JP4606367B2 - 高周波スイッチならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器およびレーダ装置 - Google Patents

高周波スイッチならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器およびレーダ装置 Download PDF

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本発明は、マイクロ波、準ミリ波帯およびミリ波帯などの高周波帯で用いられる高周波スイッチならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器およびレーダ装置に関するものである。
従来の技術の高周波スイッチは、電子式のスイッチであって、ＦＥＴ（Field Effect
Transistor）およびＰＩＮ（P-Intrinsic-N）ダイオードなどの半導体素子によって形成されている（たとえば非特許文献１参照）。
また他の従来の技術の高周波スイッチとして、微細電子機械システム（Micro Electro
Mechanical System）技術を用いて形成されるＭＥＭＳ高周波スイッチがある（たとえば特許文献１参照）。
M. J. Schindler and A. Morris, "DC-40 GHz and 20-40 GHz MMIC SPDT Switches," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-35, No.12, pp. 1486-1492 (1987) 特開平９−１７３００号公報
しかしながら、ＦＥＴおよびＰＩＮダイオードなどの半導体素子を用いる高周波スイッチは、特にミリ波帯のような高周波においては寄生成分の影響が大きくなるので、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることが難しいという問題点がある。必要なＯＮ／ＯＦＦ比を得るために高周波スイッチを何段にも構成すると、大型化し、また挿入損失が大きくなるという問題点がある。
またＭＥＭＳ高周波スイッチは、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることはできるが、機械的な駆動部分があるので、長期間の駆動に関する信頼性は十分と言えないという問題点がある。
したがって、本発明の目的は、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器およびレーダ装置を提供することである。
本発明の高周波スイッチは、印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含み、かつ誘電体から成る第１誘電体部、誘電率が前記第１誘電体部の誘電率よりも小さく、かつ前記第１誘電体部を挟持している第２誘電体部、および、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を伝播する電磁波の伝播方向と前記第１誘電体部および前記第２誘電体部の積層方向との２つの方向に対して垂直な方向において、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を挟持する一対の平板導電体部、を含んで形成されている伝送線路と、
前記積層方向において前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を挟み、かつ前記一対の平板導体部の間隔より小さい間隔をあけて設けられる電極とを含んでおり、
前記伝送線路は、カットオフ特性を有しており、前記変化部に印加される電界に応じてカットオフ周波数が、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるように構成されていることを特徴とする。
また本発明の高周波スイッチは、前記一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部を伝播する電磁波の波長の２分の１以下であることが好ましい。
また本発明の高周波スイッチは、印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含み、かつ誘電体から成る誘電体部、および、前記誘電体部の表面に設けられる導電体部、を含んで形成されている伝送線路を含んでおり、
前記導電体部は、前記誘電体を伝播する電磁波の伝播方向に直交する方向において離間し、前記変化部に電界を印加する第１電極および第２電極を含んでおり、
前記伝送線路は、カットオフ特性を有しており、前記変化部に印加される電界に応じてカットオフ周波数が、前記誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるように構成されていることを特徴とする。
また本発明の高周波送信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、前記高周波発振器からの高周波信号を伝送する高周波伝送線路と、
前記高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射するアンテナと、
前記高周波伝送線路に挿入され、前記伝播状態とすることによって前記高周波伝送線路に伝送される高周波信号を透過し、前記カットオフ状態とすることによって前記高周波伝送線路に伝送される高周波信号を遮断する前記高周波スイッチとを含むことが好ましい。
また本発明の高周波送受信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサとを含み、
前記切替器は、前記高周波スイッチを２つ備え、第１高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を遮断し、第２高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を遮断することが好ましい。
また本発明の高周波送受信器は、前記分波器は、ハイブリッド回路またはサーキュレータによって形成されることが好ましい。
また本発明の高周波送受信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサとを含み、
前記分波器は、前記高周波スイッチを２つ備え、第３高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を遮断し、第４高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を遮断することが好ましい。
また本発明の高周波送受信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサと、
前記伝播状態としたときに高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記第１〜第３伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される前記高周波スイッチとを含むことが好ましい。
また本発明のレーダ装置は、前記高周波送受信器と、
前記高周波送受信器からの中間周波信号に基づいて探知対象物までの距離を検出する距離検出器とを含むことが好ましい。
本発明によれば、一対の電極に電圧を印加することによって、変化部に電界を印加することができる。変化部は、印加電界の大きさに応じて誘電率が変化するので、すなわち一対の電極に印加される電圧に応じて、伝送線路におけるカットオフ周波数を変更することができる。変化部に印加される電界に応じて、伝送線路におけるカットオフ周波数が、第１誘電体部および第２誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、前記電磁波の周波数より高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるので、電極に印加する電圧を変化させることによって、前記伝播状態と前記カットオフ状態とを容易に切り替えることができる。スイッチング態様がＯＦＦ状態の時は、カットオフ状態になるので、本質的に高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また、機械的な駆動部分がないため、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを実現することができる。
また、第１誘電体部を挟持して、第１誘電体部の誘電率よりも小さな誘電率を有する第２誘電体部が設けられる誘電体部が形成され、誘電体部を伝播する電磁波の伝播方向と、第１および第２誘電体部の積層方向との、２つの方向に垂直な方向において一対の平板導電体部に、前記誘電体部が挟持されることによって、誘電体部および平板導電体部がカットオフ特性を有する、すなわちカットオフ周波数を有する伝送線路を形成する。
電磁波は、一対の平板導体部および第２誘電体部に挟まれる第１誘電体部を主に伝播する。第１誘電体部に変化部が含まれるので、変化部の誘電率の変化が、カットオフ周波数に与える影響を大きくして、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また一対の電極は、前記積層方向において誘電体部を挟むので、一対の電極に電圧を印加することによって、変化部に電界を印加することができる。一対の電極の間隔は、一対の平板導電体部の間隔より小さいので、一対の平板導体部によって変化部に電界を印加するよりも大きな電界を変化部に電界を印加することができ、低い電圧で大きな電界を変化部に与えることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を持ち、かつ低電圧で動作する高周波スイッチを実現することができる。
また第１誘電体部を電極によって挟持させると、すなわち第１誘電体に電極を接触させると、常にカットオフ状態となり電磁波が伝播することができなくなってしまうが、第１誘電体部の誘電率よりも小さな誘電率の第２誘電体部が第１誘電体部と電極との間に介在するので、電極部において電磁波が十分減衰するため、定常的にカットオフ状態となってしまうことを防止することができる。第２誘電体部は、第１誘電体部のうち最も誘電率が低い部分の誘電率よりも低い誘電率を有する。
また本発明において、一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部を伝播する電磁波の波長の２分の１以下である場合がある。この場合、伝送線路が非放射性誘電体線路を構成するので、不要な放射を抑制して、挿入損失が小さい高周波スイッチを実現することができる。
また本発明によれば、第１電極および第２電極間に電圧を印加することによって、変化部に電界を印加することができる。変化部は、印加電界の大きさに応じて誘電率が変化するので、第１電極および第２電極間に印加される電圧に応じて、伝送線路におけるカットオフ周波数を変更することができる。変化部に印加される電界に応じて、伝送線路におけるカットオフ周波数が、誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、前記電磁波の周波数より高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるので、第１電極および第２電極間に印加する電圧を変化させることによって、前記伝播状態と前記カットオフ状態とを容易に切り替えることができる。スイッチング態様がＯＦＦ状態の時は、カットオフ状態になるので、本質的に高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また、機械的な駆動部分がないため、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを実現することができる。
また本発明に係る高周波スイッチは、高周波発振器と高周波伝送線路とアンテナとを備える高周波送信器において、前記高周波伝送線路に挿入されて用いられる場合がある。この高周波送信器によれば、高周波スイッチが伝播状態のとき、高周波発振器が発生した高周波信号は高周波スイッチを透過するので、高周波伝送線路を伝送されてアンテナに与えられ、電波として放射される。また高周波スイッチがカットオフ状態のとき、高周波発振器が発生した高周波信号は高周波スイッチを透過しないので、遮断されて、アンテナからは放射されない。高周波スイッチの伝播状態とカットオフ状態とを切換えることによって、アンテナからパルス信号波を放射することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを用いることによって、信頼性の高い高周波送信器を実現することができる。
また本発明に係る高周波スイッチは、第１、第２および第３端子を有し、第１端子が第１高周波伝送線路に接続され、第１端子に与えられる高周波信号を第２端子または第３端子に選択的に出力する切替器を備える高周波送受信器において、前記切替器を構成する高周波スイッチとして用いることができる。この高周波送受信器によれば、高周波発振器が発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路に伝送されて切替器の第１端子に与えられ、切替器の第２端子から第２高周波伝送線路に与えられ、分波器の第４端子に与えられて、分波器の第５端子から第３高周波伝送線路に与えられて、アンテナから放射される。またアンテナによって受信した高周波信号は、第３高周波伝送線路に与えられて、分波器の第５端子に与えられ、分波器の第６端子から第５高周波伝送線路に与えられて、ミキサに与えられる。またミキサには、切替器の第３端子から第４高周波伝送線路を介して、高周波発振器が発生した高周波信号がローカル信号として与えられる。ミキサは、高周波発振器が発生した高周波信号とアンテナによって受信した高周波信号とを混合して、中間周波信号を出力することによって、受信した高周波信号に含まれる情報が得られる。
切替器は、前記高周波スイッチを２つ備え、第１高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を遮断し、第２高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を遮断する。第１高周波スイッチが伝播状態のときに、第２高周波スイッチをカットオフ状態とし、第１高周波スイッチがカットオフ状態のときに、第２高周波スイッチを伝播状態とすることによって、第１端子から入力される高周波信号を、第２および第３端子から選択的に出力することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを用いて切替器を構成することによって、信頼性の高い高周波送受信器を実現することができる。
また本発明に係る高周波スイッチは、前記高周波送受信器であって、分波器がハイブリッド回路またはサーキュレータによって形成される高周波送受信器を構成する高周波スイッチとして、用いることができる。この高周波送受信器において、前記分波器は、ハイブリッド回路によって形成されてもよいし、サーキュレータによって形成されてもよい。ハイブリッド回路は、方向性結合器であって、マジックＴ、ハイブリッドリングまたはラットレースなどによって実現される。
また本発明に係る高周波スイッチは、第４、第５および第６端子を有し、第２高周波伝送線路を介して第４端子に与えられる高周波信号を第５端子に出力し、かつ第５端子に与えられる高周波信号を第６端子に出力する分波器を備える高周波送受信器において、前記分波器を構成する高周波スイッチとして、用いることができる。この高周波送受信器によれば、高周波発振器が発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路に伝送されて切替器の第１端子に与えられ、切替器の第２端子から第２高周波伝送線路に与えられ、分波器の第４端子に与えられて、分波器の第５端子から第３高周波伝送線路に与えられて、アンテナから放射される。またアンテナによって受信した高周波信号は、第３高周波伝送線路に与えられて、分波器の第５端子に与えられ、分波器の第６端子から第５高周波伝送線路に与えられて、ミキサに与えられる。またミキサには、切替器の第３端子から第４高周波伝送線路を介して、高周波発振器が発生した高周波信号がローカル信号として与えられる。ミキサは、高周波発振器が発生した高周波信号とアンテナによって受信した高周波信号とを混合して、中間周波信号を出力することによって、受信した高周波信号に含まれる情報が得られる。前記分波器は、前記高周波スイッチを２つ備え、第３高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を遮断し、第４高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を遮断する。第３高周波スイッチが伝播状態のときに、第４高周波スイッチをカットオフ状態とし、第３高周波スイッチがカットオフ状態のときに、第４高周波スイッチを伝播状態とすることによって、第４端子から入力される高周波信号を第５端子から出力し、第５端子から入力する高周波信号を第６端子に出力することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを用いて切替器を構成することによって、信頼性の高い高周波送受信器を実現することができる。
また本発明に係る高周波スイッチは、高周波発振器と第１〜第５高周波伝送線路と切替器と分波器とアンテナとミキサとを備える高周波送受信器において、前記第１〜第３高周波伝送線路のうちの少なくとも１つに挿入されて用いられる場合がある。この高周波送受信器によれば、第１〜第３高周波伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される高周波スイッチの全てを伝播状態とすることによって、高周波発振器が発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路に伝送されて切替器の第１端子に与えられ、切替器の第２端子から第２高周波伝送線路に与えられ、分波器の第４端子に与えられて、分波器の第５端子から第３高周波伝送線路に与えられて、アンテナから放射される。また第１〜第３高周波伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される高周波スイッチが１つでもカットオフ状態となると、高周波発振器が発生した高周波信号は高周波スイッチを透過しないので、遮断されて、アンテナからは放射されない。高周波スイッチの伝播状態とカットオフ状態とを切換えることによって、アンテナからパルス信号波を放射することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを用いることによって、信頼性の高い高周波送受信器を実現することができる。またアンテナによって受信した高周波信号は、第３高周波伝送線路に与えられて、分波器の第５端子に与えられ、分波器の第６端子から第５高周波伝送線路に与えられて、ミキサに与えられる。またミキサには、切替器の第３端子から第４高周波伝送線路を介して、高周波発振器が発生した高周波信号がローカル信号として与えられる。ミキサは、高周波発振器が発生した高周波信号とアンテナによって受信した高周波信号とを混合して、中間周波信号を出力することによって、受信した高周波信号に含まれる情報が得られる。
また本発明に係る高周波スイッチは、高周波送受信器と距離検出器とを含むレーダ装置において、前記高周波送受信器を構成する高周波スイッチとして用いることができる。このレーダ装置によれば、前記高周波送受信器からの前記中間周波信号に基づいて、距離検出器が探知対象物までの距離を検出するので、検知対象物までの距離を正確に検出することができるレーダ装置となる。
図１は、本発明の実施の一形態の高周波スイッチ１を模式的に示す断面図である。以下、高周波スイッチ１を、単に「スイッチ１」という。スイッチ１は、カットオフ特性を有する伝送線路を含んで構成され、本発明の実施の形態では誘電体導波管によって構成される。本発明において、伝播する電磁波（高周波信号）が３ｄＢ減衰する周波数を、カットオフ周波数と定義する。またカットオフ特性を有することは、前記カットオフ周波数を有することである。また伝播状態とは、伝送線路におけるカットオフ周波数が、前記伝送線路を伝播する電磁波の周波数を超えて高くなることであり、カットオフ状態とは、伝送線路におけるカットオフ周波数が、前記伝送線路を伝播する電磁波の周波数以下になることである。
スイッチ１は、電磁波が伝播可能な誘電体部２と、誘電体部２を外囲して導波管を形成する導電体部３とを含んで構成される。本発明の実施の形態のスイッチ１は、直方体形状に形成される。スイッチ１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、スイッチ１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。
誘電体部２は、誘電体から成り、印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含んで形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２は変化部から成り、たとえばＢａ(1-x)ＳｒxＴｉＯ3（略称ＢＳＴ）、Ｍｇ(1-x)ＣａxＴｉＯ3、Ｚｎ(1-x)ＳｎxＴｉＯ3、Ｂａ
Ｏ−ＰｂＯ−Ｎｄ2Ｏ3−ＴｉＯ3、またはＢｉ1.5Ｚｎ1.0Ｎｂ1.5Ｏ7などによって形成される。誘電体部２は、印加電界が大きくなるに連れて、すなわち印加される電界強度が高くなるに連れて、誘電率が小さくなる。
誘電体部２は、電磁波が入出力する第１および第２入出力端２ａ，２ｂを有する。第１および第２入出力端２ａ，２ｂは、電磁波が伝播する伝播方向Ｘに沿って、伝播方向Ｘの端部にそれぞれ形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２は、直方体形状に形成され、第１および第２入出力端２ａ，２ｂは、伝播方向Ｘに垂直な平面によって形成され、相互に対向して設けられる。誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面は、矩形状となる。前記伝播方向Ｘにそれぞれ垂直であって、かつ互いに垂直な方向を、「幅方向Ｙ」および「厚さ方向Ｚ」とそれぞれいう。本発明の実施の形態では、幅方向Ｙが、誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における短手方向であり、厚さ方向Ｚが、誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向である。
導電体部３は、導電体から成り、誘電体部２に電界を印加するための一対の第１および第２電極４ａ，４ｂを含んで構成される。第１および第２電極４ａ，４ｂは、誘電体部２の外表面に積層して設けられる。本発明の実施の形態では、導電体部３は、第１および第２電極４ａ，４ｂから成り、これら第１および第２電極４ａ，４ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ１まわりに、誘電体部２に密接して、誘電体部２の前記伝播方向Ｘの両端面を露出させた状態で、前記軸線Ａ１まわりに離間して誘電体部２を外囲して導波管を形成する。第１および第２電極４ａ，４ｂは、独立して設けられ、すなわち非接触に設けられる。
第１および第２電極４ａ，４ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘにおける両端部間にわたって形成される。第１および第２電極４ａ，４ｂは、前記軸線Ａ１に関して回転対称に形成される。本発明の実施の形態では、第１および第２電極４ａ，４ｂは、伝播方向Ｘに垂直な断面が略Ｕ字形状に形成される。第１電極４ａは、誘電体部２の厚さ方向Ｚにおける第１端部２ｃ側から誘電体部２を覆い、厚さ方向Ｚにおける中間部まで延びる。第２電極４ｂは、誘電体部２の厚さ方向Ｚにおける第２端部２ｄ側から誘電体部２を覆い、厚さ方向Ｚにおける中間部まで延びる。第１および第２電極４ａ，４ｂは、相互に接触しないように独立して形成され、誘電体部２の外表面に沿って前記軸線Ａ１まわりに、予め定める距離Ｌ１離間して形成される。前記予め定める距離Ｌ１は、第１および第２電極４ａ，４ｂの間から誘電体部２を伝播する電磁波の漏れないように選ばれ、第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成される導波管の内寸法の長辺（厚さ方向Ｚの大きさ）の長さａの１／２以下に選ばれる。
第１および第２電極４ａ，４ｂは、低い抵抗率の金属、誘電体部２と高温での同時焼成が可能な金属、半田、または導電性ペーストによって形成される。低い抵抗率の金属としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれる。第１および第２電極４ａ，４ｂは、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれるいずれか１つ、もしくは少なくとも２つを含む合金またはこれらの積層体によって形成されてもよい。誘電体部２と高温での同時焼成が可能な金属としては、タングステン（Ｗ）などが用いられる。導電性ペーストとしては、金属フィラーとこの金属フィラーを結合するバインダ樹脂を含むものが用いられる。また第１および第２電極４ａ，４ｂは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極体によって形成されてもよい。第１および第２電極４ａ，４ｂは、低い抵抗率の金属によって形成されるのが好ましい。
第１および第２電極４ａ，４ｂの厚さは、誘電体部２を伝播する電磁波に対する表皮厚さよりも大きく選ばれ、たとえば１μｍに選ばれる。
誘電体部２には、この誘電体部２と一体に形成される絶縁部５ａ，５ｂが設けられる。絶縁部５ａ，５ｂは、前記誘電体部２と同じ物質によって形成される。絶縁部５ａ，５ｂは、前記軸線Ａ１まわりに第１および第２電極４ａ，４ｂの間に設けられ、隣接する第１および第２電極４ａ，４ｂが接触してしまうことを防止する。絶縁部５ａ，５ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘの両端部間にわたって設けられ、それぞれ第１および第２電極４ａ，４ｂに接触して設けられる。
前記絶縁部５ａ，５ｂは、誘電体部２の表面から幅方向Ｙに、予め定める距離Ｌ２突出する。予め定める距離Ｌ２は、誘電体部２に積層される第１および第２電極４ａ，４ｂの幅方向Ｙにおける厚さに等しく選ばれる。前記予め定める距離Ｌ２は、誘電体部２中を伝播する平面波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。前述したように予め定める距離Ｌ１，Ｌ２を前述のように選ぶことによって、軸線Ａ１まわりに第１および第２電極４ａ，４ｂが離間していても、この第１および第２電極４ａ，４ｂが離間する部分、すなわち絶縁部５ａ，５ｂから、誘電体部２を伝播させる電磁波の漏洩を防止することができる。
スイッチ１は、さらに電圧印加手段１０を含んで構成される。電圧印加手段１０は、一対の第１および第２電極４ａ，４ｂ間に予め定める範囲の電圧を印加することができる電気回路によって実現される。電圧印加手段１０は、第１および第２電極４ａ，４ｂに接続されて、それぞれの電極に所定の電位を与えて、第１および第２電極４ａ，４ｂ間に電圧を与える。電圧印加手段１０は、伝播する電磁波の周波数よりも低い周波数の交流電圧、または直流電圧を第１および第２電極４ａ，４ｂに印加する。電圧印加手段１０が、第１および第２電極４ａ，４ｂに電圧を印加することによって、誘電体部２の誘電率が小さくなり、これによってスイッチ１のカットオフ周波数が高くなる。電圧印加手段１０が、第１および第２電極４ａ，４ｂに電圧を印加しないときは、伝播させる電磁波の周波数（使用周波数）よりもスイッチ１のカットオフ周波数が低くなるようにスイッチ１が構成される。電圧印加手段１０は、スイッチ１のカットオフ周波数のカットオフ周波数が、前記使用周波数以上になるように第１および第２電極４ａ，４ｂに電圧を印加することができる。したがってスイッチ１は、電圧印加手段１０によって、カットオフ周波数が、誘電体部２を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、カットオフ周波数が、誘電体部２を伝播する電磁波の周波数より高くなるカットオフ状態とを切り替え可能である。本発明の実施の形態では、使用周波数は、一定であり、したがって上記の切り替えによってＯＮ／ＯＦＦ動作が可能である。
本発明の実施の形態では、導波管のＴＥ10モードで電磁波を伝播させるように、スイッチ１が形成される。
スイッチ１は、誘電体導波管とみなすことができる。したがってスイッチ１を、誘電体が導波管の導波路に充填された誘電体導波管とみなして説明する。誘電体部２を形成する誘電体の誘電損失をｔａｎδとし、第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成される導波管の内寸法の長辺（厚さ方向Ｚの大きさ）の長さをａとし、短辺（幅方向Ｙの大きさ）の長さをｂ＝ａ／２とし、前記導波管を形成する導電体の電気伝導度をσとし、前記導波管のカットオフ周波数をｆｃとすると、ｆｃは式１で表される。本発明においてカットオフ周波数とは、伝播する高周波信号が３ｄＢ減衰する周波数のことである。
Figure 0004606367
式１において、μ0は真空の透磁率であり、ε0は真空の誘電率である。したがって、長さａによって、カットオフ周波数が決定される。短辺の長さｂは、長辺の長さａ未満に選ばれ、かつ１μｍ以上に選ばれる。これによって導体損失を抑制することができる。ここでは短辺の長さｂをｂ＝ａ／２としているが、短辺の長さｂは長辺の長さａより小さければよい。短辺の長さｂが長辺の長さａより大きくなると所望のＴＥ１０モードに直交するＴＥ０１モードが遮断モードでなくなり、不要モードの発生があり得るため好ましくない。また、短辺の長さｂが小さくなりすぎると、導電体による導体損失が大きくなるため、短辺の長さｂは、ｂ＝ａ／２付近が望ましい。
スイッチ１は、第１および第２電極４ａ，４ｂが方形導波管を形成するので、カットオフ周波数ｆｃは、誘電体部２を形成する誘電体の誘電率と、導波管の内寸法の長辺の長さａとによって決定される。前記長さａ，ｂを、ａ＝０．０８ｍｍ、ｂ＝０．０４ｍｍとしたとき、誘電体部２の比誘電率８００のときのカットオフ周波数ｆｃは、６６ＧＨｚとなり、比誘電率５６０のときのカットオフ周波数ｆｃは、７９ＧＨｚとなる。すなわち、使用周波数（誘電体部２に伝播させるべき電磁波の周波数）を７６ＧＨ〜７７ＧＨｚに選ぶとき、電圧印加手段１０によって与えられる電圧によって、誘電体部２の比誘電率を８００から５６０に変化させることによって、ＯＮ状態（伝播状態）からＯＦＦ状態（カットオフ状態）に変化する高周波スイッチが実現される。たとえばＢａ(1-x)ＳｒxＴｉＯ3によって形成される誘電体部２の比誘電率εｒを８００から５６０に変化させるために必要な電界強度は、３００ｋＶ／ｃｍである。この３００ｋＶ／ｃｍの電界強度を得るためには、一対の第１および第２電極４ａ，４ｂに、２４００Ｖの電圧を印加すればよい。
第１および第２電極４ａ，４ｂによって電界が印加される誘電体部２の伝播方向Ｘの長さｃは、誘電体部２を導波する電磁波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。これによって、伝播方向Ｘに沿って他の伝送線路からスイッチ１へ入射する接続界面で反射する反射波とスイッチ１を通過してスイッチ１から他の伝送線路へ出力する接続界面で反射して他の伝送線路へ戻っていく反射波との位相差を、πとして、反射波を打ち消すことができ、スイッチ１と他の伝送線路との界面における反射が低減され、挿入損失を低減することができる。
以上のようにスイッチ１によれば、スイッチ１を構成する伝送線路におけるカットオフ周波数が、誘電体部２を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、前記伝送線路におけるカットオフ周波数が、誘電体部２を伝播する電磁波の周波数より高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるので、第１および第２電極４ａ，４ｂに印加する電圧を変化させることによって、前記伝播状態と前記カットオフ状態とを容易に切り替えることができる。スイッチ１のスイッチング態様がＯＦＦ状態の時は、カットオフ状態になるので、本質的に高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また、機械的な駆動部分がないため、耐久性に優れた信頼性の高いスイッチ１を実現することができる。またスイッチ１は、小型であり、表面実装が容易である。
また導波管を形成する導電体部３が第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成されるので、導波管とは別に電極を形成する必要がなく、作製が容易である。
本発明の実施の形態のスイッチ１では、誘電体部２が直方体形状に形成されるが、直方体形状に限らず、たとえば誘電体部２の伝播方向Ｘに垂直な誘電体部２の断面の形状は、円形、楕円形、多角形またはその他異型であってもよい。このような形状であっても、同様の効果を達成することができる。
また図１に示す実施の形態のスイッチ１では、誘電体部２は、誘電率が変化する物質から成るが、本発明の実施のさらに他の形態において、誘電体部２は、誘電率が変化する物質から成る変化部を含む構成であればよい。前記変化部は、伝播電磁波の電界強度が高くなる部分に形成されるのが好ましく、たとえば厚さ方向Ｚの中央部に形成される。
また図１に示す実施の形態のスイッチ１では、第１および第２電極４ａ，４ｂを軸線Ａ１まわりに回転対称に形成しているが、電極は、誘電体部２に電界を印加することができる構成であればよく、たとえば電極の数は一対に限らず、複数対形成されてもよい。電極は、誘電体部２に電界を印加することができるように配置されていれば、同様の効果を達成することができる。
また図１に示す実施の形態のスイッチ１では、第１および第２電極４ａ，４ｂのみによって導波管が形成されるが、第１および第２電極４ａ，４ｂと、導電体から成る導波管形成部とによって、導波管が形成されてもよい。この場合第１および第２電極４ａ，４ｂと、導波管形成部とは、前記軸線Ａ１まわりに予め定める距離Ｌ１をあけて形成される。このように形成しても、同様の効果を達成することができる。
また図１に示す実施の形態のスイッチ１では、ＴＥ10モードを伝播させる場合が最も伝送効率が高いが、ＴＥ10モードを除く他のモードを伝播させてもよい。ＴＥ10モードを除く他のモードを伝播する場合には、高次モードおよび低次モードなどの他のモードに変換されてしまい、ＴＥ10モードを伝播させる場合と比較して伝送効率が低下するが、ＴＥ10モードを伝播させる場合と同様の効果を達成することができる。
図１に示す実施の形態のスイッチ１では、第１および第２電極４ａ，４ｂによって導波管を形成しているが、電極とは別に導波管を形成する導電体部３を形成し、導波管を形成する導電体部３に外囲される誘電体部２に電極を埋め込まれて設けられてもよい。電極は、誘電体部２に電界を印加可能に設けられる。また電極の厚さは、誘電体部２を伝播する電磁波に対する表皮厚さ未満に選ばれる。これによって、電極を誘電体部２に埋め込んだときに、電極による損失を低減することができる。このような構成であっても、同様の効果を達成することができる。誘電体部２に電極を埋め込む場合、電極の体積抵抗率は、１０-5Ω・ｍ以上、好ましくは１０-4Ω・ｍ以上に選ばれる。電極は、独立して一対設けられてもよく、複数対設けられてもよい。
図２は、本発明の他の実施の形態の高周波スイッチ１１を模式的に示す断面図である。以下、高周波スイッチ１１を、単に「スイッチ１１」という。本実施の形態のスイッチ１１は、前述の図１に示すスイッチ１と類似しており、スイッチ１と同様の構成には同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。スイッチ１１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、スイッチ１１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。
スイッチ１１は、誘電体部２と第１および第２電極４ａ，４ｂとを含んで構成される。絶縁部５ａ，５ｂは、第１部分１２と、厚さ方向Ｚの寸法が第１部分１２よりも小さい第２部分１３とが幅方向Ｙに繰り返し連なって形成される。第１および第２電極４ａ，４ｂは、前記第１および第２部分１２，１３にそれぞれ接触して設けられ、チョーク構造を構成する。絶縁部５ａ，５ｂの幅方向Ｙの両端部には、第２部分１３が設けられる。
第１部分１２の厚さ方向Ｚの寸法Ｌ３および第２部分１３の厚さ方向Ｚの寸法Ｌ４は、できるだけその差分の絶対値が大きくなることが好ましい。前記寸法Ｌ３は、たとえば前記長さａに選ばれる。また前記寸法Ｌ４は、前述した予め定める距離Ｌ１に選ばれる。また第１および第２部分１２，１３の幅方向Ｙの寸法Ｌ５，Ｌ６は、それぞれ誘電体部２中を伝播する平面波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。このように絶縁部５ａ，５ｂならびに第１および第２電極４ａ，４ｂを形成することによって、前述したスイッチ１と同様の効果に加えて、さらに誘電体部２を伝播させる高周波の漏洩をより抑えることができる。
図３は、本発明の実施のさらに他の形態の高周波スイッチ２１を模式的に示す断面図である。以下、高周波スイッチ２１を、単に「スイッチ２１」という。スイッチ２１は、カットオフ特性を有する伝送線路を含んで構成され、本発明の実施の形態では非放射性誘電体線路を含んで構成される。スイッチ２１は、誘電体部２２と、一対の第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂと、一対の第１および第２電極２４ａ，２４ｂと、電圧印加手段１０とを含んで構成される。本発明の実施の形態のスイッチ２１は、略直方体形状に形成される。スイッチ２１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、スイッチ２１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。本発明の実施の形態において、前述の図１に示すスイッチ１と同様の構成には同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。
誘電体部２２は、誘電体から成り、印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含む第１誘電体部２５と、第２誘電体部２６とを含んで構成される。誘電体部２２は、電磁波が入力する第１入出力端２２ａおよび電磁波が出力する第２入出力端２２ｂを有する。第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂは、電磁波が伝播する伝播方向Ｘに沿って、伝播方向Ｘの両端部にそれぞれ形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２２は、直方体形状に形成され、第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂは、伝播方向Ｘに垂直な平面によって形成され、相互に対向して設けられる。誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面は、矩形状となる。前記伝播方向Ｘにそれぞれ垂直であって、かつ互いに垂直な方向を、「幅方向Ｙ」および「厚さ方向Ｚ」とそれぞれいう。本発明の実施の形態では、幅方向Ｙが、誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向であり、厚さ方向Ｚが、誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における短手方向である。
本発明の実施の形態では、第１誘電体部２５は変化部から成り、前述した実施の形態の誘電体部２と同様の物質によって形成される。第１誘電体部２５は、直方体形状に形成され、誘電体部２２の伝播方向Ｘの両端部間および幅方向Ｙの両端部間にわたって形成される。
第２誘電体部２６は、第１誘電体部２５を挟んで第１誘電体部２５の両側にそれぞれ積層される。第２誘電体部２６は、第１誘電体部２５の厚さ方向Ｚの両側に、第１誘電体部２５にそれぞれ積層して設けられる。第２誘電体部２６は、直方体形状を有する。第２誘電体部２６は、その誘電率が第１誘電体部２５の誘電率よりも小さい物質によって形成される。第２誘電体部２６の誘電率は、第１誘電体部２５の誘電率が変化し、最も誘電率が小さくなったときの第１誘電体部２５の誘電率未満に選ばれる。
第２誘電体部２６は、ガラス、単結晶、セラミックスまたは樹脂などによって形成される。ガラスとしては、石英ガラスまたは結晶化ガラスなどが用いられる。単結晶としては、水晶、サファイア、ＭｇＯまたはＬａＡｌＯ３などが用いられる。セラミックスとしては、アルミナ、フォルステライトまたはコーディライトなどが用いられる。樹脂としては、エポキシまたは含フッ素樹脂などが用いられる。第２誘電体部２６は空気によって形成されてもよいが、第１誘電体部２５を機械的に保持することができ、また空気よりも誘電率が高い前述した固体物質によって形成されるのが好ましい。
第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、誘電体部２２における電磁波の伝播方向Ｘおよび第１および第２誘電体部２５，２６の積層方向である厚さ方向Ｚに、垂直な方向である幅方向Ｙにおいて、誘電体部２２を挟持して設けられ、すなわち第１および第２誘電体部２５，２６の両側に設けられる。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、導電性を有し、板状に形成されて、誘電体部２２に臨む面が相互に平行に設けられる。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、誘電体部２２の幅方向Ｙの端面にそれぞれ積層され、この幅方向Ｙの端面の全面にわたって形成される。
第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、前述した第１および第２電極４ａ，４ｂと同様の物質によって形成される。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの厚さ、すなわち幅方向Ｙの厚さは、誘電体部２２を伝播する電磁波に対する表皮厚さよりも大きく選ばれる。
第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７は、第２誘電体部２６中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下に選ばれる。このように前記間隔Ｌ７を選ぶことによって、誘電体部２２および第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）が構成され、第１誘電体部２２ａを伝播する電磁波が、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間から漏れることがなく、非放射となるので損失を低減することができる。
第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、前記厚さ方向Ｚにおいて誘電体部２２を挟持して設けられ、すなわち誘電体部２２の両側に設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面に関して面対称に設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、誘電体部２２の厚さ方向Ｚの両端面上にそれぞれ積層して設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、伝播方向Ｘにおいて誘電体部２２の両端部間にわたって設けられ、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂにそれぞれ離間して設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、直方体形状に形成され、誘電体部２２のうち幅方向Ｙの両端部を除き、第２誘電体部２６の幅方向Ｙの両端面から予め定める距離Ｌ９の範囲を除いて、第２誘電体部２６に積層される。予め定める距離Ｌ９は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂと第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとが接触しない程度に選ばれ、たとえば１μｍ〜５０μｍに選ばれる。
第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、誘電体部２２に臨む面が、相互に平行に形成され、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７未満に形成される。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７よりも、第１および第２電極２４ａ，２４ｂが近いので、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに電圧を印加して第１誘電体部２５の誘電率を変化させる場合と比較して、低い電圧で第１誘電体部２５の誘電率を変化させることができる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、好ましくは、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７の１０分の１以上かつ間隔Ｌ７よりも小さい値に選ばれる。電界強度が大きいほど、変化量が大きいので、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は小さくした方が、電圧印加手段１０によって第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間に印加する電圧を小さくすることができる。しかしながら前記間隔Ｌ８を、小さくしすぎるとカットオフになってしまい、伝播しなくなるので、前記間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７の１０分の１以上とするのが好ましい。また前記間隔Ｌ８を前記間隔Ｌ７より小さい値に選ぶことによって、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂ間に電界を印加するよりも効果的に前記変化部に電界を印加することができる。
第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、前述した第１および第２電極４ａ，４ｂと同様の物質によって形成される。第１および第２電極２４ａ，２４ｂには、電圧印加手段１０が接続される。
スイッチ２１における、誘電体部２２および第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂによって形成される伝送線路のカットオフ周波数ｆｃは、第１誘電体部２５を形成する誘電体の誘電率および第１誘電体部２５のサイズ、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８、平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７、および第２誘電体部２６を形成する誘電体の誘電率で決まる。スイッチ２１を作製するとき、まず第１および第２誘電体部２５，２６を形成する誘電体を決定し、次に第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７を決定する。その後、第１誘電体部２５のサイズを決定した後、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８を決定する。
第１および第２電極２４ａ，２４ｂによって電界が印加される第１誘電体部２５の伝播方向Ｘの長さＬ１０は、前述した実施の形態の長さａと同様に選ばれる。これによって、スイッチ１と同様に挿入損失を低減することができる。本発明の実施の形態では、第１誘電体部２５を伝播する電磁波の周波数、すなわち使用周波数は、一定である。
以上のようにスイッチ２１によれば、スイッチ２１を構成する伝送線路におけるカットオフ周波数が、第１誘電体部２５を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、前記伝送線路におけるカットオフ周波数が、第１誘電体部２５を伝播する電磁波の周波数より高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるので、第１および第２電極２４ａ，２４ｂに印加する電圧を変化させることによって、前記伝播状態と前記カットオフ状態とを容易に切り替えることができる。スイッチ２１のスイッチング態様がＯＦＦ状態の時は、カットオフ状態になるので、本質的に高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また、機械的な駆動部分がないため、耐久性に優れた信頼性の高いスイッチ２１を実現することができる。またスイッチ２１は、小型であり、表面実装が容易である。
電磁波は、第１および第２平板導電体部２４ａ，２４ｂおよび第２誘電体部２６に挟まれる第１誘電体部２５を主に伝播する。第１誘電体部２５に変化部が含まれるので、変化部の誘電率の変化が、カットオフ周波数に与える影響を大きくして、スイッチ１は大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。また第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７より小さいので、低い電圧で大きな電界を第１誘電体部２５に与えることができ、小型で、かつ低電圧で動作する高周波スイッチを実現することができる。
また第１誘電体部２５を第１および第２電極２４ａ，２４ｂによって挟持させると、すなわち第１誘電体部２５の両側に第１および第２電極２４ａ，２４ｂを接触させて設けると常にカットオフ状態となり電磁波が伝播することができなくなってしまうが、第１誘電体部２５の誘電率よりも小さな誘電率の第２誘電体部２６が第１誘電体部２５と電極との間に介在するので、第１および第２電極２４ａ，２４ｂにおいて電磁波が十分減衰して、定常的にカットオフ状態となってしまうことを防止することができる。
本実施の形態では、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔は、第２誘電体部２６を伝播する電磁波の波長の２分の１以下としたが、本発明のさらに他の実施の形態では、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔は、第２誘電体部２６を伝播する電磁波の波長の２分の１よりも大きくしてもよい。この場合には、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂおよび誘電体部２２によってＨガイドが構成され、図３に示す実施の形態のスイッチ２１よりも伝送損失は大きくなるが、同様の効果を達成することができる。
また本実施の形態では、第１および第２電極２４ａ，２４ｂは伝播方向Ｘにおいて第１入出力端２２ａから第２入出力端２２ｂにわたって形成されるが、第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、伝播方向Ｘにおいて、連続的に形成されてもよい。
また図３に示す実施の形態のスイッチ２１では、第１誘電体部２５は、誘電率が変化する物質から成るが、本発明の実施のさらに他の形態において、第１誘電体部２５は、誘電率が変化する物質から成る変化部を含む構成であればよい。前記変化部は、伝播電磁波の電界強度が高くなる部分に形成されるのが好ましく、たとえば幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚの中央部に形成される。第１誘電体部２５における変化部の形成領域は、幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚにおいて、対称に形成されることが望ましい。
また本発明のさらに他の実施の形態において、図３に示す実施の形態のスイッチ２１において、第１および第２電極２４ａ，２４ｂを第１誘電体部２５を挟むように、第１誘電体部２５と第２誘電体部２６との間に埋め込むか、または第２誘電体部２６に埋め込んで形成してもよい。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、第１誘電体部２５に電界を印加可能に設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、厚さ方向Ｚに所定の間隔をあけて平行に設けられる。また第１および第２電極２４ａ，２４ｂの厚さは、第１誘電体部２５および第２誘電体部２６を伝播する電磁波に対する表皮厚さ未満に選ばれる。これによって、第１および第２電極２４ａ，２４ｂを誘電体部２２に埋め込んだときに、第１および第２電極２４ａ，２４ｂによる損失を低減することができる。このような構成であっても、スイッチ１と同様の効果を達成することができ、さらに前述のスイッチ２１よりも第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔をより近づけて設けることができるので、より低電圧でスイッチを駆動することができる。本実施の形態における第１および第２電極２４ａ，２４ｂの体積抵抗率は、１０-5Ω・ｍ以上、好ましくは１０-4Ω・ｍ以上に選ばれる。
誘電体部２２に埋め込まれる第１および第２電極２４ａ，２４ｂの抵抗率は、１０-5Ω・ｍ以上かつ１０8Ω・ｍ以下に選ばれるのが好ましい。第１および第２電極２４ａ，２４ｂの抵抗率が１０-5Ω・ｍ未満になると、電極中の電磁波の減衰が大きくなり、損失が大きくなって好ましくない。第１および第２電極２４ａ，２４ｂの抵抗率が１０-5Ω・ｍよりもさらに小さくなると所望のモードがカットオフになって伝播しなくなってしまう。逆に第１および第２電極２４ａ，２４ｂの抵抗率が１０8Ω・ｍを超えて大きくなりすぎると、第１および第２電極２４ａ，２４ｂによって挟まれる誘電体との抵抗率の差が小さくなり、電圧降下のために所望の電圧が誘電体に印加できなくなってしまう。
第１および第２電極２４ａ，２４ｂの厚さは、第１および第２電極２４ａ，２４ｂに用いる材質の抵抗率によって決定され、厚すぎると損失が大きくなり、さらに厚くなると所望のモードがカットオフになって伝送しなくなってしまう。薄すぎると電圧降下のために所望の電圧が誘電体に印加できなくなってしまう。たとえば第１および第２電極２４ａ，２４ｂとして、抵抗率が１×１０-4（Ω・ｍ）のもの（材質としてＴａＮを用いる場合を想定）および抵抗率が１×１０-3（Ω・ｍ）のものを想定した場合において、電磁界解析をそれぞれ行ったときの、７７ＧＨｚの電磁波に対する１ｍｍあたりの電極による損失を、表１に示す。
Figure 0004606367
Figure 0004606367
表１および表２に示す電磁界解析の結果から、電極の抵抗率が１×１０-4（Ω・ｍ）の場合で実用上は、電極の厚さを３０ｎｍ以下とするのが好ましく、電極の抵抗率が１×１０-3（Ω・ｍ）の場合で実用上は、電極の３２０ｎｍ以下とするのが好ましい。ここでは、実用上好ましいという基準を損失３ｄＢとしている。
また本発明のさらに他の実施の形態において、図３に示す実施の形態のスイッチ２１において、第１および第２電極２４ａ，２４ｂを第１誘電体部２５に埋め込んで形成してもよい。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、誘電体部２に電界を印加可能に設けられる。また第１および第２電極２４ａ，２４ｂの厚さは、第１誘電体部２５を伝播する電磁波に対する表皮厚さ未満に選ばれる。これによって、第１および第２電極２４ａ，２４ｂを第１誘電体部２５に埋め込んだときに、第１および第２電極２４ａ，２４ｂによる損失を低減することができる。このような構成であっても、スイッチ２１と同様の効果を達成することができ、さらに前述のスイッチ２１よりも第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔をより近づけて設けることができるので、より低電圧でスイッチを駆動することができる。本実施の形態における第１および第２電極２４ａ，２４ｂの体積抵抗率は、１０-5Ω・ｍ以上、好ましくは１０-4Ω・ｍ以上に選ばれる。
また第１誘電体部２５に第１および第２電極２４ａ，２４ｂを埋め込んで設ける場合、複数の第１および第２電極２４ａ，２４ｂを、厚さ方向Ｚに所定の間隔をあけて、第１電極２４ａと第２電極２４ｂとが厚さ方向に交互に積層されるように形成してもよい。第１電極２４ａは、第１平板導電体部２３ａに接続され、第２電極２４ｂは、第２平板導電体部２３ｂに接続される。電圧印加手段１０を第１および平板導電体部２３ａ，２３ｂに接続することによって、第１および平板導電体部２３ａ，２３ｂを介して、各第１電極２４ａと第２電極２４ｂ間に電圧を印加することができる。
第１電極２４ａおよび第２電極２４ｂの数は、多くしたほうが、印加できる電界強度が大きくなるので、より低電圧でスイッチを動作させることができて好ましいが、第１電極２４ａおよび第２電極２４ｂの数を多くすると損失が大きくなる。電極を積層した場合では、電極の厚さの総和によって損失が決定される。電極の抵抗率が１×１０-4（Ω・ｍ）の場合で実用上は、電極の厚さの総和が３０ｎｍ以下とするのが好ましく、電極の抵抗率が１×１０-3（Ω・ｍ）の場合で実用上は、電極の厚さの総和が３２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
前述した各実施の形態において、前記変化部は、印加電界に応じて寸法が変化する圧電素子によって構成されてもよい。印加電圧に応じて、電圧の印加方向において圧電素子の寸法が変化する、すなわち圧電素子の前記電圧印加方向における厚さが変化することによって、カットオフ周波数を変化させることができ、前述した実施の形態と同様の効果を達成することができる。圧電素子は、たとえば水晶、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３またはＳｂＳＩなどによって形成される。
図４は、スイッチ２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を模式的に示す斜視図である。以下、スイッチ２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を、単に「接続構造３０」という。図５は、スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図であり、図６は、スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。
接続構造３０では、第１誘電体部２５の幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚの寸法は、伝播方向Ｘに垂直な断面において、短辺の長さに対する長辺の比を、ＬＳＭモードがカットオフとなり、ＬＳＥモードのみが伝播する状態となるまで大きくし、ＬＳＥモードがカットオフ付近で伝播するように選ばれる。またＬＳＥモードのカットオフ周波数が、第１誘電体部２５を伝播させる電磁波の周波数未満になるように選ばれる。
スイッチ２１の第１入出力端２２ａまたは第２入出力端２２ｂの少なくともいずれか一方に、平面線路であるマイクロストリップ線路３１が接続される。ここでは、スイッチ２１の第１入出力端２２ａにマイクロストリップ線路３１が接続される場合について示すが、スイッチ２１の第２入出力端２２ｂにマイクロストリップ線路３１が接続される場合についても、同様である。接続構造３０では、スイッチ２１における電磁波の伝播方向の第１端面と、マイクロストリップ線路３１における電磁波の伝播方向の第１端面とが突き合わされて接続される。
マイクロストリップ線路３１は、マイクロストリップ誘電体部３２と、マイクロストリップ誘電体部３２に設けられるストリップ導体部３３と、接地導体部３４とを含んで構成される。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、所定の間隔をあけて設けられる。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、前述した第１および第２電極２４ａ，２４ｂと同様の物質によって形成される。
マイクロストリップ誘電体部３２は、前述した第２誘電体部２６と同様の物質によって形成され、第２誘電体部２６の誘電率に等しい誘電率を有する誘電体によって形成される。マイクロストリップ誘電体部３２を第２誘電体部２６の誘電率に等しい誘電率を有する誘電体によって形成することによって、反射の小さい接続構造とすることができる。マイクロストリップ誘電体部３２は、厚さ方向Ｚの両面が平面に形成され、本発明の実施の形態では直方体形状を有する。マイクロストリップ誘電体部３２の厚さ方向Ｚの第１表面部３５には、幅方向Ｙの中央部３６にストリップ導体部３３が積層して形成される。ストリップ導体部３３は、直方体形状を有する。ストリップ導体部３３は、前記伝播方向Ｘに沿って延びる。ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１は、第１誘電体部２５の幅方向Ｙの長さ、すなわち第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７未満に選ばれ、第１誘電体部２５の厚さ方向Ｚの長さＬ１２は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂに接触しないように選ばれる。
マイクロストリップ誘電体部３２の厚さ方向Ｚの第２表面部３８には、接地導体部３４が形成される。接地導体部３４は、第２表面部３８の全面にわたって形成される。
ストリップ導体部３３の電磁波の伝播方向Ｘにおける端面のうち、スイッチ２１に臨む端面４１と、前記第１入出力端２２ａの第１誘電体部２５の端面４２とを突き合わせて、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路、およびストリップ導体部３３とが結合される。マイクロストリップ線路３１は、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードに結合する。ストリップ導体部３３のスイッチ２１に臨む端面４１の中央は、第１誘電体部２５の端面４２の中央に連なる。マイクロストリップ誘電体部３２の幅方向Ｙの寸法は、スイッチ２１の幅方向Ｙにおける第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの外表面間の長さに等しく選ばれる。
ストリップ導体部３３の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向と、第１誘電体部２５の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向とが一致するように、ストリップ導体部３３、マイクロストリップ誘電体部３２および接地導体部３４の積層方向と、第１および第２誘電体部２５，２６の積層方向とを揃えて、ストリップ導体部３３と第１誘電体部２５とが接続される。これによって、ストリップ導体部３３の設計の自由度を向上させることができる。
マイクロストリップ誘電体部３５は、前記第１入出力端２２ａに接触して設けられる。接地導体部３４は、第２電極部２４ｂに接触し、第２電極部２４ｂに連なって設けられる。接地導体部３４は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに非接触となるように設けられる。
ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１および厚さ方向Ｚの長さＬ１２は、マイクロストリップ線路３１の特性インピーダンスが、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路の特性インピーダンスと整合するように選ばれる。
以上のような構成とすれば、マイクロストリップ線路３１の高周波の電磁界分布が、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードの電磁界分布に近似するので、マイクロストリップ線路３１とスイッチ２１との接続部において、電磁界が円滑に移行する。したがって、マイクロストリップ線路３１とスイッチ２１との接続損失を低減することができる。またＬＳＥモードの高周波信号をマイクロストリップ線路３１に良好に取り出すことができるので、スイッチ２１と、基板に実装されて、スイッチ２１を通過する高周波信号を利用する電子回路との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
本発明のさらに他の実施の形態において、前記スイッチ２１および前記マイクロストリップ線路３１を一体に形成して、マイクロストリップ線路付のスイッチを構成してもよい。
図７は、スイッチ２１とストリップ線路５１との接続構造５０を模式的に示す斜視図である。以下、スイッチ２１とストリップ線路５１との接続構造５０を、単に「接続構造５０」という。図８は、スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図であり、図９は、スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。図１０は、図８および図９の切断面線Ｘ−Ｘから見た断面図である。
接続構造５０は、図６に示す接続構造３０に類似し、同様の構成を有するので、同様の部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
スイッチ２１の第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂの少なくともいずれか一方に、ストリップ線路５１が接続される。ここでは、スイッチ２１の第１入出力端２２ａにストリップ線路５１が接続される場合について示すが、スイッチ２１の第２入出力端２２ｂにストリップ線路５１が接続される場合についても、同様である。接続構造５０では、スイッチ２１における電磁波の伝播方向の第１端面と、ストリップ線路５１における電磁波の伝播方向の第１端面とが突き合わされて接続される。
ストリップ線路５１は、ストリップ誘電体部５２と、ストリップ誘電体部５２に設けられるストリップ導体部３３と、接地導体部５４とを含んで構成される。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、所定の間隔をあけて設けられる。
ストリップ誘電体部５２は、前述したマイクロストリップ誘電体部３２と同様の物質によって形成され、接地導体部５４は、前述した接地導体部３２と同様の物質によって形成される。ストリップ誘電体部５２は、直方体形状を有する。ストリップ誘電体部５２の厚さ方向Ｚおよび幅方向Ｙの表面部には、接地導体部５４が形成される。接地導体部５４は、伝播方向Ｘに延びる軸線まわりにストリップ誘電体部５２を外囲する。
ストリップ導体部３３は、ストリップ誘電体部５２に埋め込まれて設けられる。ストリップ導体部３３は、幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚにおいてストリップ誘電体部５２の中央部に設けられる。ストリップ導体部３３は、伝播方向Ｘにおいてストリップ誘電体部５２の両端部間にわたって形成される。
ストリップ導体部３３は、ストリップ誘電体部５２のスイッチ２１に接触する端面５５よりも、スイッチ２１側に突出する突出部５６を有する。第１誘電体部２５のストリップ線路５１に臨む端部５７には、前記突出部５６が挿入される挿入孔５８が形成される。挿入孔５８は、突出部５６と同じ大きさに形成される。突出部５６は、前記挿入孔５８に挿入して設けられる。突出部５６および挿入孔５８の伝播方向Ｘに沿う方向の長さＬ１４は、伝播する電磁波の、突出部５６における波長の約（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。これによって、第１入出力端２２ａとストリップ線路５１との界面で反射した電磁波と、突出部５６の先端と第１誘電体部２５との界面で反射した電磁波との位相差を、πとして、反射波を打ち消すことができ、スイッチ２１とストリップ線路５１との界面における反射が低減され、損失を低減することができる。
ストリップ誘電体部５２と第１および第２誘電体部２５，２６とは接触して接続される。接地導体部５４は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに接触して設けられる。また接地導体部５４は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂと非接触に設けられる。接地導体部５４と、第１および第２電極２４ａ，２４ｂとは、伝播方向Ｘに予め定める距離Ｌ１５離間して設けられる。予め定める距離Ｌ１５は、たとえば１μｍ〜５０μｍに選ばれる。
ストリップ線路５１は、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードに結合する。ストリップ導体部３３と、第１誘電体部２５とは、同軸に設けられる。ストリップ線路５１の幅方向Ｙの寸法は、スイッチ２１の幅方向Ｙにおける第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの外表面間の長さに等しく選ばれ、ストリップ線路５１の厚さ方向Ｙの寸法は、スイッチ２１の厚さ方向Ｚにおける第１および第２電極２４ａ，２４ｂの外表面間の長さに等しく選ばれる。
ストリップ導体部３３の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向と、第１誘電体部２５の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向とが一致するように、ストリップ導体部３３と第１誘電体部２５とが接続される。これによって、ストリップ導体部３３の設計の自由度を向上させることができる。
ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１および厚さ方向Ｚの長さＬ１２は、ストリップ線路５１の特性インピーダンスが、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路の特性インピーダンスと整合するように選ばれる。
以上のような構成とすれば、ストリップ線路５１の高周波の電磁界分布が、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードの電磁界分布に近似するので、ストリップ線路５１とスイッチ２１との接続部において、電磁界が円滑に移行するので接続損失を低減することができる。またＬＳＥモードの高周波信号をストリップ線路５１に良好に取り出すことができるので、スイッチ２１と、基板に実装されて、スイッチ２１を通過する高周波信号を利用する電子回路との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
本発明のさらに他の実施の形態において、前記スイッチ２１と前記ストリップ線路５１とを一体形成して、ストリップ線路付のスイッチを構成してもよい。
前述した図６に示す接続構造において、ストリップ導体部３３に前記突出部５６を設けて、前記突出部５６を第１誘電体部２５に設けられる挿入孔５８に挿入して構成してもよい。
図１１は、本発明の実施の一形態の高周波送信器６０の構成を示す模式図である。高周波送信器６０は、前述した図１に示す実施の形態のスイッチ１と、高周波発振器６１と、高周波伝送線路６２と、送信用アンテナ６３とを含んで構成される。高周波発振器６１は、ガンダイオードを利用したガン発振器、インパットダイオードを利用したインパット発振器またはＦＥＴ（Field Effect Transistor）などを利用したＭＭＩＣ（Microwave
Monolithic Integrated Circuit）発振器などを含んで構成され、所定の周波数の高周波信号を発生する。高周波伝送線路６２は、マイクロストリップ線路、またはストリップ線路によって構成される。高周波伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第１端部６２ａは高周波発振器６１に接続され、高周波伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第２端部６２ｂは送信用アンテナ６３に接続される。送信用アンテナ６３は、パッチアンテナまたはホーンアンテナによって実現される。高周波信号の伝送方向は、電磁波の伝播方向である。
スイッチ１は、前述したマイクロストリップ線路３１、または前述したストリップ線路５１を介して高周波伝送線路６２に挿入され、伝播状態とすることによって高周波伝送線路６２に伝送される高周波信号を透過し、カットオフ状態とすることによって高周波伝送線路６２に伝送される高周波信号を遮断する。さらに具体的に述べると、高周波伝送線路６２は、第１および第２高周波伝送線路６８，６９を含んで構成される。第１高周波伝送線路６８の高周波信号の伝送方向における第１端部６８ａは、高周波発振器６１に接続され、第１高周波伝送線路６８の高周波信号の伝送方向における第２端部６８ｂは、スイッチ１の第１入出力端２ａに接続される。第２高周波伝送線路６９の高周波信号の伝送方向における第１端部６９ａは、スイッチ１の第２入出力端２ｂに接続され、第２高周波伝送線路６９の高周波信号の伝送方向における第２端部６９ｂは、送信用アンテナ６３に接続される。
スイッチ１が伝播状態のとき、高周波発振器６１が発生した高周波信号は、高周波伝送線路６２に伝送されて、スイッチ１の誘電体部２を通過して送信用アンテナ６３に与えられ、電波として放射される。またスイッチ１がカットオフ状態のとき、高周波発振器６１が発生した高周波信号は、スイッチ１を透過しないので送信用アンテナ６３には伝送されない。スイッチ１の伝播状態とカットオフ状態とを切換えることによって、送信用アンテナ６３からパルス信号波を放射することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高い高周波スイッチを用いることによって、信頼性の高い高周波送信器６０を実現することができる。電圧印加手段１０が、所定の情報に基づいて、スイッチ１に電圧を印加して、スイッチ１をＯＮ／ＯＦＦすることによって、所定の情報に対応した電波を送信アンテナ６３から放射させることができる。
高周波送信器６０では、スイッチ１を用いているが、前記スイッチ１に変えて、前述した実施の形態のスイッチ１１，２１など、前述した各実施の形態のスイッチのうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。また高周波送信器６０において、前記高周波伝送線路６２は、マイクロストリップ線路およびストリップ線路の他に、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路、スロット線路、導波管または誘電体導波管などによって実現されてもよい。
図１２は、本発明の実施の一形態の高周波送受信器８０を備えるレーダ装置９０の構成を示す模式図である。レーダ装置９０において、図１１示す前述した実施の形態の高周波送信器６０と同様の構成には、同一の参照符号を付して、その説明を省略する場合がある。レーダ装置９０は、高周波送受信器８０と、距離検出器９１を含んで構成される。
高周波送受信器８０は、高周波発振器６１と、第１〜第５高周波伝送線路８１，８２，８３，８４，８５と、切替器８６と、分波器８７と、送受信用アンテナ８８と、ミキサ８９と、スタブ６４と、スイッチ１とを含んで構成される。送受信用アンテナ８８は、パッチアンテナまたはホーンアンテナによって実現される。第１〜第５高周波伝送線路８１，８２，８３，８４，８５は、前述した高周波伝送線路６２と同様の構成を有する。
第１高周波伝送線路８１の高周波信号の伝送方向の第１端部８１ａは、高周波発振器６１に接続され、第１高周波伝送線路８１の高周波信号の伝送方向の第２端部８１ｂは、切替器８６に接続される。スイッチ１は、第１高周波伝送線路７１に挿入される。スイッチ１は、伝播状態のときに誘電体部２を高周波信号が透過するように第１高周波伝送線路７１に挿入される。第１および第２電極４ａ，４ｂ間に電圧を印加して、誘電体部２の誘電率を変化させることによって、高周波信号を透過または遮断することができる。スタブ６４は、高周波信号の伝送方向におけるスイッチ１の上流側および下流側のうち少なくとも一方で、前記第１高周波伝送線路７１に設けられる。スタブ６４は、たとえばオープンスタブによって実現され、高周波送受信器８０の特性調整回路として機能する。
切替器８６は、第１、第２および第３端子８６ａ，８６ｂ，８６ｃを有し、第１端子８６ａに与えられる高周波信号を、第２端子８６ｂおよび第３端子８６ｃに選択的に出力する。第１端子８６ａには、第１高周波伝送線路８１の高周波信号の伝送方向の第２端部８１ｂが接続される。第２端子８６ｂには、第２高周波伝送線路８２の高周波信号の伝送方向の第１端部８２ａが接続される。前記第３端子８６ｃには、第４高周波伝送線路８４の高周波信号の伝送方向の第１端部８４ａが接続される。切替器８６の具体的な構成については、後述する。
分波器８７は、第４、第５および第６端子８７ａ，８７ｂ，８７ｃを有し、第４端子８７ａに与えられる高周波信号を第５端子８７ｂに出力し、第５端子８７ｂに与えられる高周波信号を第６端子８７ｃに出力する。第２高周波伝送線路８２の高周波信号の伝送方向の第２端部８２ｂは、前記第４端子８７ａに接続される。前記第５端子８７ｂには、第３高周波伝送線路８３の高周波信号の伝送方向の第１端部８３ａが接続される。第３高周波伝送線路８３の高周波信号の伝送方向の第２端部８３ｂは、送受信用アンテナ８８に接続される。前記第６端子８７ｃには、第５高周波伝送線路８５の高周波信号の伝送方向の第１端部８５ａが接続される。第４高周波伝送線路８４の高周波信号の伝送方向の第２端部８４ｂと、第５高周波伝送線路８５の高周波信号の伝送方向の第２端部８５ｂとは、ミキサ８９に接続される。分波器の具体的な構成については、後述する。
高周波発振器６１で発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路８１およびスイッチ１を通過して、切替器８６、第２高周波伝送線路８２、分波器８７、および第３高周波伝送線路８２を介して送受信用アンテナ８８に与えられ、送受信用アンテナ８８から電波として放射される。また、高周波発振器６１で発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路８１およびスイッチ１の誘電体部２を通過して、切替器８６および第４高周波伝送線路８４を介してミキサ８９にローカル信号として与えられる。
送受信用アンテナ８８によって外部から到来する電波を受信すると、送受信用アンテナ８８は電波に基づく高周波信号を第３高周波伝送線路８３に与え、分波器８７、第５高周波伝送線路８５を介してミキサ８９に高周波信号が与えられる。
ミキサ８９は、第４および第５高周波伝送線路８４，８５から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力する。ミキサ８９から出力される中間周波信号は、距離検出器９１に与えられる。
距離検出器９１は、前述した検波器７１を含んで構成され、高周波送受信器８０から放射され、測定対象物によって反射された電波（エコー）を受信して得られる前記中間周波信号に基づいて、測定対象物までの距離を算出する。距離検出器９１は、たとえばマイクロコンピュータによって実現される。
図１３は、切替器８６の構成を示す模式図である。切替器８６は、２つのスイッチ１を含んで構成される。２つのスイッチ１を、第１スイッチ１Ａおよび第２スイッチ１Ｂという。第１スイッチ１Ａは、伝播状態とすることによって第１端子８６ａおよび第２端子８６ｂ間で高周波信号を透過し、かつカットオフ状態とすることによって第１端子８６ａおよび第２端子８６ｂ間で高周波信号を遮断する。第２スイッチ１Ｂは、伝播状態とすることによって第１端子８６ａおよび第３端子８６ｃ間で高周波信号を透過し、かつカットオフ状態とすることによって第１端子８６ａおよび第３端子８６ｃ間で高周波信号を遮断する。第１および第２スイッチ１Ａ，１Ｂの第１入出力端２ａ同士を接続して第１端子８６ａとする。また第１スイッチ１Ａの第２入出力端子２ｂを第２端子８６ｂとする。また第２スイッチ１Ｂの第２入出力端子２ｂを第３端子８６ｃとする。
第１および第２スイッチ１Ａ，１Ｂには、図示しない制御部から制御信号が与えられ、制御信号に基づいて第１スイッチ１Ａが伝播状態のときに、第２スイッチ１Ｂをカットオフ状態とし、第１スイッチ１Ａがカットオフ状態のときに、第２スイッチ１Ｂを伝播状態とすることによって、第１端子８６ａから入力される高周波信号を、第２および第３端子８６ｂ，８６ｃから選択的に出力することができる。レーダ装置９０は、パルスレーダによって実現される。前記制御部は、第１および第２スイッチ１Ａ，１Ｂを制御して、第１端子８６ａおよび第２端子８６ｂを接続して、パルス状の高周波信号を第２端子８６ｂから出力させた後、第１および第２スイッチ１Ａ，１Ｂを制御して、第１端子８６ａおよび第３端子８６ｃを接続して、高周波信号を第３端子８６ｃから出力させる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高いスイッチ１を用いて切替器８６を構成することによって、信頼性の高い高周波送受信器８０を実現することができる。
図１４は、分波器８７の構成を示す模式図である。分波器８７は、２つのスイッチ１を含んで構成される。２つのスイッチ１を、第３スイッチ１Ｃおよび第４スイッチ１Ｄという。第３スイッチ１Ｃは、伝播状態とすることによって第４端子８７ａおよび第５端子８７ｂ間で高周波信号を透過し、かつカットオフ状態とすることによって第４端子８７ａおよび第５端子８７ｂ間で高周波信号を遮断する。第４スイッチ１Ｄは、伝播状態とすることによって第５端子８７ｂおよび第６端子８７ｃ間で高周波信号を透過し、かつカットオフ状態とすることによって第５端子８７ｂおよび第６端子８７ｃ間で高周波信号を遮断する。第３スイッチ１Ｃの第１入出力端２ａを、第４端子８７ａとする。また第３および第４スイッチ１Ｃ，１Ｄの第２入出力端２ｂ同士を共通に接続して、第５端子８７ｂとする。第４スイッチ１Ｄの第１入出力端２ａを、第６端子８７ｃとする。
第３および第４スイッチ１Ｃ，１Ｄには、図示しない制御部から制御信号が与えられ、制御信号に基づいて第３スイッチ１Ｃが伝播状態のときに、第４スイッチ１Ｄをカットオフ状態とし、第３スイッチ１Ｃがカットオフ状態のときに、第４スイッチ１Ｄを伝播状態とすることによって、第４端子８７ａから入力される高周波信号を、第５端子８７ｂから出力し、第５端子８７ｂから入力される高周波信号を、第６端子８７ｃから出力することができる。前記制御部は、第３および第４スイッチ１Ｃ，１Ｄを制御して、第４端子８７ａおよび第５端子８７ｂを接続して、パルス状の高周波信号を送受信用アンテナ８８に伝送した後、第３および第４スイッチ１Ｃ，１Ｄを制御して、第５端子８７ｂおよび第６端子８７ｃを接続して、送受信用アンテナ８８によって捕捉した高周波信号を第６端子８７ｃから出力させる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高いスイッチ１を用いて分波器８７を構成することによって、信頼性の高い高周波送受信器８０を実現することができる。
第１高周波伝送線路８１に挿入されるスイッチ１を伝播状態とすることによって、高周波発振器６１が発生した高周波信号は、第１高周波伝送線路８１に伝送されて切替器８６の第１端子８６ａに与えられ、切替器８６の第２端子８６ｂから第２高周波伝送線路８２に与えられ、分波器８７の第４端子８７ａに与えられて、分波器８７の第５端子８７ｂから第３高周波伝送線路８３に与えられて、送受信用アンテナ８８から放射される。また第１高周波伝送線路８１に挿入されるスイッチ１がカットオフ状態となると、高周波発振器６１が発生した高周波信号はスイッチ１を透過しないので、遮断されて、送受信用アンテナ８８からは放射されない。スイッチ１の伝播状態とカットオフ状態とを切換えることによって、送受信用アンテナ８８からパルス信号波を放射することができる。大きなＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができるとともに、耐久性に優れた信頼性の高いスイッチ１を用いることによって、信頼性の高い高周波送受信器を実現することができる。
レーダ装置９０では、前記高周波送受信器８０からの中間周波信号に基づいて、距離検出器が探知対象物までの距離を検出するので、検知対象物までの距離を正確に検出することができる。
また高周波受信器８０では、前記スイッチ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに変えて、スイッチ１１，２１または前述した各実施の形態のスイッチのうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。
前述した実施の形態のレーダ装置９０において、分波器８７は、ハイブリッド回路またはサーキュレータによって実現されてもよい。ハイブリッド回路は、方向性結合器であって、マジックＴ、ハイブリッドリングまたはラットレースなどによって実現される。このような構成であっても、同様の効果を達成することができる。
なお、本発明は以上の各実施の形態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内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
本発明の実施の一形態の高周波スイッチ１を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の高周波スイッチ１１を模式的に示す断面図である。 本発明の実施のさらに他の形態の高周波スイッチ２１を模式的に示す断面図である。 スイッチ２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を模式的に示す斜視図である。 スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。 スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。 スイッチ２１とストリップ線路５１との接続構造５０を模式的に示す斜視図である。 スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。 スイッチ２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。 図８および図９の切断面線Ｘ−Ｘから見た断面図である。 本発明の実施の一形態の高周波送信器６０の構成を示す模式図である。 本発明の実施の一形態の高周波送受信器８０を備えるレーダ装置９０の構成を示す模式図である。 切替器８６の構成を示す模式図である。 分波器８７の構成を示す模式図である。
符号の説明
１，１１，２１ 高周波スイッチ
２，２２ 誘電体部
３ 導電体部
４ａ，２４ａ 第１電極
４ｂ，２４ｂ 第２電極
２３ａ 第１平板導電体部
２３ｂ 第２平板導電体部
２５ 第１誘電体部
２６ 第２誘電体部
３１ マイクロストリップ線路
３４，５４ 接地導体部
５１ ストリップ線路５１
５６ 突出部
５８ 挿入孔
６０ 高周波送信器
６１ 高周波発振器
６２，８１，８２，８３，８４，８５ 高周波伝送線路
６３ 送信用アンテナ
６４ スタブ
７０ 高周波受信器
７１ 高周波検波器
７３ 受信用アンテナ
８０ 高周波送受信器
９０ レーダ装置
９１ 距離検出器
８６ 切替器
８７ 分波器
８８ 送受信用アンテナ
８９ ミキサ
８６ａ 第１端子
８６ｂ 第２端子
８６ｃ 第３端子
８７ａ 第４端子
８７ｂ 第５端子
８７ｃ 第６端子

Claims (9)

  1. 印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含み、かつ誘電体から成る第１誘電体部、誘電率が前記第１誘電体部の誘電率よりも小さく、かつ前記第１誘電体部を挟持している第２誘電体部、および、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を伝播する電磁波の伝播方向と前記第１誘電体部および前記第２誘電体部の積層方向との２つの方向に対して垂直な方向において、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を挟持する一対の平板導電体部、を含んで形成されている伝送線路と、
    前記積層方向において前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を挟み、かつ前記一対の平板導体部の間隔より小さい間隔をあけて設けられる電極とを含んでおり、
    前記伝送線路は、カットオフ特性を有しており、前記変化部に印加される電界に応じてカットオフ周波数が、前記第１誘電体部および前記第２誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるように構成されていることを特徴とする高周波スイッチ。
  2. 前記一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部を伝播する電磁波の波長の２分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ。
  3. 印加電界に応じて誘電率が変化する変化部を含み、かつ誘電体から成る誘電体部、および、前記誘電体部の表面に設けられる導電体部、を含んで形成されている伝送線路を含んでおり、
    前記導電体部は、前記誘電体を伝播する電磁波の伝播方向に直交する方向において離間し、前記変化部に電界を印加する第１電極および第２電極を含んでおり、
    前記伝送線路は、カットオフ特性を有しており、前記変化部に印加される電界に応じてカットオフ周波数が、前記誘電体部を伝播する電磁波の周波数より低くなる伝播状態と、高くなるカットオフ状態とを切り替え可能であるように構成されていることを特徴とする高周波スイッチ。
  4. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
    前記高周波発振器に接続され、前記高周波発振器からの高周波信号を伝送する高周波伝送線路と、
    前記高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射するアンテナと、
    前記高周波伝送線路に挿入され、前記伝播状態とすることによって前記高周波伝送線路に伝送される高周波信号を透過し、前記カットオフ状態とすることによって前記高周波伝送線路に伝送される高周波信号を遮断する請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波スイッチとを含むことを特徴とする高周波送信器。
  5. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
    前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
    第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
    前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
    第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
    前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
    前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
    前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
    前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
    前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサとを含み、
    前記切替器は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波スイッチを２つ備え、第１高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第２端子間で高周波信号を遮断し、第２高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第１端子および前記第３端子間で高周波信号を遮断することを特徴とする高周波送受信器。
  6. 前記分波器は、ハイブリッド回路またはサーキュレータによって形成されることを特徴とする請求項５記載の高周波送受信器。
  7. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
    前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
    第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
    前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
    第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
    前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
    前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
    前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
    前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
    前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサとを含み、
    前記分波器は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波スイッチを２つ備え、第３高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第４端子および前記第５端子間で高周波信号を遮断し、第４高周波スイッチは、前記伝播状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を透過し、かつ前記カットオフ状態とすることによって前記第５端子および前記第６端子間で高周波信号を遮断することを特徴とする高周波送受信器。
  8. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
    前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１高周波伝送線路と
    第１、第２および第３端子を有し、前記第１端子が前記第１高周波伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に選択的に出力する切替器と、
    前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２高周波伝送線路と、
    第４、第５および第６端子を有し、前記第２高周波伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
    前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３高周波伝送線路と、
    前記第３高周波伝送線路に接続され、高周波信号を放射および捕捉するアンテナと、
    前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４高周波伝送線路と、
    前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５高周波伝送線路と、
    前記第４および第５高周波伝送線路に接続され、前記第４および第５高周波伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサと、
    前記伝播状態としたときに高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記第１〜第３伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波スイッチとを含むことを特徴とする高周波送受信器。
  9. 請求項５〜８のいずれか１つに記載の高周波送受信器と、
    前記高周波送受信器からの中間周波信号に基づいて探知対象物までの距離を検出する距離検出器とを含むことを特徴とするレーダ装置。
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