JP5428771B2

JP5428771B2 - 可変分布定数線路、可変フィルタ、および通信モジュール

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Publication number: JP5428771B2
Application number: JP2009254925A
Authority: JP
Inventors: シヤオユウミイ; 治豊田; 知史上田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: CN102074352A; US8643450B2; EP2320515B1; CN102074352B; EP2320515A1; US20110273246A1; JP2011101227A

Description

本発明は、例えば高周波信号のための伝送線路などとして用いられる可変分布定数線路、また例えば高周波信号の帯域通過フィルタなどとして用いられる可変フィルタ、および通信モジュールに関する。

近年において、携帯電話をはじめとする移動体通信（モバイル通信）の市場が拡大するとともに、そのサービスの高機能化が進展している。これにともなって、移動体通信に利用される周波数帯は次第にギガヘルト（ＧＨｚ）以上の高い周波数帯にシフトし、しかも多チャンネル化される傾向がある。また、ソフトウエア無線（ＳＤＲ：Software-Defined-Radio）技術の将来的な導入の可能性も盛んに検討されている。

ところで、ＭＥＭＳ技術を用いたチューナブルな高周波デバイスが注目されている。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用したＭＥＭＳデバイス（マイクロマシンデバイス）は、高いＱ（クオリティファクタ）が得られ、高い周波数帯域の可変フィルタなどへの適用が可能である（特許文献１、非特許文献１〜３）。また、ＭＥＭＳデバイスは、小型でありかつ低損失であるため、ＣＰＷ（Coplanar Waveguide）分布定数共振器にしばしば用いられる。

非特許文献３には、三段の分布定数線路をＭＥＭＳデバイスによる複数の可変キャパシタが跨ぐ構造のフィルタが開示されている。このフィルタにおいて、ＭＥＭＳデバイスの駆動電極に制御電圧Ｖｂを印加して可変キャパシタを変位させ、分布定数線路との間のギャップを変化させ、静電容量を変化させる。静電容量の変化によって、フィルタの通過帯域が変化する。例えば制御電圧Ｖｂを０−８０Ｖの間で変化させることにより、フィルタの通過帯域が約２１．５−１８．５ＧＨｚの範囲で変化する。

特開２００８−２７８１４７

D. Peroulis et al,"Tunable Lumped Components with Applications to Reconfigurable MEMS Filters", 2001 IEEE MTT-S Digest, p341-344 E. Fourn et al, "MEMS Switchable Interdigital Coplanar Filter", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 51, NO.1 p320-324, January 2003 A. A. Tamijani et al, "Miniature and Tunable Filters Using MEMS Capacitors ", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 51, NO.7, p1878-1885, July 2003

しかし、上に述べた従来のフィルタは、ＭＥＭＳデバイスを用いることによって通過帯域の中心周波数を可変することが可能であるが、通過帯域幅を可変することはできない。これに関連して、本発明者らは、ＭＥＭＳによる可変キャパシタを信号線路に設け、通過帯域幅を調整することのできる可変フィルタを提案している。

すなわち、図６に示すように、可変フィルタ３Ｇは、共振線路１２Ｇａ〜１２Ｇｄ、カップリング部１４Ｇ、および可変キャパシタ１７Ｇａ〜１７Ｇｅを備える。

各共振線路１２Ｇａ〜１２Ｇｄは、それぞれ伝搬長Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄を有する。共振線路１２Ｇａおよび１２Ｇｃの伝搬長Ｌ₁，Ｌ₃、共振線路１２Ｇｂおよび１２Ｇｄの伝搬長Ｌ₂，Ｌ₄を、それぞれ同じとすることにより、２つの共振線路対ＺＴＧ１，２は同じ通過損失特性を持つ。それらを互いに異ならせ、２つの共振線路対ＺＴＧ１，２が異なる通過損失特性を持つようにすることにより、所望の通過損失特性が得られる。

図７に示されるように、各可変キャパシタ１７Ｇａ〜１７Ｇｅは、それぞれの共振線路１２Ｇａ〜１２Ｇｄに対し、所定の間隙を有して跨ぐように配置された複数の可動電極３３Ｇを備える。可動電極３３Ｇが共振線路１２Ｇａに近づくと、静電容量が増加し、伝搬長Ｌが長くなり、共振する波長λが長くなる。

可変キャパシタ１７Ｇａ〜ｅをそれぞれ独立して動作させてそれぞれの静電容量を調整することにより、通過中心波長λ₀、減衰ピークの波長λ_L、λ_H、および通過帯域幅λＴを、種々の値に調整し設定することができる。

図６および図７に示される可変フィルタでは、共振線路１２Ｇａ〜１２Ｇｄの両側がフリーエリアとなっているので、可変キャパシタの駆動のための駆動電極を自由に配置することが可能である。したがって、駆動電極の面積を大きくとることができ、これにより駆動の安定性を向上させることができる。

本発明は、可変キャパシタなどにおける可動電極の駆動のための駆動電極の面積をさらに大きくすることができ、駆動の安定性を一層向上させることを目的とする。

本実施形態に開示される可変分布定数線路は、基板と、前記基板上に設けられ、互いに対向する第１の線路部および第２の線路部を含む信号線路と、前記基板の上方に設けられ、前記第１の線路部および前記第２の線路部の両者を跨いで対向する可動電極と、前記基板上に前記可動電極に対向して設けられ、前記可動電極との間に印加される電圧によって前記可動電極を引き付けて前記信号線路と前記可動電極との距離を変化させるための駆動電極と、を備え、前記第１の線路部は直線状に延び、前記第２の線路部は、前記第１の線路部の先端から折り返され、前記第１の線路部とは間隔をあけて平行に延びており、前記駆動電極は、前記第１の線路部と前記第２の線路部との間に配置された第１の電極と、前記第１の電極との間に前記第１の線路部を挟み込むように配置された第２の電極と、前記第１の電極との間に前記第２の線路部を挟み込むように配置された第３の電極と、を含む。

本発明によると、可動電極の駆動のための駆動電極の面積をさらに大きくすることができる。

第１の実施形態による可変分布定数線路の例を示す平面図である。図１の可変分布定数線路の断面図である。第２の実施形態による可変分布定数線路の例を示す平面図である。第３の実施形態による可変フィルタの例を示す平面図である。図４の可変フィルタの斜視図である。参考のために示す可変フィルタの平面図である。図６の可変フィルタの一部を拡大して示す図である。通信モジュールの構成の例を示す図である。通信装置の構成の例を示す図である。

〔第１の実施形態〕
図１において、第１の実施形態の可変分布定数線路４は、基板１１、線路１２、および可変キャパシタ１７を備える。

基板１１として、例えば、多層の内部配線を有する低温同時焼成セラミック基板（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics ) が用いられる。基板１１の表面に、ＭＥＭＳ技術を用いて線路１２および可変キャパシタ１７が形成される。また、低温同時焼成セラミック基板を有するウエハ上、その他の適当な基板上に、線路１２および可変キャパシタ１７を形成してもよい。

線路１２は、基板１１上にミアンダ（meander)状に曲がりくねって設けられ、互いに対向する第１の線路部１２ａおよび第２の線路部１２ｂを含む。第１の線路部１２ａおよび第２の線路部１２ｂは、図に示すように互いに並列して迂回しながら延びている。

すなわち、線路１２は、直線状に延びる第１の線路部１２ａ、および、第１の線路部１２ａの先端から折り返され、第１の線路部１２ａとは間隔をあけて平行に延びる第２の線路部１２ｂを含む。第２の線路部１２ｂの先端は、電気的に開放された開放端ＫＴとなっている。しかし、開放端ＫＴとするのではなくグランドに接続してもよい。

可変キャパシタ１７は、複数の可動電極３３および複数の駆動電極３５を有する。

各可動電極３３は、基板１１の上方に設けられ、第１の線路部１２ａおよび第２の線路部１２ｂの両者を跨いで対向する。各駆動電極３５は、基板１１上に各可動電極３３に対向して設けられ、可動電極３３との間に印加される電圧による静電引力によって可動電極３３を引き付け、線路１２と可動電極３３との距離を変化させる。

また、駆動電極３５は、第１の電極３５ａ、第２の電極３５ｂ、および第３の電極３５ｃを有する。

第１の電極３５ａは、第１の線路部１２ａと第２の線路部１２ｂとの間に配置される。第２の電極３５ｂは、第１の電極３５ａとの間に第１の線路部１２ａを挟み込むように配置される。第３の電極３５ｃは、第１の電極３５ａとの間に第２の線路部１２ｂを挟み込むように配置される。

これら第１の電極３５ａ、第２の電極３５ｂ、および第３の電極３５ｃには、可動電極３３に対して、互いに同じ電圧（制御電圧）Ｖｂが印加される。

また、第２の電極３５ｂおよび第３の電極３５ｃに、互いに同じ電圧Ｖｂ１が印加され、第１の電極３５ａに、第２の電極３５ｂおよび第３の電極３５ｃとは異なる電圧Ｖｂ２が印加されるようにしてもよい。例えば、第１の電極３５ａに印加する電圧Ｖｂ２を第２の電極３５ｂおよび第３の電極３５ｃに印加する電圧Ｖｂ１よりも大きくする。または、その逆に電圧Ｖｂ２を電圧Ｖｂ１よりも小さくする。

以下、可変分布定数線路４についてさらに詳しく説明する。

図２をも参照して、基板１１は、複数層の絶縁層３１ａ，３１ａ…を互いに接合することにより形成されている。図２に示す例では、絶縁層３１ａは４層である。各絶縁層３１ａには、一方の主面から他方の主面に至るように貫通孔が形成され、その貫通孔内に導電部を備えたビア３１ｂが形成されている。また、絶縁層３１ａにおける少なくとも１つの層間には、配線パターン３１ｃが内部配線として形成されている。配線パターン３１ｃの一部が、グランド接続されたグランド層３１ｄとなっている。

グランド層３１ｄは、絶縁層３１ａを挟むことにより、所定の間隙を介して線路１２と対向し、これによってマイクロストリップライン構造（Microstrip-line configuration)が形成される。

また、配線パターン３１ｃの相互間、配線パターン３１ｃとパッド部３８ａ〜ｆとの間、および、配線パターン３１ｃと線路１２との間は、必要な箇所がビア３１ｂによって接続されている。なお、絶縁層３１ａは、例えばＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics ) で実現することが可能である。ＬＴＣＣ材料は、ＳｉＯ₂を含有する場合がある。しかし、絶縁層３１ａは、ＬＴＣＣに限ることなく、他の誘電体で形成することもできる。

基板１１の表側の表面に、線路１２、駆動電極３５（第１〜第３の電極３５ａ〜３５ｃ）、およびアンカー部３７ａ，３７ｂが形成される。基板１１の裏側の表面に、パッド部３８ａ〜３８ｆが形成される。線路１２は、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏなどの低抵抗金属材料で形成される。線路１２の厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度である。

グランド層３１ｄ、駆動電極３５、およびアンカー部３７ａ，３７ｂは、基板１１の内部配線およびビア３１ｂなどを経由して、パッド部３８ａ〜ｆなどのいずれかに電気的に接続される。なお、駆動電極３５の表面に誘電体膜を形成してもよい。

可動電極３３は、アンカー部３７ａ，３７ｂにより支持される。可動電極３３とアンカー部３７ａ，３７ｂとは電気的に接続されている。可変電極３３は、弾性変形可能な低抵抗金属材料、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属や、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌのいずれかを含有する合金、またはこれらの金属や合金を有する多層膜で形成される。可変電極３３には、その中央部に厚肉の可動キャパシタ電極３３ａが形成され、その両側が薄肉のバネ電極３３ｂ，３３ｂとなっている。

これら、可変電極３３、駆動電極３５、およびアンカー部３７ａ，３７ｂなどによって、可変キャパシタ１７が形成される。

なお、可動キャパシタ電極３３ａによって、線路１２に静電容量Ｃｇが付加されることになる。可動キャパシタ電極３３ａ、または可動キャパシタ電極３３ａと線路１２とで構成される部分を、「ロードキャパシタ（Load-Capacitor) 」ということがある。また、可動電極３３と駆動電極３５とで構成される部分を「平行平板アクチュエータ」ということがある。

線路１２の上面と可動キャパシタ電極３３ａの下面との間は、自由状態で所定の間隙（ギャップ）ＧＰ１を有し、それに応じた静電容量Ｃｇを有する。間隙ＧＰ１の大きさは、例えば０．１〜１０μｍ程度である。

なお、線路１２の表面に誘電体ドットを設けてもよい。誘電体ドットを設けることにより、線路１２と可動キャパシタ電極３３ａとの間の静電容量Ｃｇが増大し、可変キャパシタ１７による周波数可変範囲が大きくなる。また、誘電体ドットは、可動キャパシタ電極３３ａが線路１２側に引き込まれた場合の短路防止の役割をも果たす。

また、図には示していないが、基板１１の上側の表面において、線路１２および可変電極３３などを含む可変分布定数線路４の全体がパッケージング部材によって覆われ、これによって可変分布定数線路４の全体が封止されている。

このように構成された可変分布定数線路４は、パッド部３８ａ〜ｆを利用して図示しないプリント基板の表面に半田付けすることができ、これによって表面実装を行うことが可能である。なお、線路１２への接続は、パッド部３８ａ〜ｆを利用するようにしてもよく、また線路１２に直接に高周波信号が入力されるように接続してもよい。

パッド部３８ａ〜ｆなどを介して駆動電極３５に電圧（制御電圧）Ｖｂを印加することにより、駆動電極３５と可動電極３３との間に静電引力が発生する。制御電圧Ｖｂの大きさつまり静電引力の大きさに応じて、可動電極３３が撓み、間隙ＧＰ１の大きさが変化する。間隙ＧＰ１の大きさの変化に応じて、線路１２の表面と可動電極３３との間の静電容量Ｃｇが変化する。

これに応じて、線路１２が共振線路である場合に、その伝搬長Ｌが変化する。電圧Ｖｂの大きさを調整することによって、線路１２の伝搬長Ｌすなわち共振波長λを調整することができる。

また、可変分布定数線路４では、基板１１の内部のグランド層３１ｄと表面に形成される線路（信号線）１２とによって、マイクロストリップ型の伝送線路が構成される。マイクロストリップ型の伝送線路では、線路１２が形成された基板上の面にはグランド層が形成されないので、線路１２の両側に広いフリーエリアが設けられることとなる。そのため、そのフリーエリアに駆動電極３５を比較的自由に配置することができる。

本実施形態の可変分布定数線路４においては、線路１２をミアンダ状にし、第１の線路部１２ａおよび第２の線路部１２ｂが可動電極３３と対向するので、静電容量Ｃｇを大きくし、また可変キャパシタ１７による周波数可変範囲を大きくすることができる。

また、線路１２をミアンダ状に折り返し、折り返されたそれぞれの部分の両側に駆動電極３５を配置する。つまり、各線路部１２ａ，１２ｂの両側にもフリーエリアが設けられ、そこに３つの電極（第１〜第３の電極３５ａ〜３５ｃ）を設けて平行平板アクチュエータを形成することができる。これにより、駆動電極３５の面積をさらに大きくすることができる。

したがって、電圧Ｖｂが同じであっても駆動力を増大することができる。そのため、可動電極３３のバネ定数を大きくすることができ、高周波信号による自己作動現象(Self-Actuation 現象) を抑制することが可能である。

また、駆動電極３５の面積を可動電極３３の面積に比較して十分に大きくできるので、線路１２に供給される高周波信号による可動電極３３との間のクーロン力を無視できるようになる。したがって、これによっても可動電極３３の変位動作が安定し、自己作動現象を抑制することが可能となる。

また、可動電極３３に対して同じ駆動力を得るのであれば、電圧Ｖｂを低くすることができる。

このように、可動電極３３の動作の安定性を一層向上させることができる。これにより、可変分布定数線路４の信頼性が向上する。また、線路１２および駆動電極３５などの配置を容易に効率的に行うことができ、可変分布定数線路４の全体のサイズを小さくすることが可能である。
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の可変分布定数線路４Ｂについて説明する。

なお、第２の実施形態の可変分布定数線路４Ｂは、第１の実施形態の可変分布定数線路４に対して、線路１２Ｂの形状、駆動電極３５Ｂの個数および配置などが異なるが、基本的な動作などは同じである。したがって、以下において、第１の実施形態の可変分布定数線路４と同様な機能を有する部分は、同じ符号を付しまたは符号に「Ｂ」を付加し、説明を省略しまたは簡略化する。以下同様である。

図３において、第２の実施形態の可変分布定数線路４Ｂは、基板１１、線路１２Ｂ、および可変キャパシタ１７Ｂを備える。

線路１２Ｂは、基板１１上に、直線状部１２Ｂｔが設けられ、直線状部１２Ｂｔの両側に２つの線路部１２Ｂｓが対称に設けられている。

直線状部１２Ｂｔは、その一端が入力端子１５ａであり、他端が出力端子１５ｂとなっている。

各線路部１２Ｂｓは、スパイラル（spiral) 状に巻かれて設けられ、互いに対向する第１の線路部１２Ｂａ、第２の線路部１２Ｂｂ、および第３の線路部１２Ｂｃを含む。これら第１〜第３の線路部１２Ｂａ〜１２Ｂｃは、図３に示すように互いに並列して延びている。第３の線路部１２Ｂｃの先端は開放端ＫＴとなっているが、グランドに接続してもよい。

可変キャパシタ１７Ｂは、線路１２Ｂにおける左右の線路部１２Ｂｓに対応して、可変キャパシタ部１７Ｂｓが左右に設けられている。可変キャパシタ部１７Ｂｓは、複数の可動電極３３Ｂおよび複数の駆動電極３５Ｂを有する。

可動電極３３Ｂは、基板１１の上方に設けられ、第１〜第３の線路部１２Ｂａ〜１２Ｂｃのいずれかを跨いで対向する。各駆動電極３５Ｂは、基板１１上に可動電極３３Ｂに対向して設けられ、可動電極３３Ｂとの間に印加される電圧によって可動電極３３Ｂを引き付け、線路１２Ｂと可動電極３３Ｂとの距離を変化させる。

また、駆動電極３５Ｂは、第１〜第３の線路部１２Ｂａ〜１２Ｂｃの両側において、第１〜第３の線路部１２Ｂａ〜１２Ｂｃを挟み込むように配置された複数の電極３５Ｂａ〜３５ｆを有する。

すなわち、例えば、電極３５Ｂａは、第１の線路部１２Ｂａと第３の線路部１２Ｂｃとの間に配置されている。電極３５Ｂｂは、電極３５Ｂａとの間に第１の線路部１２Ｂａを挟み込むように配置されている。電極３５Ｂｃは、電極３５Ｂａとの間に第３の線路部１２Ｂｃを挟み込むように配置されている。電極３５Ｂｄは、電極３５Ｂｃとの間に第２の線路部１２Ｂｂを挟み込むように配置されている。電極３５Ｂｅおよび３５Ｂｆは、第１の線路部１２Ｂａおよび第２の線路部１２Ｂｂを挟み込むように配置されている。

いずれにおいても、可動電極３３Ｂは、複数の電極３５Ｂａ〜ｆと対向しており、平行平板アクチュエータにおける駆動電極３５Ｂの面積を大きくすることができる。

したがって、可変分布定数線路４Ｂにおいては、可動電極３３Ｂに対する駆動力が増大し、また可動電極３３Ｂのバネの強さを大きくすることができ、セルフアクチュエーションの発生を抑制できる。これにより、可動電極３３Ｂの駆動の安定性を一層向上させ、信頼性の一層の向上を図ることができる。
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態として、可変フィルタ３Ｃについて説明する。

図４および図５において、可変フィルタ３Ｃは、基板１１、共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄ、カップリング部１４Ｃ、入力端子１５Ｃａ、出力端子１５Ｃｂ、および可変キャパシタ１７Ｃを備える。

共振線路１２Ｃａ，１２Ｃｃは第１の共振線路であり、共振線路１２Ｃｂ，１２Ｃｄは第２の共振線路である。第１の共振線路１２Ｃａと第２の共振線路１２Ｃｂとは１つの共振線路対ＺＴＣ１を形成し、第１の共振線路１２Ｃｃと第２の共振線路１２Ｃｄとは他の１つの共振線路対ＺＴＣ２を形成する。

各共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄは、それぞれ伝搬長Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄を有する。共振線路１２Ｃａおよび１２Ｃｃの伝搬長Ｌ₁，Ｌ₃、共振線路１２Ｃｂおよび１２Ｃｄの伝搬長Ｌ₂，Ｌ₄を、それぞれ同じとすることにより、２つの共振線路対ＺＴＣ１，２は同じ通過損失特性を持つ。それらを互いに異ならせ、２つの共振線路対ＺＴＣ１，２が異なる通過損失特性を持つようにすることにより、所望の通過損失特性を持った帯域通過フィルタとすることができる。

共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄは、それぞれ、直線状に延びる第１の線路部２２ａ、および、第１の線路部２２ａの先端から折り返され、第１の線路部２２ａとは間隔をあけて平行に延びる第２の線路部２２ｂを含む。第２の線路部２２ｂの先端は、グランドに接続されているが、電気的に開放された開放端としてもよい。

カップリング部１４Ｃは、共振線路対ＺＴＣ1 で共振している高周波信号の位相を９０度（λ／４）回転し、反射無しに次の共振線路対ＺＴＣ２に伝送する役割を持つ。つまり、入力される高周波信号について、特定の周波数成分に対する選択性を有して出力し、インピーダンス整合を行って次の入力点に伝送する役割を持つ。

カップリング部１４Ｃは、伝搬長Ｌ₁₄がλ₁₄／４の分布定数線路の役割を果している。ここでの波長λ₁₄は、共振線路１２Ｃａと１２Ｃｂとの合計の伝搬長Ｌ₀に等しくしてもよく、または共振線路１２Ｃｃと１２Ｃｄとの合計の伝搬長Ｌ₀に等しくしてもよく、またはそれらの中間の伝搬長Ｌ₀としてもよい。つまり、カップリング部１４Ｃは、可変フィルタ３Ｃにおける通過中心波長λ₀に対して、λ₀／４の伝搬長Ｌ₁₄を持つ分布定数線路としてよい。このようにすることによって、通過中心波長λ₀の高周波信号を損失なく伝送し、通過損失特性の急峻性を高めることができる。

カップリング部１４Ｃは、上に述べたような可変キャパシタを備えており、可変キャパシタによって伝搬長または通過周波数を可変し調整することが可能である。また、カップリング部１４Ｃに、上に述べたような可変キャパシタとは異なる可変キャパシタ素子を備えてもよい。また、可変キャパシタまたは可変キャパシタ素子に代えて、またはこれとともに、可変インダクタンス素子を設けてもよい。

また、カップリング部１４Ｃとして、π型カップリング、Ｔ型カップリング、その他のカップリング部を用いることが可能である。

また、カップリング部１４Ｃとして、可変分布定数線路を用いてもよく、また集中定数回路を用いてもよい。

可変キャパシタ１７Ｃａ〜１７Ｃｄは、各共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄに対して設けられる。これらの可変キャパシタ１７Ｃａ〜１７Ｃｄは、互いに同じ形状かまたは対称な形状であり、機能は互いに同じであるので、１つの可変キャパシタ１７Ｃｃのみについて説明する。

可変キャパシタ１７Ｃｃは、共振線路１２Ｃｃに対して設けられている。

なお、可変キャパシタ１７Ｃａ〜１７Ｃｄまたは共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄの全部または一部を指して、「可変キャパシタ１７Ｃ」または「共振線路１２Ｃ」と記載することがある。

可変キャパシタ１７Ｃは、複数の可動電極３３Ｃおよび複数の駆動電極３５Ｃを有する。

各可動電極３３Ｃは、基板１１の上方に設けられ、第１の線路部２２ａおよび第２の線路部２２ｂの両者を跨いで対向する。各駆動電極３５Ｃは、基板１１上に各可動電極３３Ｃに対向して設けられ、可動電極３３Ｃとの間に印加される電圧によって可動電極３３Ｃを引き付けて共振線路１２Ｃと可動電極３３Ｃとの距離を変化させる。

また、駆動電極３５Ｃは、第１の電極３５Ｃａ、第２の電極３５Ｃｂ、および第３の電極３５Ｃｃを有する。

第１の電極３５Ｃａは、第１の線路部２２ａと第２の線路部２２ｂとの間に配置される。第２の電極３５Ｃｂは、第１の電極３５Ｃａとの間に第１の線路部２２ａを挟み込むように配置される。第３の電極３５Ｃｃは、第１の電極３５Ｃａとの間に第２の線路部２２ｂを挟み込むように配置される。

また、図５において破線で示されるように、基板１１の内部にグランド層３１Ｃが設けられている。グランド層３１Ｃは、共振線路１２Ｃおよび可変キャパシタ１７Ｃの全体を含んでそれらと対向するよう、それらに対して共通に設けられている。

これら、共振線路１２Ｃ、カップリング部１４Ｃ、入力端子１５Ｃａ、出力端子１５Ｃｂ、可変キャパシタ１７Ｃ、およびグランド層３１Ｃなどは、基板１１の内部配線およびビアなどを経由して、基板１１の下面などに設けられたパッド部などに電気的に接続されている。

可変フィルタ３Ｃでは、各駆動電極３５Ｃに印加する電圧Ｖｂを調整することにより、可変キャパシタ１７Ｃａ〜ｄを可変駆動し、通過中心波長λ₀、減衰ピークの波長λ_L、λ_H、および通過帯域幅λＴを、種々の値に調整し設定することができる。

可変フィルタ３Ｃにおいて、各可動電極３３Ｃは、複数の電極３５Ｃａ〜ｃと対向しているので、平行平板アクチュエータにおける駆動電極３５Ｃの面積を大きくすることができる。

したがって、可動電極３３Ｃに対する駆動力が増大し、また可動電極３３Ｃのバネの強さを大きくすることができ、セルフアクチュエーションの発生を抑制できる。これにより、可動電極３３Ｃの駆動の安定性を一層向上させ、可変フィルタ３Ｃの信頼性の一層の向上を図ることができる。

また、可変フィルタ３において、基板１１として多層の内部配線を有する低温同時焼成セラミック基板を用いたので、基板１１の内部配線をグランド層３１Ｃとして利用することができる。したがって、線路１２を容易にマイクロストリップ型の伝送線路とすることができる。

因みに、基板１１として多層の内部配線を有する低温同時焼成セラミック基板を用いなかった場合には、マイクロストリップ型の伝送線路を形成するためにグランド層を別途設ける必要がある。その場合に、駆動電極３５への配線などがグランド層と線路１２Ｃとの間を通過したりする可能性があり、インピーダンス整合をとるのが困難となるおそれがでてくる。

なお、本実施形態の可変フィルタ３においては、各可変キャパシタ１７Ｃａ〜ｄが、１つの共振線路１２Ｃａ〜１２Ｃｄに対し４つの可動電極３３Ｃを有する例を示したが、可動電極３３Ｃは１つないし３つ、または５つ以上であってもよい。また、各可動電極３３Ｃの面積を異ならせたり、共振線路との間の間隙の大きさを異ならせてもよい。
〔通信モジュール〕
上に述べた実施形態の可変フィルタ３Ｃおよび可変分布定数線路４，４Ｂは、通信モジュールＴＭとして構成することが可能である。

図８において、通信モジュールＴＭは、送信フィルタ５１および受信フィルタ５２からなる。送信フィルタ５１および受信フィルタ５２として、上に述べた可変フィルタ３Ｃを適用することが可能である。

可変フィルタ３Ｃを用いた場合に、各可変フィルタ３Ｃに制御電圧Ｖｂが与えられ、その時々の通信に合うように、通過中心周波数ｆ₀、減衰周波数ｆ_L、ｆ_H、および通過損失特性が決定される。したがって、この場合には、送信フィルタ５２または受信フィルタ５３におけるフィルタの数を減らすことができ、通信装置ＴＳの小型化を図ることができる。また、フィルタの数を減らすことによって回路が簡素化され、回路損失や回路ノイズなどを低減することが可能であり、通信モジュールＴＭの性能の向上を図ることが可能である。

なお、通信モジュールＴＭは、図８に示した以外の種々の構成とすることが可能である。
〔通信装置〕
本実施形態の可変フィルタ３Ｃは、携帯電話機、携帯端末機などの移動体通信装置、Ｂａｓｅ−ｓｔａｔｉｏｎ（基地局）装置、固定通信装置など、種々の通信装置に適用することができる。

ここでは、可変フィルタ３Ｃを適用した通信装置の一例について説明する。

図９において、通信装置ＴＳは、制御処理部６０、送信部６１、送信フィルタ６２、受信フィルタ６３、受信部６４、およびアンテナＡＴなどを有する。

処理制御部６０は、通信装置ＴＳに必要なデジタル処理およびアナログ処理を行い、またユーザとの間のヒューマンインタフェ−スを行うなど、通信装置ＴＳの全体を制御する。

送信部６１は、変調などを行って高周波信号Ｓ１１を出力する。高周波信号Ｓ１１には、互いに異なる周波数帯域の信号が含まれる。

送信フィルタ６２は、送信部６１から出力される高周波信号Ｓ１１に対し、処理制御部６０により指定された周波数帯域のみを通過させるようフィルタリングを行う。送信フィルタ６２からは、フィルタリングされた高周波信号Ｓ１２が出力される。送信フィルタ６２として、上の可変フィルタ３Ｃまたはその変形されたものを用いることができる。

受信フィルタ６３は、アンテナＡＴで受信した高周波信号Ｓ１３の中から、処理制御部６０により指定された周波数帯域のみを通過させるようフィルタリングを行う。受信フィルタ６３からは、フィルタリングされた高周波信号Ｓ１４が出力される。受信フィルタ６３として、上の可変フィルタ３Ｃまたはその変形されたものを用いることができる。

受信部６４は、受信フィルタ６３から出力される高周波信号Ｓ１４に対し、増幅および復調などを行い、得られた受信信号Ｓ１５を処理制御部６０に出力する。

アンテナＡＴは、送信フィルタ６２から出力される高周波信号Ｓ１２を電波として空中に輻射し、また図示しない無線局などから送信された電波を受信する。

送信フィルタ６２または受信フィルタ６３として可変フィルタ３Ｃを用いた場合には、制御処理部６０からの指令によって制御電圧Ｖｂが与えられ、その時々の通信に合うように、通過中心周波数ｆ₀、減衰周波数ｆ_L、ｆ_H、および通過損失特性が決定される。したがって、この場合には、送信フィルタ６２または受信フィルタ６３におけるフィルタの数を減らすことができ、通信装置ＴＳの小型化を図ることができる。また、フィルタの数を減らすことによって回路が簡素化され、回路損失や回路ノイズなどを低減することが可能であり、通信装置ＴＳの性能の向上を図ることが可能である。

なお、上に述べた通信装置ＴＳの構成において、フィルタは、送信フィルタ６２および受信フィルタ６３以外の回路素子として、例えば中間周波数用の帯域通過フィルタとして、設けられることがある。また、送信時と受信時とにおいて、アンテナＡＴ、送信フィルタ６２、または受信フィルタ６３を切り換えるためのスイッチが必要に応じて設けられる。送信フィルタ６２および受信フィルタ６３として、上に述べた通信モジュールＴＭを用いることも可能である。

また、通信装置ＴＳには、低ノイズ増幅器、パワー増幅器、デュプレクサ、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、周波数シンセサイザ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ) 、ＤＳＰ（Digital Signal Processor) 、電源装置などが必要に応じて設けられる。

通信装置ＴＳが携帯電話機である場合には、通信方式に応じた構成とし、送信フィルタ６２または受信フィルタ６３についても通信方式に応じた周波数帯域が選択される。例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications ）通信方式の場合には、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応するように設定される。また、２ＧＨｚ帯以上、例えば６ＧＨｚ帯、１０ＧＨｚ帯などにも、本実施形態の可変フィルタ３Ｃなどを適用して通信装置ＴＳを構成することが可能である。

上に述べた種々の実施形態において、基板１１、線路１２，１２Ｂ，１２Ｃ、第１の線路部１２ａ、第２の線路部１２ｂ、可変キャパシタ１７，１７Ｂ，１７Ｃ、可動電極３３，３３Ｂ，３３Ｃ、駆動電極３５，３５Ｂ，３５Ｃ、可変分布定数線路４，４Ｂ、可変フィルタ３Ｃ、通信モジュールＴＭ、および通信装置ＴＳの全体または各部の構成、構造、形状、寸法、材料、成形方法、製作方法、配置、個数、位置などは、上に述べた以外に種々変更することができる。

３Ｃ可変フィルタ（可変分布定数線路）
４，４Ｂ可変分布定数線路
１１基板
１２，１２Ｂ線路（信号線路）
１２Ｃａ，１２Ｃｃ第１の共振線路（共振線路、信号線路）
１２Ｃｂ，１２Ｃｄ第２の共振線路（共振線路、信号線路）
１２ａ，１２Ｂａ，１２Ｃａ第１の線路部
１２ｂ，１２Ｂｂ，１２Ｃｂ第２の線路部
１２Ｂｃ第３の線路部（第１の線路部、第２の線路部）
１４Ｃカップリング部
１７，１７Ｂ，１７Ｃ可変キャパシタ
３３，３３Ｂ，３３Ｃ可動電極
３５，３５Ｂ，３５Ｃ駆動電極
３５ａ，３５Ｃａ第１の電極
３５ｂ，３５Ｃｂ第２の電極
３５ｃ，３５Ｃｃ第３の電極
３５Ｂａ〜ｆ電極（第１〜第３の電極）ＺＴＣ１，２共振線路対
ＴＭ通信モジュール

Claims

基板と、
前記基板上に設けられ、互いに対向する第１の線路部および第２の線路部を含む信号線路と、
前記基板の上方に設けられ、前記第１の線路部および前記第２の線路部の両者を跨いで対向する可動電極と、
前記基板上に前記可動電極に対向して設けられ、前記可動電極との間に印加される電圧によって前記可動電極を引き付けて前記信号線路と前記可動電極との距離を変化させるための駆動電極と、
を備え、
前記第１の線路部は直線状に延び、前記第２の線路部は、前記第１の線路部の先端から折り返され、前記第１の線路部とは間隔をあけて平行に延びており、
前記駆動電極は、
前記第１の線路部と前記第２の線路部との間に配置された第１の電極と、
前記第１の電極との間に前記第１の線路部を挟み込むように配置された第２の電極と、前記第１の電極との間に前記第２の線路部を挟み込むように配置された第３の電極と、を含む、
可変分布定数線路。
前記第２の線路部の先端は、電気的に開放された開放端となっている、
請求項１記載の可変分布定数線路。
前記第２の電極および前記第３の電極には、互いに同じ電圧が印加され、
前記第１の電極には、前記第２の電極および前記第３の電極とは異なる電圧が印加される、
請求項１または２記載の可変分布定数線路。
基板と、
前記基板上に設けられ、高周波信号が入力される入力点から延びて互いに対向する第１の線路部と第２の線路部とを含む共振線路と、
前記基板の上方に設けられ、前記第１の線路部および前記第２の線路部の両者を跨いで対向する可動電極と、
前記基板上に設けられ、前記可動電極との間に印加される電圧によって前記可動電極を引き付けて前記信号線路と前記可動電極との距離を変化させるための駆動電極と、
を備え、
前記第１の線路部は直線状に延び、前記第２の線路部は、前記第１の線路部の先端から折り返され、前記第１の線路部とは間隔をあけて平行に延びており、
前記駆動電極は、
前記第１の線路部と前記第２の線路部との間に配置された第１の電極と、
前記第１の電極との間に前記第１の線路部を挟み込むように配置された第２の電極と、前記第１の電極との間に前記第２の線路部を挟み込むように配置された第３の電極と、を含む、
可変フィルタ。
前記第２の線路部の先端は、電気的に開放された開放端となっている、
請求項４記載の可変フィルタ。
前記共振線路は、互いに反対側に延びる第１の共振線路および第２の共振線路を含み、前記可動電極は、前記第１の共振線路に対向する第１の可動電極と前記第２の共振線路に対向する第２の可動電極とを含み、
前記駆動電極は、前記第１の可動電極に対向する第１の駆動電極と前記第２の可動電極に対向する第２の駆動電極とを含む、
請求項４または５記載の可変フィルタ。
前記第１の共振線路および前記第２の共振線路からなる共振線路対が複数設けられ、
前記複数の共振線路対は、カップリング部によって順次接続されている、
請求項６記載の可変フィルタ。
前記基板は、多層の内部配線を有する低温同時焼成セラミック基板である、
請求項４ないし７のいずれかに記載の可変フィルタ。
請求項４ないし８のいずれかの可変フィルタを備えた通信モジュール。