面上に横方向に、好ましく配置される。ポート１、２、３及び４は、この中心位置６から展開し、各ポートは、単一ＭＥＭＳスイッチにアドレスされる。一部のみを図示している基板を要素１２で示す。これらスイッチの１つ（例えばスイッチ１０−４）を閉口し、他の全てのスイッチ（スイッチ１０−１乃至１０−３）を開口することにより、ＲＦエネルギーは、マイクロストリップライン５で設けられた共通ポートから選択された選択可能ポート（この例ではポート４）へと、非常に低い損失で伝送され得る。このスイッチ回路もまた、共通ポートとこれら３つの開口ポートとの間と同様に、各選択可能ポート間で高い絶縁性を示す。

図１に示したデザインは新規であると考えられるが、複数の欠点を有する。理想的には、これら全てのＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４は、位置６の周囲で可能な限りかなり近接してクラスター化される必要がある。図１において、スイッチ１０は、端部位置６とは異なるスペースを有する。図１に示す場合のように、スイッチ１０が伝送線の長さだけ分離されていると、伝送線の長さは、種々のポートに対して寄生リアクタンスとして出現する。例えば、図１において、符号「Ｌ」で示した伝送線の長さ又は部分は、ポート１及び２に対して開口マイクロストリップスタブとして機能する。マイクロストリップ６のこの長さＬは、アンテナ技術において「スタブ」として参照され、これが出現する回路のインピーダンスに影響する。この実施例において、この効果は、望ましい現象ではない。不運なことに、ポート３、４の第２のペアは、第１のペア１、２に近接していない。なぜなら、これは、結果として得られるマイクロストリップラインの近接して分離したセクション間で所望しない結合をもたらすためである。さらに、マイクロストリップスタブで発生する寄生リアクタンスのため補完を所望する場合、これらは、同一のリアクタンスではないため、各ラインを別々に同調する必要がある。選択可能ポートのそれぞれに関して分離した同調要素を可能とするため、且つ、ＤＣバイアス線及びＲＦ信号線のための余地を可能とするため、回路の上部側面上にスペースが存在しない可能性がある。

（簡単な説明）
図１は、単極と多投とをハイブリッドした設計に、単極及び単投ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを組み合わせる簡単な方法を示すが、好適な設計は、残る図面について説明する。

一態様において、本発明は、基板の中央位置の近傍上に配置された複数のＭＥＭＳスイッチを有するスイッチ配列を提供し、各ＭＥＭＳスイッチは、かかる中央位置上に中心化された共通する仮想上の円形上に配置され、各ＭＥＭＳスイッチは、上記の仮想上の円形の周囲に沿って等間隔に配置され；且つ、本発明のスイッチ配列は、上記の中央位置で、上記のＭＥＭＳスイッチの１つのそれぞれのＲＦポートを接続する複数の接点を有する。

他の態様において、本発明は、スイッチ配列の製造方法を提供し、本方法は：円形パターンの基板上の一定の位置の周囲に複数のＭＥＭＳスイッチを配置するステップ；この基板上の上記の位置に相対して放射状パターンに配置された複数のＲＦ線を配置するステップ；及び上記の複数のＭＥＭＳスイッチを介して上記の基板上の上記の位置における共通接合位置に上記の複数のＲＦ線を接続するステップ；を有し、これにより、上記の複数のＭＥＭＳスイッチの１つの動作が、上記の複数のＲＦストリップ線の１つを上記の共通接合部に結合することを特徴とする。

（詳細な説明）
図１を参照すると、この図のデザインは、複数のポート１乃至４のスイッチをオンとすると、マイクロストリップライン６の共通ポートからのインピーダンスにおいて複数の問題を有する。この問題を解決する１つの方法を図２ａ及び図２ｂに示す。図２ａ及び図２ｂの配列は、多層印刷回路基板１２で好ましく構成され、その上には、共通ＲＦ線１４は、基板１２の底面１３上に形成され、且つ、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４の１×４スイッチマトリックスの中心の中央位置７へと金属メッキビア２０により接地平面１８を介して供給される。なお、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４の各スイッチは、ハイブリッド体として共通基板（図示せず）上に製造されてもよく、あるいは、個々に表面９に結合されてもよい。ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０のセットを有する（ダッシュを用いずに使用する場合は参照番号１０であって、本願において他の参照番号を使用する場合は、特定のスイッチとは異なって、一般にこれらＲＦ ＭＥＭＳスイッチを参照する）。図より分かるように、このセットにおけるスイッチ１０の数は、所望であれば、４以上であってもよい。

ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、中央位置７の周囲に配置され、好ましくは、図示するように放射状に配置される。この配置の利点は、中央位置７を介して規定される軸「Ａ」の周囲で回転することでのみ好ましく変化する同様の局部構造を利用することにより、選択可能ポート１乃至４のそれぞれが（同様のインピーダンスを包含する）同様のＲＦ環境を見る点である。従って、各ポート１乃至４は、同様のＲＦ特性を有する必要がある（或いは、少なくとも互いに略同一のＲＦ特性を有する必要がある）。さらに、この構造は、ＭＥＭＳ装置１０が出来る限り中央位置７に近接してクラスター化されるので、寄生リアクタンスが最小限に抑えられる必要がある。さらに、１×４スイッチマトリックスの場合、制御線ペア１１は、互いに対して一定の角度で配置されてもよく、これにより、これらの間での非常に低い接続性をもたらす。本実施例は、４つのポートを有するが、分かるように、この基本的な設計は、より大きな（或いは少ない）数のポートを設けるように改変されてもよい。

ＭＥＭＳスイッチ１０は、要素１２の中央位置７の近傍に円形の構造で好ましく配置される。スイッチ１０は、符号Ｂで特定される円形線にて示す円形構造上に存在する。また、このスイッチは、符号Ｂで特定される円形線の周囲に等間隔に好ましく配置される。ＭＥＭＳスイッチ１０は、回路基板１２の表面９上に直接個々に配置されてもよく、或いは、（順番に表面９上に取り付けられる）スイッチハイブリッド体として小型基板（図示せず）上に形成されてもよい。

ビア２０は、スイッチ１０が例えばボールボンディング技術を用いて架線され得る印刷回路基板１２の上面上にパッド８を好ましく有する。このスイッチ１０は、また、制御線ペア１１及びポート１乃至４にも架線される。

図２ａにおいて、中央位置７は、上記の接地平面から垂直金属メッキビア２０を介して、基板１２の上面に供給され、中央位置７で終了する。ＭＥＭＳスイッチ１０は、この中央位置の周囲で円周方向にクラスター化される。ＭＥＭＳスイッチ１０の中心は、ビア２０の軸Ａから離れた共通距離（共通半径）に好ましく配置される。これにより、多数のスイッチ１０が小領域に適合され得るようになり、上記のポート間の結合が最小限となる。１×４スイッチという特定の場合、ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４に関する結合は、ポート１乃至４へのＲＦマイクロストリップラインが互いに所定の角度で配置されるという事実によりさらに最小限となる。この構造における基板１２は、好ましく、埋没された接地平面１８を有する多層マイクロ波基板である。

ポート１乃至４に結合するＲＦマイクロストリップラインは、例えば、アンテナ構造の駆動要素を形成してもよく、或いは、アンテナ要素に結合されてもよい。かかる要素は、ＲＦ信号を送受信するのに使用されてもよい。

図３ａ及び図３ｂは、本発明の他の実施例を示し、複数のＤＣバイアス線が、基板１２に埋没された接地平面１８に接触するバイアス２１として導入される。バイアス２１は、ＭＥＭＳスイッチ１０上への設置の接続を促進するため、その上面上に形成されたパッド８を有してもよい。各バイアス線のペア１１は、アースライン２４及び単一又は制御線２３で構成されるので、各アースライン２４−１乃至２４−４は、バイアス２１により、特性を損失することなく、ＲＦ接地平面１８に結合されてもよい。これにより、１つのＤＣ制御接続２３−１乃至２３−４のみが各スイッチ１０−１乃至１−４に必要とされるのみであるので、回路への外部接続を減らすことができる。なお上記の接続は、図２ａ及び図２ｂの実施例と比較して全接続の半分である。

図３ａ及び図３ｃの配列に関する追加した可能性のある利点を図４に示す。中央位置７用に使用されるような供給ビア２０は、場合によって個々に寄生リアクタンスを有してもよい。外部一括要素２５として相補性リアクタンスＺを設けることにより、回路のＲＦ適合性を最適化してもよい。図４において、リアクタンスＺは、接地平面１８に結合された１つのバイアス２１を用いて接地するようにビア２０を占拠する。このインピーダンスの適合は中央ポート７上で行い且つ他の全てのポートは対称であるため、同様の適合構造Ｚは、全てのポートに作用する。上記の一括要素による解決法は、適合構造の一例であって、他の方法は、ＲＦ設計における当業者にとって明らかである。ＭＥＭＳスイッチ１０の接地接続は、直接金属メッキバイアス２１に架線されるか、或いは、これらに関連するパッド８に架線され、これらのいずれかは、上記の埋没された接地平面１８と電気的に接続状態にある。中央ＲＦポートを提供するビア２０は、接地平面１８におけるホール又は開口部１９を貫通する一方、バイアス２１は、接地平面１８と接触する。

図２ａ及び図２ｂの場合のように、図３ａ、３ｂ及び４の複数のＭＥＭＳスイッチ装置１０−１乃至１０−４は、基板を介して垂直軸Ａの周囲で、基板１２上に配置され、各スイッチ１０は、軸Ａ上（中央位置７）に中心化された円形配置で配置され、各スイッチ１０は、この円形配置を規定する仮想上の縁Ｂの周囲に沿って等間隔に好ましく配置される。従って、ＭＥＭＳスイッチ１０は、基板１２上の中央位置７の周囲に円形配置にて好ましく配置される。スイッチ１０は、符号Ｂで規定される円形線に示された部位の上に存在する。また、スイッチは、符号Ｂで特定される円形線の周囲に沿って等間隔に好ましく配置される。

図２ａ及び図３ａにおいて、ＤＣ制御線１１及び２２は、ＲＦ線１乃至４よりも薄く示されている。このＤＣ線がＲＦ線よりもさらに薄い場合、より高いインピーダンスを有し、ＲＦ線への結合はこれにより減少される。ＤＣ線がＲＦ線よりも薄く作られた場合の割合は、トレードオフの関係となる一方、これらの幅は、ＲＦ線の幅の約２５％以下であることが好ましいと考えられる。ＤＣ線は、所望しない結合を減少させるため、ＲＦ線から、少なくとも１つのＲＦ線分だけ分離されるべきである。ＭＥＭＳスイッチは、個々のスイッチ１０及び種々の線及び／又はパッドに結合されたワイヤー１３により、上述の、ＲＦ線、ＤＣ制御線、接地パッド又は線に架線されてもよい。

この配列に関するさらに別の実施例を図５ａ及び図５ｂに示す。この実施例において、各スイッチ１０に関連付けられたＤＣバイアススイッチ制御線２３、２４のいずれも、垂直金属メッキバイアス２１、２６を介して供給される。各スイッチ１０に関して、ライン（ライン２４）の１つは、接地平面１８に接触するビア２１により接地され、他の線（ライン２３）は、接地平面１８におけるホールを介するビア２６により、ＭＥＭＳスイッチ１０制御線として機能する基板１２の背面上のトレース２７に接続される。これにより、基板の前面におけるクラッター（スイッチ配列のＲＦ許容性を直接アシストしない線）を減少させ、且つ、スイッチ回路をより複雑とし得るようになり、ＲＦ線とＤＣバイアス線１１との間の結合を減少させ得るようになる。

図５ａ及び図５ｂの実施例において、ＤＣバイアス線１１の全ては、金属メッキバイアス２１、２６を通過する。これらの半分は、接地平面１８に接触し、他の半分は、接地平面を通過して基板１２の背面１３上のトレース２７に接触する。

放射状のスイッチ配列に関する共通のテーマに基づいた複数の構成が開示されており、この配列において、別々のＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、マイクロストリップライン１４の共通入力ポート７の周囲で構成され、ＲＦエネルギーは、複数の出力ポート（例えば、上述の４つのポートを有する実施例におけるポート１乃至４等）の１つにルーティングする。

本願に開示の装置の動作は、逆数状態（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）であって、出力ポートとして本願に述べる種々のポートは、中央位置７に存在する共通出力ポートに供給される複数の代替的な入力ポートとしても機能し得ることに留意すべきである。さらに、本願では１×４スイッチ回路について説明してきたが、その他の数のスイッチを有するスイッチ回路も、例えば、１×６、１×８又はこれ以上の数で可能であって、これらのデザインは、本願明細書の開示内容を完全に理解すれば、ＲＦデザインの当業者にとって明らかである。しかしながら、ＲＦ線及びＤＣバイアス線の混雑に起因して、多数のポートの認識が困難となる可能性がある。この問題は、図６ａ及び図６ｂに示す改変例を用いて解決可能である。この実施例において、ＲＦ及びＤＣ信号は、線１、２、３、４を共有する。ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４のＲＦ及びＤＣの両ポートは、図６ａに示すように互いに接続される。この信号のＤＣ部分は、スイッチのＤＣ回路のそれぞれにおいてインダクター３２−１乃至３２−４を用いることにより、ＲＦ部分から分離されてもよい。これらインダクターは、集中素子、印刷インダクター又は超高インピーダンスＲＦ線のいずれでもよい。他のインダクター３４もまた、図６ｂに示すＤＣ接地に由来するＲＦ信号を分離するのに使用してもよい。その場合、ビア２０に対する接続から離れたインダクター３４の端部は、接地電位において、線１５に結合される。ＤＣ信号が他のＲＦ成分に到達することを回避する必要がある場合、ＤＣブロッキング外部蓄電器を各ＲＦ線上に使用してもよい。これら蓄電器は、図面には示していない。図６ａ及び図６ｂは、４ポートの配置を示すが、他の実施例を簡単に利用するのには空間的な制約がある場合には、上記の改変を使用することはより適切である。

本発明の他の態様において、上述の放射状のスイッチ配列は、同一の基板１２を共有しても共有しなくてもよい印刷アンテナ構造と組み合わされる。図７の実施例において、印刷アンテナ配列４０は、フレアー・ノッチアンテナ間を規定する４つの導電性クローバーリーフ素子３６を好ましく有する。この図において、基板の背面に配置されたＤＣバイアス線１１ａ及び共通のＲＦ線１４を破線で示す。基板の主面上の選択可能ＲＦ線を実線で示す。導電性クローバーリーフ素子は、常套的な印刷回路基板製造技術を用いて基板１２の１つの面上に好ましく形成される。従って、クローバーリーフ素子３６は、例えば、銅張り印刷回路基板を適切にエッチングすることにより製造されてもよい。（破線で示す）底面上の線は、同様に、銅張り印刷回路基板を適切にエッチングすることにより製造されてもよい
各フレアノッチ３７は、別々のマイクロストリップライン１乃至４で供給され、各ラインは、アンテナのノッチを超え、バイアス３９において、基板１２の反対面上の接地平面１８に短絡される（図５ｂ参照）。これらのマイクロストリップラインは、上述の図のスイッチ配列に対して述べた同様の参照番号を付されたポート１乃至４に対応する。これらマイクロストリップラインを通過するＲＦエネルギーは、関連付けられたアンテナ構造から、アンテナが向けられた方向へと放射される（つまり、励起されるノッチアンテナのノッチの中央部分に沿って放射される）。ＤＣバイアスライン１１及び１１ａは、基板１２の底面上の共通コネクター４１にルーティングされ、ＲＦ入力は、ＭＥＭＳスイッチ１０が近接することにより同定された４つのアンテナ構造の１つにルーティングされた単一供給位置４２を好ましく有する（図５ａ参照。スイッチ１０は図７に明確に示すには小さすぎるが、これらは、位置７の周囲にクラスター化される）。バイアス線１１は、基板１２の上面上に配置される一方、バイアス線１１ａは、基板１２の底面上に配置される。これらは、互いに、バイアスにより基板１２を介して結合される。１つのビアのパッド８は、図７において符号を付されている（他のバイアスは、参照番号に関して利用可能なスペースが制限されているので符号を付していないが、このバイアスは、簡単に視覚し得る）。図７におけるバイアスは、実際の実施形態の位置に比べて中央位置７からさらに離れて配置されているように示しているが、これは、簡便に図示するためである。

図７に示したよりもより複雑な実施例を図８に示す。この実施例では、クローバーリーフ素子３６で規定された８つのフレアノッチ３７及び中央位置７においてＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０の単一１×８アレイを有する（図５ａ参照。スイッチ１０は、図８に簡単に示すには小さすぎるが、中央位置７の周囲でクラスター化される）。このアンテナは、共通の入力ポートを８つのフレアノッチアンテナ３７にルーティングするのに１×８ＭＥＭＳスイッチを使用する。この図面では、この配列の一般的な原理を示すのみであって、必要とされるＤＣバイアス線やインダクターを示さない。しかしながら、これらのバイアス線は、図７に示したのと同様であって、この実施例では４つのノッチ３７ではなく８つのノッチ３７を有するため、これらの線はより多くの数を必要とする。

図７及び図８は、安価な部品でスイッチングされるビームダイバーシティアンテナを製造するため、単極多投ＭＥＭＳスイッチをアンテナ配列４０と組み合わせ得ることを示す。図７に示した配列は、４つのフレアノッチ３７を使用する。なお、このフレアノッチ３７は、上述の通り放射状配列に好ましく配置された１×４ＭＥＭＳスイッチによりアドレスされる。

ハイブリッド状態の単極多投スイッチの好適実施例については、図３ａ及び図３ｂで述べた。この実施例はより簡便に製造され得る。図８のアンテナクローバーリーフのデザインは、８つのスロットが良好なダイバーシティ制御を提供するので、好適である。しかしながら、図１に述べた候補となる配列に関連した問題を解決する他の実施例及び他の方法もある。その１つの解決法を図９に示す。

図９の実施例は、本発明の好適実施例ではないが、金属メッキバイアスが使用できない場合など、本発明の幾つかを実施するのに利用し得る特定の適用例において、十分な利点を有する可能性のある実施例である。それは、モノシリック手法を採用した場合であって、バイアスと内部接地層とが可能でないか、或いは簡単に認識されない場合である。この実施例は、寄生リアクタンスを回避するため、個々のＭＥＭＳスイッチ１０が中央位置７の周囲に出来る限り近接して好ましくクラスター化されるという観念に立脚する。また、この実施例で認識するのは、多数のポートを有するデザインに関して可能ではない可能性である。なぜなら、マイクロストリップ伝送ラインが互いに近接され過ぎると、望ましくない結合が発生するためである。これらの問題を解決するため、種々の所望するサイズの１×Ｎスイッチに関する基礎的要素として１×３スイッチユニットＳＵを使用する。各ＳＵは、伝送線をＳＵの中央位置７に結合するため、ＭＥＭＳスイッチ１０のペアを有する。第１ユニットの各伝送ラインポート１、２は、ＭＥＭＳ装置１０を介してアクセスされる一方、次の伝送線ポート（例えば、第２ＳＵのポート３、４）は、１つ以上の第３のＭＥＭＳ装置４５を介してアクセスされる。なお、この装置４５は、ＲＦ信号を（ポート間の結合を最小限とするために必要な種々の長さで製造されている）中央伝送線４６のセクションに沿って次の１×３スイッチユニットＳＵにルーティングする。各スイッチユニットＳＵは、伝送線を結合するため、個々の中央位置７の近傍にクラスター化された２つ（或いは可能であればそれ以上）のＭＥＭＳスイッチ１０と、入射信号をさらに別のスイッチユニットＳＵに通過させるため他のＭＥＭＳスイッチ４５とを有する。このスイッチユニットＳＵ及びその他の各ブロックスイッチユニットＳＵにおいて、２つの（又はそれ以上）追加の伝送線は、個々のＭＥＭＳ装置１０をそれぞれ介してアドレスされてもよく、或いは、その信号は、第３のＭＥＭＳ装置４５を介して次のスイッチユニットＳＵに送信されてもよい。伝送線の使用しないセクションは、これらを使用しない際スイッチオフされるので、所望しない寄生リアクタンスを発生しない。もちろん、上述の実施例におけるＤＣバイアス方法の全てを同様にこの配列に適用してもよい。さらに、使用しない際必要としない所望しない伝送線のセクションをオフとすることを可能とするように、この方式のように１×３の基本的要素を使用するその他の配列もまた、本発明を理解した後には明らかである。本願に示す線形の伝送線に対抗するように、その他のデザイン例は、協強調的なスイッチ配列である。この協調的な配列において、１つの入力は２つの出力を供給し、これらのそれぞれは、２つ以上の出力を供給し、且つ、これらの出力は、端部において２^ｎの出力を有するまで、それぞれ、２つ以上の出力を供給する。これを図示する場合、複数の中間配置層を伴う協調組織チャートに類似する（従って、このように命名する）。

図９は、上述の実施例の中央金属メッキビア２０の特徴が可能でない場合に使用され得る代替的なデザインを示す。図９のデザインは、種々のサイズの１×Ｎスイッチのための基礎的要素として１×３スイッチＳＵを使用する。ＲＦ線のダングリングセクションは、これらを使用しない場合、寄生リアクタンスを発生するという知見に利点を有する。各１×３ユニットＳＵにおいて、第３スイッチ４５は、そのユニットにおけるこれらのポートの１つが関連するＭＥＭＳスイッチ１０に近接することにより選択される場合に、開口される。スイッチ１０が選択されない場合には、第３スイッチ４５は閉口され、その信号は、次のＳＵにルーティングされる。この構成を用いることにより、ユニット間のＲＦ線のセクションは、ＲＦ線のこれらのセクションが、使用されない場合、スイッチオフされるため、選択可能なポート間の結合を最小限とするのに必要とする限り存在してもよい。もちろん、この基本的要素の手法は、種々の１×Ｎスイッチの構成を製造するのに使用されてもよい。

ＭＥＭＳスイッチ１０は、中央位置７の周囲に円形配置で好ましく配置される。この実施例において、スイッチ１０、４５もまた、符号Ｂで特定される仮想上の円形上に好ましく存在する。スイッチ１０、４５及びセグメント４６は、符号Ｂで特定される周辺部分に沿って等間隔に好ましく配置される。

本明細書及び図面における構成要素の符号において、１０−２などの符号が存在する。（この場合における１０）などの第１の部分は、要素のタイプを参照し（つまり、この場合のＭＥＭＳスイッチ）、第２の部分（つまり、この場合には２）は、これらの要素（この場合、第２ＭＥＭＳスイッチ１０）の特定の１つを参照する。この符号の付し方は、一目瞭然であるが、過去に経験したことのない読者のため、このことを説明する。

ＭＥＭＳスイッチ１０−１乃至１０−４及び４５には、２０ｄＢ以上の戻り損失を増加させるため、蓄電器などの統合インピーダンス適合要素を設けてもよい。このため、米国特許仮出願番号第６０／４７０，０２６号明細書（２００３年５月１２日出願）で、タイトルが”ＲＦ ＭＥＭＳ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”（特許弁護士案件番号６２０６５０−７）に開示のＭＥＭスイッチは、本発明と組み合わせて使用するのに好適なＭＥＭスイッチと考えられる。

本発明による一実施例は、中央位置の周囲において、基板上に配置された複数のＭＥＭＳスイッチを有し、各ＭＥＭＳスイッチは、この中央位置上に中心化された共通で仮想上の円形上に配置される。加えて、各ＭＥＭＳスイッチは、この仮想上の円形の周囲に沿って等間隔に好ましく配置される。ＭＥＭＳスイッチの各々の１つのＲＦポートを中央位置に接続するため接点を設ける。

特定の実施例と組み合わせて本発明を述べてきたが、当業者には、本願の改変を特に示唆する。このように、本発明は、添付した特許請求の範囲に必要とされる以外の本願明細書に開示の実施例に限定されるものではない。

単極で単投のＲＦ ＭＥＭＳスイッチを単極多投ハイブリッド設計へと組み合わせるための１つの技術を示す。 本発明の一実施例に関する上面図である。 本発明の一実施例に関する側面図である。 本発明の別の実施例に関する上面図である。 本発明の別の実施例に関する側面図である。 図３ａ及び図３ｂの実施例に対する変法を示す。 本発明の他の別の実施例に関する上面図である。 本発明の他の別の実施例に関する側面図である。 本発明のさらに別の実施例に関する上面図である。 本発明のさらに別の実施例に関する側面図である。 フレア状のノッチアンテナと組み合わせて使用する図５ａ及び図５ｂのスイッチ配列を示す。 ８つのフレア状ノッチ要素を有するフレア状のノッチアンテナと組み合わせて使用する図５ａ及び図５ｂのスイッチ配列を示す。 図１のスイッチに比較して向上させた他の例を示す。

Claims (37)

1. （ａ）基板上の該基板を介した軸の周囲に配列され、該軸上の共通で仮想上の円形部分上に配置され、且つ、前記の仮想上の円形部分の周囲に沿って等間隔に配置された、複数のＭＥＭＳスイッチ；
   （ｂ）前記基板において、前記軸に平行に配列された、導電性ビア；及び
   （ｃ）前記の複数のＭＥＭＳスイッチのそれぞれの１つのＲＦポートを前記導電性ビアに接続する接点；
   を有することを特徴とするスイッチ配列。
2. 複数のスイッチユニットを備えるスイッチ配列であって、
   前記スイッチのそれぞれは、中央位置に結合された少なくとも２つのＭＥＭＳスイッチを有し、
   前記スイッチユニットの前記の少なくとも２つのＭＥＭＳスイッチは、少なくとも２つの伝送線ポートを前記中央位置に選択的に結合するように配列され、且つ
   少なくとも１つの第３ＭＥＭＳスイッチは、前記中央位置に結合され、且つ、前記の複数のスイッチユニットの近接する１つに関連付けられた中央位置に結合されるように適合されていることを特徴とするスイッチ配列。
3. （ａ）中央位置の周囲で基板上に配列され、前記中央位置に中心化された共通で仮想上の円形上に配置され、且つ、前記の共通で仮想上の円形の周囲に沿って等間隔に配置された、複数のＭＥＭＳスイッチ；及び
   （ｂ）前記ＭＥＭＳスイッチのそれぞれ１つのＲＦポートを前記中央位置に接続する接点；
   を有することを特徴とするスイッチ配列。
4. （ａ）複数のＭＥＭＳスイッチを基板上に一定位置の周囲に円形パターンに配置するステップ；
   （ｂ）前記基板上の前記一定位置に相対して放射状のパターンで配置された複数のＲＦ線を配置するステップ；及び
   （ｃ）前記の複数のＭＥＭＳスイッチが複数のＲＦストリップラインを共通接合部に結合するように、前記基板上の前記一定位置における共通接合位置に前記の複数のＭＥＭＳスイッチを介して前記の複数のＲＦ線を接続するステップ；
   を有することを特徴とするスイッチ配列の製造方法。
5. 前記基板は、接地平面を内部に有し、且つ
   前記導電性ビアは、前記接地平面に接触することなく、前記接地平面を貫通している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ配列。
6. 複数のストリップラインをさらに有し、
   該複数のストリップラインのそれぞれは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの１つのＲＦ接点に結合されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のスイッチ配列。
7. 前記の複数のストリップラインは、前記軸に相対して放射状に配列されていることを特徴とする請求項６に記載のスイッチ配列。
8. 前記ＭＥＭＳスイッチの少なくとも２つは、少なくとも２つの伝送線を前記中央位置に選択的に結合するように配列され、且つ
   前記の少なくとも２つの伝送線のペアは、互いに共直線性に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ配列。
9. 前記ＭＥＭＳスイッチの少なくとも１つは、伝送線セグメントを介して、当該スイッチ配列の前記中央位置を、他のスイッチ配列に関連付けられた中央位置に選択的に結合するように配列されていることを特徴とする請求項８に記載のスイッチ配列。
10. 前記基板は、接地平面を有し、
    当該スイッチ配列は、前記基板に導電性ビアをさらに有し、
    該ビアは、基板の主面に対する法線であり且つ前記中央位置を貫通する垂直軸に平行且つ該垂直軸上に配列され、且つ
    前記導電性ビアは、前記接地平面に接触することなく、該接地平面を貫通している、
    ことを特徴とする請求項８に記載のスイッチ配列。
11. 複数のストリップラインをさらに有し、
    該複数のストリップラインのそれぞれは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの１つのＲＦ接点に結合されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のスイッチ配列。
12. 前記の複数のストリップラインは、前記中央位置に相対して放射状に配列されていることを特徴とする請求項１１に記載のスイッチ配列。
13. 前記の複数のストリップライン及び前記の複数のＭＥＭＳスイッチは、前記基板の第１主面上に配置されていることを特徴とする請求項７又は１２に記載のスイッチ配列。
14. 前記基板の前記第１主面上に配置された複数の制御線をさらに有し、
    該制御線のそれぞれは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの関連付けられた１つに結合され、且つ、前記の複数のストリップラインの近接するストリップライン間に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のスイッチ配列。
15. 前記接地平面軸に平行に配列され、且つ、前記接地平面に接触する、複数の導電性ビアを前記基板にさらに有し、
    前記の複数のＭＥＭＳスイッチのそれぞれは、前記接地平面に接触する複数の導電性ビアの１つの架線されたＤＣグラウンド接点を有する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のスイッチ配列。
16. 前記中央位置上の導電性ビアを前記の複数の導電性ビアの１つの結合するインピーダンス装置をさらに有し、
    該インピーダンス装置は、前記基板の第２主面に近接して配置されている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のスイッチ配列。
17. 対に配列され、前記基板の前記第１主面上に配置された複数の制御線をさらに有し、
    該制御線のペアは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの関連付けられた１つに結合され、且つ、前記の複数のストリップラインの隣り合う２つのストリップラインの間に配置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のスイッチ配列。
18. 前記の複数の制御線のそれぞれは、第１幅を有し、
    前記の複数のストリップラインのそれぞれは、第２幅を有し、
    該第２幅は、前記第１幅の少なくとも３倍以上である、
    ことを特徴とする請求項１４又は１７に記載のスイッチ配列。
19. 前記スイッチユニットのそれぞれは、中心配置伝送線を有し、
    該中心配置伝送線は、前記スイッチユニットを前記の複数のスイッチユニットの近接する１つに関連付けられた前記の少なくとも１つの第３ＭＥＭＳスイッチに接続している、
    ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ配列。
20. 前記中心配置伝送線は、各スイッチユニットの前記中央位置から前記の複数のスイッチユニットの近接する１つに関連付けられた前記の少なくとも１つの第３ＭＥＭＳスイッチに線形に配列されていることを特徴とする請求項２０に記載のスイッチ配列。
21. エンドファイアー型ビバルディーアンテナのいずれかを活性化して制御するように、請求項３に記載のスイッチ配列と組み合わせて、クローバーリーフ型に配列された複数のエンドファイアー型ビバルディーアンテナを有することを特徴とするアンテナ。
22. エンドファイアー型ビバルディーアンテナの１つを活性化して制御するように、請求項３に記載のスイッチ配列と組み合わせて、クローバーリーフ型に配列された複数のエンドファイアー型ビバルディーアンテナを有することを特徴とするアンテナ。
23. 前記の複数のＭＥＭＳスイッチの少なくとも２つは、少なくとも２つのＲＦ線を前記一定位置に選択的に結合するように配列され、
    前記の少なくとも２つのＲＦ線のペアが、互いに共直線性に配置される
    ことを特徴とする請求項４の方法。
24. 前記の複数のＭＥＭＳスイッチの少なくとも１つは、前記基板上に配置された伝送線セグメントを介して、前記共通接合位置を、請求項４に記載の方法に従って製造した他のスイッチ配列に関連付けられた他の共通接合位置へと選択的に結合するように配列されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記基板に接地平面を設けるステップと、
    前記基板に、前記一定位置及び前記基板の主面に対する法線を介した軸に平行に且つ該軸上に配列された導電性ビアを設けるステップと、
    をさらに有し、
    前記導電性ビアは、前記接地平面に接触することなく、前記接地平面を貫通している、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記主面上に複数のストリップラインを配置するステップと、
    前記の複数のストリップラインのそれぞれ１つを前記の複数のＭＥＭＳスイッチの１つのＲＦ接点に結合するステップと、
    をさらに有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記の複数のストリップライン及び前記の複数のＭＥＭＳスイッチは、前記基板の第１主面上に配置されていることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記基板の前記第１主面上に複数の制御線を配置するステップをさらに有し、
    前記制御線のそれぞれは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの関連付けられた１つに結合され、且つ、前記の複数のストリップラインの近接するストリップライン間に配置されている、
    ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記軸に平行に配列されて、前記接地平面に接触する、前記基板に複数の導電性ビアを設けるステップをさらに有し、
    前記の複数のＭＥＭＳスイッチのそれぞれは、前記接地平面に接触する前記の複数の導電性ビアの１つに架線されたＤＣグラウンド接点を有する、
    ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. （ｉ）前記共通接合位置に結合された前記導電性ビアと、
    （ｉｉ）前記の複数の導電性ビアの少なくとも１つと、
    の間をインピーダンス装置が結合するステップをさらに有し、
    該インピーダンス装置は、前記基板の第２主面に近接して配置されている
    ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記基板上に対に配列された複数の制御線を配置するステップをさらに有し、
    該制御線のペアは、前記の複数のＭＥＭＳスイッチの関連付けられた１つに結合され、且つ、２つの近接するストリップライン間に配置されている、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
32. （ａ）共通ＲＦポートの周囲で、基板上に配列された複数のＭＥＭＳスイッチ；及び
    （ｂ）前記ＭＥＭＳスイッチのそれぞれの１つのＲＦポートを前記共通ＲＦポートに接続する接点；
    を有し、
    該ＲＦポートは、中心線を有し、
    該ＭＥＭＳスイッチのそれぞれは、前記ＲＦポートの前記中心線から等間隔に配置されている、
    ことを特徴とするスイッチ配列。
33. 前記ＲＦポートの前記中心線は、前記基板の主面に垂直に配置されていることを特徴とする請求項３２に記載のスイッチ配列。
34. 前記ＲＦポートの前記中心線は、前記基板の主面に平行に配置されていることを特徴とする請求項３３に記載のスイッチ配列。
35. 基板上に配列された複数のＭＥＭＳスイッチ；
    前記基板に配置された導電性ビア；及び
    少なくとも１つの前記ＭＥＭＳスイッチのＲＦポートを前記導電性ビアに接続する接点；
    を有することを特徴とするスイッチ配列。
36. 中央位置の周囲で、基板上に配列された複数のＭＥＭＳスイッチ；及び
    少なくとも１つの前記ＭＥＭＳスイッチのＲＦポートを前記中央位置に接続する接点：
    を有することを特徴とするスイッチ配列。
37. 一定位置の周囲で、基板上に、複数のＭＥＭＳスイッチを配置するステップ；
    前記基板上に複数のＲＦ線を配置するステップ；及び
    前記複数のＭＥＭＳスイッチを介して、前記の複数のＲＦ線を前記基板上の前記一定位置で共通接合位置に接続するステップ；
    を有することを特徴とするスイッチ配列の製造方法。

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