JP2007528664A

JP2007528664A - 改良された調整可能な遅延線

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Publication number: JP2007528664A
Application number: JP2007502749A
Authority: JP
Inventors: スパルタクゲボルギアン，; ハラルドヤコブソン，; トーマスレウィン，; ダンクイレンスティエルナ，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: ATE532230T1; EP1723690B1; US7642883B2; JP4351282B2; CN1926715A; CN100574005C; EP1723690A1; WO2005086276A1; US20070159271A1

Abstract

第１の主延長方向を有し且つ不導体基板上に配置される第１の導体を具備する調整可能な電磁遅延線は、第１の主面及び第２の主面を有し且つ前記第１の導体と前記基板とを分離する強誘電物質の層を更に具備し、第２の主延長方向を有する第２の導体を更に具備し、前記第１の主延長方向及び前記第２の主延長方向は実質的に互いに一致し、前記第１の導体及び前記第２の導体は、前記第１の主延長方向及び前記第２の主延長方向に沿った遅延線の中心線に対して鏡像関係にあり、前記調整は、前記第１の導体と前記第２の導体との間に電圧を印加することにより達成されることを特徴とする。

Description

本発明は、調整可能な電磁遅延線に関する。電磁遅延線は、第１の主延長方向を有する第１の導体を含み、前記第１の導体は、不導体基板上に配置される。

マイクロ波システムを備える現在の多くの電気システムにおいて、遅延線は共通の構成要素である。遅延線を使用する技術分野としては、例えばレーダシステム、増幅器及び発振器が挙げられる。

遅延線において使用される技術はその多くの構成要素が大型であり、通常経済効率が低く、標準の半導体技術に組み込むことが困難である。更に、遅延線は、調整可能であること、すなわち遅延時間を変更可能であることが非常に望ましい。また、最新の調整可能な遅延線は電力消費が大きいという欠点を有する。

従って、上述のように、サイズが小さく、電力消費が少なく且つ長い遅延時間を有することが可能である調整可能な遅延線が要求される。

この要求は、本発明により満たされる。本発明において、第１の主延長方向を有する第１の導体を含む調整可能な電磁遅延線が開示される。ここで、第１の導体は、不導体基板上に配置される。

本発明の遅延線は、第１の主面及び第２の主面を有する強誘電物質の層を更に含み、その層は、第１の導体と基板とを分離する。更に、遅延線は、第２の主延長方向を有する第２の導体を含む。

第１の主延長方向及び第２の主延長方向は実質的に互いに一致し、第１の導体及び第２の導体は、前記第１の主延長方向及び前記第２の主延長方向に沿った遅延線の中心線に対して鏡像関係にある。本発明の遅延線の調整は、前記第１の導体と前記第２の導体との間に電圧を印加することにより達成される。

この設計により提供される利点は、以下の詳細な説明において明らかとなるであろう。

図１において、本発明による調整可能な遅延線の第１の実施形態１００を平面図で示す。遅延線１００は、図１において矢印Ａで示される第１の主延長方向を有する第１の導体１１０を含む。遅延線１００は、第１の導体１１０に加え、図１において矢印Ｂで示される第２の主延長方向を有する第２の導体１２０を更に含む。

次に図２を参照すると、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った図１の構成１００の横断面図が示される。図２に示されるように、第１の導体１１０及び第２の導体１２０は、高い誘電率を有する強誘電物質の層１３０上に配置される。そのような物質の例には、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、並びに通常Ｂａ_xＳｒ_(1-x)ＴｉＯ₃で表されるＢａ、Ｓｒ及びＴｉＯ₃の種々の組合せ又は通常Ｎａ_xＫ_(1-x)ＮＯ₃で表されるＮａ、Ｋ及びＮＯ₃の種々の組合せがある。

強誘電物質の層１３０の下には、不導体物質の支持層又は基板２４０が配置される。図２において、装置１００の遅延Ｔの変更方法が概略的に示される。すなわち、交流制御電圧Ｖ_TUNEは、第１の導体１１０と第２の導体１２０との間に印加され、電圧は、所望の遅延Ｔを達成するように変更される。更に、図２において、２つの導体１１０、１２０の間に容量結合が存在することが破線で示される。

図１に戻ると、本発明の遅延線１００において、第１の導体１１０の第１の主延長方向Ａが第２の導体１２０の第２の主延長方向Ｂと実質的に一致することが示され、また、第１の導体１１０及び第２の導体１２０は、前記第１の主延長方向及び前記第２の主延長方向に沿った遅延線の中心線Ｃに対して鏡像関係にあることが示される。

図１に示されるように、第１の導体１１０は蛇行した形状であり、第２の延長方向を有する部分１１１と第３の延長方向を有する部分１１３とを交互に含むことにより構成されるのが好ましい。第２の導体１２０は、第４の延長方向を有する部分１１２と第５の延長方向を有する部分１１５とを交互に含むことにより構成される。

本発明によると、第２の延長方向及び第４の延長方向は実質的に互いに一致し、また、第３の延長方向及び第５の延長方向は実質的に互いに一致する。

図１に示される実施形態において、第１の導体の第２の延長方向及び第３の延長方向は、実質的に互いに垂直であり、第２の延長方向は、第１の導体の第１の主延長方向と実質的に一致する。図１に示される実施形態の蛇行した形状のため、これは、第１の導体及び第２の導体の双方が、「直進」、すなわち装置の全体の方向を向く１つの部分と、装置の全体の方向に対して垂直である１つの部分とを有することを意味する。双方の導体はそのような部分を交互に有し、それにより、本実施形態における導体は蛇行した形状となる。

先に説明され且つ図２にも示されたように、装置の２つの導体の間には容量結合が存在する。

本発明の別の実施形態３００を図３に示す。本実施形態は、装置のインピーダンスの適正化に関して更なる柔軟性を与える。図１及び図２の装置１００は、蛇行線状のインダクタを含み、蛇行線の間の物質が結果的に容量結合の役割を果たしている。これに対して、実施形態３００はコンデンサを装備し、これは、図３において破線で示され且つ図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図である図４に示される。

図３及び図４に示されるように、実施形態３００は、図１及び図２の実施形態１００と同様の蛇行した形状の第１の導体３１０及び第２の導体３２０を含む。しかし、実施形態３００は、不導体基板と強誘電物質の層との間に配置される第３の導体３５０を更に含む。第３の導体は、前記第１の延長方向及び前記第２の延長方向に対して実質的に垂直な延長方向に、第１の導体の下方の点から第２の導体の下方の点まで延在するように配置される。

第３の導体３５０は、装置３００の全体の方向Ａ／Ｂを向く第１の導体及び第２の導体の設置範囲において、第１の導体３１０及び第２の導体３２０の下方に配置されるのが好ましい。ここで、第３の導体は、第１の導体と第２の導体とを「接続」するように配置される。本明細書において、「接続」の語は、第３の導体の少なくとも第１の部分が第１の導体の下方に位置付けられ、第３の導体の少なくとも第２の部分が第２の導体の下方に位置付けられるという意味で使用される。コンデンサは、第１の導体及び第２の導体と第３の導体との間にそれぞれ形成される。

そのような第３の導体は、第３の導体３５０の位置として規定された上記条件を満足する装置３００の全ての場所又は殆どの場所に配置されるのが適切である。従って、本発明の装置３００は、そのような導体を複数提供し、全ての導体は、装置３００の対応する場所に位置付けられる。

遅延線３００の遅延の調整は、図４に示されるように、第１の導体３１０と第２の導体３２０との間に直流電圧を印加することにより達成される。

本発明にかかる装置の更に別の実施形態５００を図５の（ａ）〜（ｃ）に示す。本実施形態は、抵抗損を低減する方法を示す。第１の導体パターンにおいて、図５（ｃ）に示される遅延線５０５は、装置の最下層に、すなわち基板と強誘電物質との間に形成される。ここで、第１の遅延線５０５は、図１及び図３に示される遅延線と実質的に同様である。すなわち、第１の遅延線５０５は、共通の全体の方向に延在する実質的には互いに平行する２つの蛇行した形状の導体５１０、５２０を有する。それら導体は、導体の間にある中心線Ｃに対して実質的に鏡像関係にある。前記中心線は、装置の全体の方向に延在する。

遅延線５０５の２つの導体は、「直進」、すなわち装置の全体の方向を向く１つの部分５３２と、装置５００の全体の方向Ｃに対して垂直である１つの部分５３１とを有する。双方の導体５１０、５２０は、そのような部分を交互に有し、各部分は、次の部分に接合される。各導体は、装置の全体の方向に関して「外側」を向く２つの平行な部分５３１、５３４の反復パターンを有する。この時、前記２つの平行な部分は、装置の「外側」エッジで、前記２つの平行な部分に対して垂直である導体５３２により接合されている。前記２つの平行な部分５３１、５３４の各々は、蛇行パターンの「内側端部」である他方の端部で、導体５３３により隣接部分に対して接合される。導体５３３は、平行な部分の方向に対して垂直である。

線ＩＶ−ＩＶに沿った図５の装置の横断面図である図６に示されるように、装置は、強誘電層上に配置された第２の導体パターン５１０を更に含む。第２の導体パターンは、図５の（ｂ）の平面図に示される。図５の（ｂ）において、第２の導体パターンは、第１の導体パターンと同様であるが、「内側端部」に接合導体５３３を提供しない点が異なる。

装置５００において、第１の導体パターン及び第２の導体パターンは、対応する部分が互いに「被覆」し合うように配置され、その結果として得られる装置を図５の（ａ）に示す。図５の（ｂ）に示されるように、第２の導体パターン５１０は、第１の導体パターンの「内側エッジ」で接合ストリップを接続する導体ストリップ５１２を更に提供する。すなわち、第２の導体パターンにおける接続ストリップ５１２は、第１の導体パターンの各蛇行線において、１つの接続ストリップを被覆又は接続するように、装置の全体の方向に対して垂直な方向に延在する。

図１〜図５に示し且つ上述した遅延線の特性は、多くの利点を提供する。しかし、インダクタストリップ間、すなわち蛇行線間に不適切な相互結合が存在し、それにより、装置の総インダクタンスは減少し、装置の遅延時間に悪影響が及ぶ。

図７は、本発明の実施形態７００を示す。実施形態７００は、ストリップ間の不適切な相互結合の問題を改善する。装置は、強誘電層の異なる側に配置される第１の導体パターン７１０及び第２の導体パターン７２０を含む。各導体パターンは、装置の全体の方向Ｃに関して、４５度で配置される部分又は−４５度で配置される部分を交互に含む。しかし、第１の導体の第１の部分７２１が４５度で配置される場合、第２の導体の第１の部分７１３は−４５度で配置され、２つの導体は、異なる方向を向く部分が互いに交差するように配置される。このように配置することにより、部分は９０度の角度で互いに交差し、それにより、ストリップ間の不適切な磁気結合が実質的に除去される。

更に一般的には、図７に示される実施形態は、以下のように説明される。第１の導体７１０は、第２の延長方向７１２の部分及び第３の延長方向７１１の部分を交互に含む。第２の延長方向７１２は、装置の主延長方向Ｃに関して角度αであり、第３の延長方向７１３は、装置の主延長方向Ｃに関して角度βである。αは０〜９０度の範囲であり、βは９０〜１８０度の範囲である。

また、第２の導体７２０は、第４の延長方向７１３の部分及び第５の延長方向７１４の部分を含む。第４の延長方向は、装置の主延長方向Ｃに関して角度α’であり、第５の延長方向は、装置の主延長方向Ｃに関して角度β’である。α’は−９０〜０度の範囲であり、β’は−１８０〜−９０度の範囲である。

第２の延長方向の第１の導体の部分７１２が第４の延長方向の第２の導体の部分７１３と交差し且つ第３の延長方向の第１の導体の部分７１１が第５の延長方向７１４の第２の導体の部分と交差するように、第１の導体７１０及び第２の導体７２０は遅延線７００に配置される。

図８は、図７の装置のバージョン８００を示す。本実施形態において、２つのストリップ８１０、８２０の部分は互いに交差せず、それらは、各導体の２つの隣接する部分が互いに接合する点で、各層において一致するか又は「互いに被覆する」。そのような１つの点８１５は、理解し易いように、図８において丸で囲まれている。

図１〜図８に示され且つ上述された本発明の複数のバージョンは、広帯域の用途に優れた特性を提供する。しかし、図９は、更に適切な広帯域特性を達成する方法を示す。図７の基本設計に準拠しているが、装置の幅は徐々に狭くなる。

図９に示すような装置の幅を徐々に狭くする方法に替わる方法として、図１０に示すように、装置は、徐々に狭くされた寸法と同一の寸法で、幅が狭くなり且つ再び広くなることが繰り返される。

図１１の（ａ）及び（ｂ）において、本発明の変形例が示される。それら変形例は、装置における静電容量の適正化への可能性を向上する。本発明のそれらの変形例において、不導体基板により支持される強誘電層の各側に位置付けられる２つの導体線１１１０、１１２０が存在し、図７の例と同様に、線１１１０、１１２０は、好ましくは９０度の角度で互いに交差する部分を有する。しかし、それら変形例において、部分が互いに交差する場合、部分のうちの一方は、交差している全ての領域又は殆どの領域において、好ましくは正方形の形状をした孔部をそれぞれ有するように変更されるか、あるいは非常に狭い幅を提供する。

図１２の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の別の実施形態１２００における構成要素の平面図を示し、図１２の（ｃ）は、実施形態１２００の全体の平面図を示す。本実施形態において、損失は減少し、処理許容は増加する。また、本実施形態は、中央の浮動接地を除去すると同時に、必要なバイアス電圧を減少する静電容量を使用する。

図１２の（ａ）は最下層を示し、図１２の（ｂ）は最上層を示す。双方の層は導体であり、図７〜図１１に示される実施形態の導体と同様の方法で分離される。

最下層の導体（図１２の（ａ））及び最上層の導体（図１２の（ｂ））は実質的に同一の設計であり、各導体の対応する部分が互いに「被覆」し合うように、「順次上に」配置されることが意図される。この時、導体間に上記分離層を有する。各導体は２つの蛇行した形状の導体パターンを含み、それらパターンは、導体の方向に延在する前記導体間の中心線に対して鏡像関係となるように配置される。各蛇行パターンは、導体の全体の延長方向に対して垂直に延在する互いに平行な部分と、導体の全体の延長方向と一致する延長方向を有する互いに平行な部分とを有する。前記２つの種類の部分は、蛇行パターンになるように交互になっている。各蛇行線において、導体の全体の延長方向と一致する延長方向を有する部分には、他方の蛇行線に最も近接する部分と、他方の蛇行線から最も離間する部分とが存在する。

所望の容量結合を達成するために、最下層の導体において、「最近接」部分は、他方の蛇行線に向かう先端が細線となる突起部を１つおきに含み、また、前記細線のわずかな「貫入」を可能にする凹部を１つおきに含む。

最上層の導体において、前記凹部を有する最下層の導体の最近接部分に対応する「最近接」部分は、正方形又は長方形の孔部を含む。孔部は、装置の他の平面においては装置の生産許容誤差を増加するが、細線の前記貫入部分を「囲む」よう構成されている。

本発明の第１の実施形態を示す平面図である。図１の装置を示す線ＩＩ−ＩＩに沿った横断面図である。本発明の第２の実施形態を示す平面図である。図３の装置を示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った横断面図である。本発明の別の実施形態を示す平面図である。図５の装置を示す線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。本発明の種々の他の実施形態を示す平面図である。

Claims

第１の主延長方向（Ａ）を有し且つ不導体基板（２４０、３４０）上に配置される第１の導体（１１０、３１０）を具備する調整可能な電磁遅延線（１００、３００）であって、
第１の主面及び第２の主面を有し且つ前記第１の導体（１１０、３１０）と前記基板（２４０、３４０）とを分離する強誘電物質の層（１３０、３３０）を更に具備し、
第２の主延長方向（Ｂ）を有する第２の導体（１２０、３２０）を更に具備し、
前記第１の主延長方向及び前記第２の主延長方向は実質的に互いに一致し、前記第１の導体（１１０、３１０）及び前記第２の導体（１２０、３２０）は、前記第１の主延長方向（Ａ）及び前記第２の主延長方向（Ｂ）に沿った遅延線の中心線（Ｃ）に対して鏡像関係にあり、
前記調整は、前記第１の導体と前記第２の導体との間に電圧を印加することにより達成されることを特徴とする調整可能な電磁遅延線（１００、３００）。
前記第１の導体（１１０、３１０）は、第２の延長方向を有する部分及び第３の延長方向を有する部分を交互に含み、前記第２の導体（１２０、３２０）は、第４の延長方向を有する部分及び第５の延長方向を有する部分を交互に含み、前記第２の延長方向及び前記第４の延長方向は実質的に互いに一致し、前記第３の延長方向及び前記第５の延長方向は実質的に互いに一致することを特徴とする請求項１記載の調整可能な電磁遅延線（１００、３００）。
前記基板と前記強誘電物質の層との間に配置された第３の導体（３５０）を更に具備し、前記第３の導体は、前記第１の延長方向及び前記第２の延長方向に対して実質的に垂直な延長方向に、前記第１の導体の下方の点から前記第２の導体の下方の点まで延在するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の調整可能な電磁遅延線（３００）。
前記第１の導体及び前記第２の導体が前記強誘電層の主面に関して両側になるように、前記第２の導体（５０５、７１０）は、前記強誘電層と前記基板との間に配置されることを特徴とする請求項２記載の調整可能な電磁遅延線（５００、７００）。
前記第１の導体の第２の延長方向（７１２）は、前記第１の主延長方向に関して角度αであり、前記第１の導体の第３の延長方向（７１３）は、前記第１の主延長方向に関して角度βであり、αは０〜９０度の範囲であり、βは９０〜１８０度の範囲であることを特徴とする請求項４記載の調整可能な電磁遅延線（７００、８００）。
前記第２の延長方向の前記第１の導体の部分（７１２）が前記第４の延長方向の前記第２の導体の部分（７１３）と交差し且つ前記第３の延長方向の前記第１の導体の部分（７１１）が前記第５の延長方向の前記第２の導体の部分（７１４）と交差するように、前記第１の導体（７１０）及び前記第２の導体（７２０）は前記遅延線に配置されることを特徴とする請求項４又は５記載の調整可能な電磁遅延線（７００）。
前記第２の延長方向の前記第１の導体の部分及び前記第３の延長方向の前記第１の導体の部分が交差する点（８１５）が、前記第３の延長方向の前記第３の導体の部分及び前記第４の延長方向の前記第３の部分が交差する前記第３の導体における点にオーバラップするように、前記第１の導体（８１０）及び前記第２の導体（８２０）は前記電磁遅延線に配置されることを特徴とする請求項４又は５記載の調整可能な電磁遅延線（８００）。