JP6652671B1

JP6652671B1 - スイッチ装置

Info

Publication number: JP6652671B1
Application number: JP2019047557A
Authority: JP
Inventors: 雄介上道
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: JP2020150466A; WO2020184547A1; CN113330632A; US20220013877A1

Abstract

【課題】ミリ波帯において利用可能なスイッチ装置であって、低い損失と高いアイソレーション特性とを両立可能なスイッチ装置を提供すること。【解決手段】スイッチ装置（１）は、広壁（導体層２）に開口（ＡＰ１〜ＡＰ５）が形成されたポスト壁導波路（フィルタ本体１Ｍ）と、開口（ＡＰ１〜ＡＰ５）を塞ぐ部分が導電性を有する材料により構成されたカバー（５）と、カバー（５）により開口（ＡＰ１〜ＡＰ５）が塞がれている第１状態と、開口（ＡＰ１〜ＡＰ５）が開放されている第２状態とを切り替えるカバー制御機構（アクチュエーター６）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波を導波するポスト壁導波路を含み、且つ、該電磁波を導波する第１状態と該電磁波を導波しない第２状態とを切り替えるスイッチ装置に関する。

非特許文献１〜３には、ミリメートル波の帯域（以下においてミリ波帯）において利用可能なスイッチ装置が記載されている。

非特許文献１は、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）の一部に含まれるスイッチ装置に言及している。非特許文献１に記載の「ＳＰ４Ｔ」という品名のスイッチ装置は、５９．２ＧＨｚ以上６０．１ＧＨｚ以下の帯域において、損失及びアイソレーションの各々が、それぞれ、２．８ｄＢ及び１６．７ｄＢである。この２．８ｄＢという損失は、比較的大きい損失であり、抑制する余地がある。

非特許文献２には、ＰＩＮダイオードを用いて構成したスイッチ装置であって、ミリ波帯域において利用可能なスイッチ装置が記載されている。ＰＩＮダイオードを用いて構成したスイッチ装置は、ミリ波帯におけるアイソレーション特性を高めることが難しい。ＰＩＮダイオードを用いて構成した典型的なスイッチ装置では、５０ＧＨｚ帯においてアイソレーションは、１０ｄＢ未満である。

また、上述したスイッチ装置を構成するために利用可能なＰＩＮダイオードとしては、非特許文献３に記載されたＰＩＮダイオードが挙げられる。

"国内初、ミリ波通信システムの実現に向け、必要な半導体回路をすべてMMIC化ミリ波送受信モジュール用GaAs MMIC チップセットを開発"、[online]、２００９年２月２５日、[２０１８年１２月５日検索]、インターネット＜URL:http://mitsubishielectric.co.jp/news-data/2009/pdf/0225.pdf＞ "THE PIN DIODE CIRCUIT DESIGNERS’HANDBOOK"、[online]、１９９８、[２０１８年１２月５日検索]、インターネット＜URL:https://www.ieee.li/pdf/essay/pin_diode_handbook.pdf#search=%27THE+PIN+DIODE+CIRCUIT+DESIGNERS%E2%80%99%27＞ "MA4AGP907 MA4AGFCP910 AlGaAs Flip Chip PIN Diodes"、[２０１８年１２月５日検索]、インターネット＜URL:https://cdn.macom.com/datasheets/MA4AGP907_FCP910.pdf#search=%27MA4AGFCP910%27＞

しかしながら、上述したように、非特許文献１に記載のＭＭＩＣの一部に含まれるスイッチ装置は、損失が大きい（２．８ｄＢ）という課題を有し、非特許文献２に記載のＰＩＮダイオードを用いて構成したスイッチ装置は、ミリ波帯におけるアイソレーションが低い（１０ｄＢ未満）という課題を有する。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ミリ波帯において利用可能なスイッチ装置であって、低い損失と高いアイソレーション特性とを両立可能なスイッチ装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスイッチ装置は、誘電体基板と、上記誘電体基板の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成された一対の広壁である第１導体層及び第２導体層と、上記誘電体基板を貫通し且つ上記第１導体層と上記第２導体層とを導通させる複数の導体ポストが柵状に配置された導体ポスト群からなるポスト壁と、を備えており、導波領域は、上記第１導体層、上記第２導体層、及び上記ポスト壁により囲まれた上記誘電体基板により構成されているポスト壁導波路と、上記広壁に少なくとも１つ形成された開口と、上記開口を塞ぐ部分が導電性を有する材料により構成されたカバーと、上記開口の全てが上記カバーにより塞がれている第１状態と、上記開口の全てが開放されている第２状態とを切り替えるように、上記カバーの位置を制御するカバー制御機構と、を備えている。

本スイッチ装置の第１状態においては、ポスト壁導波路の広壁に形成された少なくとも１つの開口の全てがカバーにより塞がれている。したがって、ポスト壁導波路内を伝搬する電磁波に対して、ポスト壁導波路は、あたかも広壁に開口が形成されていないかのように振る舞う。すなわち、本スイッチ装置は、第１状態において、一方のポートに結合された電磁波を他方のポートへ通過させる。

一方、本スイッチ装置の第２状態においては、少なくとも１つの開口の全てが開放されるため、ポスト壁導波路のインピーダンス整合状態が崩れる。したがって、ポスト壁導波路の一方のポートから開口まで伝搬してきた電磁波は、上述したインピーダンスの不整合に起因して反射されるか、開口からポスト壁導波路の外部へ漏れ出す。したがって、本スイッチ装置は、第２状態において、一方のポートに結合された電磁波を他方のポートへ通過させることなく遮断する。

また、本スイッチ装置は、非特許文献１に記載のＭＭＩＣの一部に含まれるスイッチ装置と比較して損失が少なく、且つ、非特許文献２に記載のＰＩＮダイオードを用いて構成したスイッチ装置と比較してアイソレーションが高い。したがって、本スイッチ装置は、ミリ波帯において利用可能なスイッチ装置であって、低い損失と高いアイソレーションとを両立することができる。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記ポスト壁導波路は、結合窓を介して電磁気的に結合された複数の共振器を少なくとも一部区間に含み、上記開口は、それぞれ、上記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器の上記広壁に形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、本スイッチ装置は、第１状態と第２状態とを切り替える機能に加えて、第１状態において一部の帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタとして機能する。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記開口は、それぞれ、上記複数の共振器の全ての共振器の上記広壁に形成されていてもよい。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記一対の広壁のうち、一方の広壁にのみ上記開口が形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、本スイッチ装置は、構成が簡単である。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記カバーは、上記開口を塞ぐ上記部分が導体製の板状部材又はブロック状部材であってもよい。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記カバー制御機構は、上記カバーを一軸方向に沿って移動させるアクチュエーターであってもよい。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記一軸方向は上記開口に対して垂直な方向であってもよい。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記一軸方向は上記開口に対して水平な方向であってもよい。

本発明の一態様に係るスイッチ装置において、上記カバーの一端部は、ヒンジを介して該スイッチ装置の一部に直接又は間接に固定されており、上記カバー制御機構は、上記部分と、上記開口とのなす角を変化させるアクチュエーターであってもよい。

カバーとして開口を塞ぐ部分が導体製の板状部材又はブロック状部材を採用する場合、本スイッチ装置が備えているカバー制御機構は、カバーを一軸方向に沿って移動させるアクチュエーター、又は、カバーの上記部分と開口とのなす角を変化させるアクチュエーターにより実現することができる。

本発明の一態様に係るスイッチ装置は、上記一方の広壁の上に形成された枠体であって、上記開口の全てを一括して又は分割して取り囲む枠体を更に備え、上記カバーは、導電性に加えて流動性を有する材料により構成されており、且つ、上記第１状態においては上記枠体内に配置され、上記カバー制御機構は、上記カバーを移動させることによって上記第１状態と上記第２状態とを切り替える流体ポンプであってもよい。

上記の構成によれば、カバーが導電性に加えて流動性を有する材料により構成されている場合であっても、開口をカバーで塞いだり開放したりすることができる。

本発明の一態様に係るスイッチ装置は、上記開口及び上記カバーを含む空間を覆う導体製のシールドを更に備えている、ことが好ましい。

本スイッチ装置の第２状態においては、開口は、開放されている。したがって、一方のポートから開口まで伝搬してきた電磁波は、開口において反射されるか、１又は複数の開口から導波路の外部へ漏れ出す。上記の構成によれば、導体製のシールドが開口及びカバーを含む空間を覆っているため、開口から導波路の外部へ電磁波が漏れ出す可能性がある場合にも、本スイッチ装置の外部へ漏れ出す電磁波を抑制することができる。

本発明の一態様に係るスイッチ装置は、ミリ波帯において利用可能なスイッチ装置であって、低い損失と高いアイソレーション特性とを両立可能なスイッチ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスイッチ装置であって、第２状態であるスイッチ装置の斜視図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の分解斜視図である。図１に示したスイッチ装置が含むフィルタを構成する５つの共振器の輪郭を模式的に示す平面図である。本発明の第１の変形例であるスイッチ装置の斜視図である。本発明の第２の変形例であるスイッチ装置の斜視図である。本発明の第３の変形例であるスイッチ装置の斜視図である。（ａ）は、図１に示したスイッチ装置の実施例の透過特性であって、第１状態及び第２状態における透過特性を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示したグラフを拡大したグラフである。

本発明の一実施形態に係るスイッチ装置１について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第２状態であるスイッチ装置１の斜視図である。図２は、スイッチ装置１の分解斜視図である。図３は、スイッチ装置１が備えているフィルタ本体１Ｍを構成する５つの共振器１０，２０，３０，４０，５０の輪郭を模式的に示す平面図である。なお、図３においては、導体ポスト群からなるポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４を、仮想的な連続した導体壁として図示している。

図１及び図２に示すように、スイッチ装置１は、フィルタ本体１Ｍと、カバー５と、アクチュエーター６とを備えている。フィルタ本体１Ｍは、導体層２と、誘電体基板３と、導体層４と、ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４とを備えている。

誘電体基板３は、本実施形態においては、石英ガラス製である。

導体層２は、本実施形態においては、誘電体基板３のｚ軸正方向側の主面である第１主面３ａに形成された、銅製の導体層である。導体層４は、本実施形態においては、誘電体基板３のｚ軸負方向側の主面である第２主面３ｂに形成された、銅製の導体層である。

ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、誘電体基板３を貫通し、且つ、導体層２と導体層４とを導通させる複数の導体ポストにより構成された導体ポスト群からなる。図１及び図２に示すように、ポスト壁１３は、複数の導体ポスト１３ｉ（ｉは、正の整数）により構成されている。

導体ポスト１３ｉは、誘電体基板３の第１主面３ａから第２主面３ｂまで貫通する貫通孔を形成したうえで、その貫通孔の内壁に導体層を形成することによって形成されている。なお、導体ポスト１３ｉは、上記貫通孔に導体を充填することによって形成されていてもよい。

ポスト壁１３と同様に、ポスト壁２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、それぞれ、柵状に配置された複数の導体ポスト２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉ，６３ｉ，６４ｉ，７３ｉ，７４ｉにより構成されている。

複数の導体ポストを所定の間隔で柵状に配列することによって得られるポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、上記所定の間隔に応じた帯域の電磁波を反射する、一種の導体壁として機能する。

〔フィルタ本体１Ｍ〕
図１〜図３に示すように、フィルタ本体１Ｍは、共振器１０，２０，３０，４０，５０と、導波路６０，７０とを含んでいる。共振器１０，２０，３０，４０，５０及び導波路６０，７０は、導体層２，４を一対の広壁とし、ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４を狭壁として、該一対の広壁と該狭壁とにより囲まれた領域が導波領域として機能するポスト壁導波路である。

例えば、共振器１０のポスト壁１３は、複数の導体ポスト１３ｉを柵状に、且つ、円形状に配列することにより構成されている。同様に、共振器２０，３０，４０，５０のポスト壁２３、３３，４３，５３の各々は、それぞれ、複数の導体ポスト２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉを柵状に、且つ、円形状に配列することにより構成されており、導波路６０，７０のポスト壁６３，６４，７３，７４の各々は、それぞれ複数の導体ポスト６３ｉ，６４ｉ，７３ｉ，７４ｉを柵状に、且つ、直線状に配列することにより構成されている。

その結果、例えば、共振器３０の主たる共振領域は、導体層２の一部、導体層４の一部、及びポスト壁３３により囲まれた誘電体基板３の一部により構成されている。同様に、共振器１０，２０，４０，５０の各々の主たる共振領域は、それぞれ、導体層２の一部、導体層４の一部、及びポスト壁１３，２３，４３，５３により囲まれた誘電体基板３の一部により構成されている。

なお、導体層２のうち、共振器１０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_１を含む領域には、円形の開口ＡＰ１が形成されている（図３参照）。同様に、導体層２のうち、共振器２０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_２を含む領域には、円形の開口ＡＰ２が形成されており、共振器３０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_３を含む領域には、円形の開口ＡＰ３が形成されており、共振器４０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_４を含む領域には、円形の開口ＡＰ４が形成されており、共振器５０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_５を含む領域には、円形の開口ＡＰ５が形成されている。したがって、導体層２は、特許請求の範囲に記載の一方の広壁の一例であり、第１導体層の一例でもある。

導波路６０と共振器１０とは、結合窓ＡＰ_Ｉを介して電磁気的に結合されている。共振器１０と共振器２０とは、結合窓ＡＰ_１２を介して電磁気的に結合されている。共振器２０と共振器３０とは、結合窓ＡＰ_２３を介して電磁気的に結合されている。共振器３０と共振器４０とは、結合窓ＡＰ_３４を介して電磁気的に結合されている。共振器４０と共振器５０とは、結合窓ＡＰ_４５を介して電磁気的に結合されている。共振器５０と導波路７０とは、結合窓ＡＰ_Ｏを介して電磁気的に結合されている。

結合窓ＡＰ_１２は、導体ポスト１３ｉの一部及び導体ポスト２３ｉの一部を省略することによって得られる。結合窓ＡＰ_２３，ＡＰ_３４，ＡＰ_４５，ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_Ｏについても同様である。

フィルタ本体１Ｍにおいて、結合窓ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_Ｏは、何れも入出力ポートとして機能する。結合窓ＡＰ_Ｉを入力ポートとすれば、結合窓ＡＰ_Ｏが出力ポートとなり、結合窓ＡＰ_Ｏを入力ポートとすれば、結合窓ＡＰ_Ｉが出力ポートとなる。いずれの入出力ポートを入力ポートにするかは任意である。

以上のように、フィルタ本体１Ｍは、ポスト壁導波路を利用したフィルタである。また、フィルタ本体１Ｍは、５個の共振器１０，２０，３０，４０，５０が電磁気的に結合された、５段の共振器結合型のフィルタである。このように構成されたフィルタ本体１Ｍを含むスイッチ装置１は、バンドパスフィルタとして機能する。

なお、本実施形態では、フィルタ本体１Ｍとして５段の共振器結合型のフィルタを採用しているが、フィルタ本体１Ｍの段数は５段に限定されるものではなく、所望のフィルタ特性に応じて適宜選択することができる。

（各共振器の中心間距離）
図３に示すように、共振器１０を構成する広壁の半径をＲ_１、共振器２０を構成する広壁の半径をＲ_２、共振器３０を構成する広壁の半径をＲ_３、共振器４０を構成する広壁の半径をＲ_４、共振器５０を構成する広壁の半径をＲ_５とする。また、中心Ｃ_１と中心Ｃ_２との距離をＤ_１２とし、中心Ｃ_２と中心Ｃ_３との距離をＤ_２３とし、中心Ｃ_３と中心Ｃ_４との距離をＤ_３４とし、中心Ｃ_４と中心Ｃ_５との距離をＤ_４５とする。

このとき、Ｒ_１，Ｒ_２とＤ_１２とは、Ｄ_１２＜Ｒ_１＋Ｒ_２の条件を満たし、Ｒ_２，Ｒ_３とＤ_２３とは、Ｄ_２３＜Ｒ_２＋Ｒ_３の条件を満たし、Ｒ_３，Ｒ_４とＤ_３４とは、Ｄ_３４＜Ｒ_３＋Ｒ_４の条件を満たし、Ｒ_４，Ｒ_５とＤ_４５とは、Ｄ_４５＜Ｒ_４＋Ｒ_５の条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、隣接する２つの共振器（例えば共振器１０と共振器２０と）を、各共振器の狭壁に設けた結合窓（例えば結合窓ＡＰ_１２）を介して電磁気的に結合させることができる。

（隣接する２つの共振器の対称性）
フィルタ本体１Ｍにおいて、複数の共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち互いに結合されている２つの共振器に着目する。ここでは、共振器２０と共振器３０とを用いて説明する。２つの共振器２０，３０の各々の広壁の形状は、中心Ｃ_２，Ｃ_３同士をつなぐ直線ＢＢ’を対称軸として線対称である（図３参照）。したがって、フィルタ本体１Ｍは、互いに結合されている２つの共振器における対称性が高いため、設計パラメータの数を少なくすることができる。したがって、フィルタ本体１Ｍは、所望の特性を有するフィルタを容易に設計することができる。

なお、フィルタ本体１Ｍにおいては、互いに結合されている２つの共振器が線対称となるように構成されていることに加えて、スイッチ装置１全体も線対称となるように構成されている。具体的には、共振器１０〜５０は、ｘ軸に沿い且つ共振器３０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_３を通る直線を対称軸として線対称となるように配置されており、且つ、導波路６０と導波路７０とは、上記直線を対称軸として線対称となるように配置されている。したがって、フィルタ本体１Ｍは、全体の形状に関する対称性も高いため、設計パラメータの数を更に少なくすることができる。したがって、フィルタ本体１Ｍは、所望の特性を有するバンドパスフィルタを更に容易に設計することができる。

（共振器１０，５０の配置）
フィルタ本体１Ｍにおいて、共振器１０と共振器５０とは、互いに隣接するように配置されている（図３参照）。したがって、複数の共振器が直線状に配置されている場合と比較して、フィルタ本体の全長を短くすることができる。フィルタ本体の全長を短くすることによって、フィルタ本体１Ｍを取り巻く環境温度が変化した場合に生じる熱膨張又は熱収縮の絶対値を抑制することができる。したがって、全長が従来のフィルタ本体より短いフィルタ本体１Ｍは、環境温度の変化に起因する、通過帯域の中心周波数や帯域幅などの変化を抑制することができる。言い換えれば、フィルタ本体１Ｍは、環境温度に対する特性の安定性が高い。

（共振器の形状）
図１〜図３に示すように、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０の各々において、狭壁として機能するポスト壁１３，２３，３３，４３，５３の導体ポスト１３ｉ，２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉの各々は、第１主面３ａを平面視した場合に、円形状に沿うように柵状に配置されている。しかし、導体ポスト１３ｉ，２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉの各々は、円形状ではなく６角形以上の正多角形状に沿うように柵状に配置されていてもよい。

〔カバー５及びアクチュエーター６〕
カバー５は、その表面の一部が導体層２の表面２ａに接する場合に、開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐように構成されており、且つ、少なくとも開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐ部分が導電性を有する材料により構成されている。カバー５の表面のうち、フィルタ本体１Ｍと反対側の表面５ｂには、後述するアクチュエーター６の一方の端部が接合されている。

アクチュエーター６は、開口ＡＰ１〜ＡＰ５がカバー５により塞がれている第１状態と、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が開放されている第２状態とを切り替えるように、カバー５の位置を制御する特許請求の範囲に記載のカバー制御機構の一例である。

以下において、カバー５の表面を構成する平面のうち、第１状態において導体層２と接することによって開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐ平面を特定平面５ａと呼ぶ。特定平面５ａは、特許請求の範囲に記載の開口を塞ぐ部分の一例である。図１に二点鎖線で示した領域Ｒ１は、導体層２の表面２ａのうち、第１状態において特定平面５ａが接する領域である。

本実施形態において、カバー５は、特定平面５ａを含む少なくとも一部が導体製のブロック状部材である。カバー５は、全体が導体製のブロック状部材により構成されていてもよい。

ただし、カバー５は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、カバー５は、導電性を有さない樹脂製又はセラミックス製のブロック状部材であって、特定平面５ａとなる部分に導電性を有する板状部材又は層状部材が接合されたものであってもよい。

なお、本実施形態においては、カバー５を構成する導体製ブロック状部材の導電性を有する材料としては、アルミニウム合金や銅などの金属が挙げられる。

本実施形態において、カバー５は、特定平面５ａを含む少なくとも一部が導体製のブロック状部材であるが、本発明の一態様において、カバー５は、特定平面５ａを含む少なくとも一部が導体製の板状部材であってもよい。

また、本実施形態において、アクチュエーター６は、図１に示したｚ軸方向に沿って測った場合の全長を一軸方向（本実施形態ではｚ軸方向）に沿って伸縮させることができるように構成されている。

図１に示すように、アクチュエーター６は、その全長を縮めることによって特定平面５ａと表面２ａとを離間させる。この場合、スイッチ装置１は、開口ＡＰ１〜開口ＡＰ５が開放されている第２状態となる。第２状態における特定平面５ａと表面２ａとの間隔は、特に限定されるものではなく、入力ポートと出力ポートとの間におけるアイソレーション特性が所望のアイソレーション特性を満たす範囲内において適宜設定することができる。例えば、図７に示すように、実施例のスイッチ装置１においては、特定平面５ａと表面２ａとの間隔を１ｍｍとすることによって、入力ポートと出力ポートとの間におけるＳパラメータＳ（２，１）は、動作帯域において−３５ｄＢを下回る。したがって、実施例のスイッチ装置１においては、第２状態における特定平面５ａと表面２ａとの間隔を１ｍｍとすることによって、良好なアイソレーション特性を得ることができる。

一方、図示は省略するが、アクチュエーター６は、その全長を延ばすことによって特定平面５ａと表面２ａとを接触させる。この場合、スイッチ装置１は、開口ＡＰ１〜開口ＡＰ５が特定平面５ａにより塞がれている第１状態となる。

なお、本実施形態において、アクチュエーター６は、その全長をｚ軸方向に沿って伸縮させることによって、カバー５の位置をｚ軸方向に沿って移動させるように構成されている。しかし、アクチュエーター６がその全長を伸縮させる方向は、ｚ軸方向に沿った方向に限定されるものではなく、ｘ軸方向に沿った方向であってもよいし、ｙ軸方向に沿った方向であってもよいし、ｘｙ平面内における任意の一軸に沿った方向であってもよい。これらの場合、アクチュエーター６は、（１）第１状態において、特定平面５ａが開口ＡＰ１〜ＡＰ５の全てを塞ぐ位置にカバー５を移動させ、（２）第２状態において、特定平面５ａが開口ＡＰ１〜ＡＰ５の何れとも重ならない位置にカバー５を移動させる（退避させる）ように、構成されていればよい。

（開口が形成されている共振器の数）
本実施形態においては、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０の各々の導体層２に、それぞれ、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が形成されているものとして説明した。しかし、本発明の一態様において、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち何れの共振器の導体層２に開口を形成するかは、適宜設計することができる。本発明の一態様において、開口を有する共振器の数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

例えば、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち共振器２０，３０，４０を開口を有する共振器とする場合、導体層２には開口ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４が形成されていればよく、且つ、カバー５は、導体層２を平面視した場合に、特定平面５ａが少なくとも開口ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４を包含するように構成されていればよい。

（開口を形成する導体層）
本実施形態においては、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の一方の広壁を構成する導体層２（第１導体層）に、それぞれ、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が形成されているものとしてフィルタ本体１Ｍを説明した。

しかし、本発明の一態様において、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５は、それぞれ、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の一対の広壁を構成する導体層２（第１導体層）又は導体層４（第２導体層）の何れかに形成されていればよい。例えば、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５全てが導体層４（第２導体層）に形成されていてもよいし、開口の一部（例えば、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３）が導体層２に形成され、残りの開口（例えば、ＡＰ４，ＡＰ５）が導体層４に形成されていてもよい。開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５の何れかを導体層４に形成する場合、その導体層４に形成した開口に対応して、図１及び図２に示したカバー５及びアクチュエーター６と同じ構成を、誘電体基板３の導体層４の側（ｚ軸負方向側）に設ければよい。

本実施形態において、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５は、それぞれ、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の広壁を構成する導体層にそれぞれ開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５を形成したが、各共振器の広壁を構成する導体層に形成される開口は１つとは限らず複数であってもよい。また各共振器の広壁を構成する導体層に形成される開口の数は異なっていてもよい。

〔第１の変形例〕
本発明の第１の変形例であるスイッチ装置１Ａであって、図１〜図３に示したスイッチ装置１の変形例であるスイッチ装置１Ａについて、図４を参照して説明する。図４は、スイッチ装置１Ａの斜視図である。

図４に示すように、スイッチ装置１Ａは、スイッチ装置１に対してシールド７Ａを追加することによって得られる。そこで、スイッチ装置１Ａを構成する部材のうちスイッチ装置１と同じ部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。すなわち、本変形例では、フィルタ本体１Ｍ、カバー５、及びアクチュエーター６については、その説明を繰り返さず、シールド７Ａについてのみ説明する。

シールド７Ａは、開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５を含む空間を覆う導体製の筐体である。本実施形態において、シールド７Ａは、直方体の外形を有し、図４に示したｚ軸負方向側の端面が開放された筐体である。

図４に示すように、シールド７Ａは、開放された端面が導体層２の表面２ａに接するように配置されることによって、開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５を含む空間を覆っている。

また、シールド７Ａは、少なくとも開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５を含む空間を覆っていればよいが、図４に示すように開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５と共にアクチュエーター６を含む空間を覆っていてもよい。

また、開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５を含む空間は、シールド７Ａにより密閉されていることが好ましい。しかし、例えば、シールド７Ａに形成された隙間や、シールド７Ａと表面２ａとの間に形成された隙間などにより、開口ＡＰ１〜ＡＰ５及びカバー５を含む空間と、シールド７Ａの外部とは、繋がっていてもよい。

〔第２の変形例〕
本発明の第２の変形例であるスイッチ装置１Ｂであって、図１〜図３に示したスイッチ装置１の変形例であるスイッチ装置１Ｂについて、図５を参照して説明する。図５は、スイッチ装置１Ｂの斜視図である。図５においては、スイッチ装置１Ｂが第１状態になる位置に配置されたカバー５Ｂを実線で示し、スイッチ装置１Ｂが第２状態になる位置に配置されたカバー５Ｂを二点鎖線で示している。

図５に示すように、スイッチ装置１Ｂは、フィルタ本体１Ｍと、カバー５Ｂと、ヒンジ８Ｂと、図５に図示しないアクチュエーターとを備えている。スイッチ装置１Ｂが備えているフィルタ本体１Ｍは、スイッチ装置１が備えているフィルタ本体１Ｍと同一である。そこで、スイッチ装置１Ａを構成する部材のうちフィルタ本体１Ｍについては、同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。すなわち、本変形例では、カバー５Ｂ、ヒンジ８Ｂ、及びアクチュエーターについてのみ説明する。

本変形例において、カバー５Ｂは、その表面の一部が導体層２の表面２ａに接する場合に、開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐように構成されており、且つ、少なくとも開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐ部分が導電性を有する材料により構成されている。第１状態におけるカバー５Ｂの一端部（本変形例においては図４に示すｘ軸正方向側の一端辺）は、ヒンジ８Ｂを介してスイッチ装置１Ｂの一部である導体層２の表面２ａに直接固定されている。

以下において、カバー５Ｂの上記表面を構成する平面のうち、第１状態において導体層２と接することによって開口ＡＰ１〜ＡＰ５を塞ぐ平面を特定平面５Ｂａと呼ぶ。

ヒンジ８Ｂは、図４に示したｙ軸方向に沿った軸を回転軸として、特定平面５Ｂａと、第１導体層（導体層２）の表面２ａとのなす角を変化させることができるように構成されている。

アクチュエーターは、開口ＡＰ１〜ＡＰ５がカバー５Ｂにより塞がれている第１状態と、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が開放されている第２状態とを切り替えるように、カバー５Ｂの位置を制御する特許請求の範囲に記載のカバー制御機構の一例である。該アクチュエーターは、カバー５Ｂの位置（傾きを含む）を制御することによって、特定平面５Ｂａと、導体層２の表面２ａとのなす角を変化させる。アクチュエーターは、特定平面５Ｂａと、導体層２の表面２ａとのなす角が０°となるようにカバー５Ｂを移動させることによって、スイッチ装置１Ｂを第１状態にし、特定平面５Ｂａと、導体層２の表面２ａとのなす角が所定の角度以上になるようにカバー５Ｂを移動させることによって、スイッチ装置１Ｂを第２状態にする。図５に示した第２状態のスイッチ装置１Ｂにおいて、特定平面５Ｂａと、導体層２の表面２ａとのなす角は、９０°である。

本変形例において、カバー５Ｂは、特定平面５Ｂａを含む少なくとも一部が導体製の板状部材である。カバー５Ｂは、全体が導体製の板状部材により構成されていてもよい。

ただし、カバー５Ｂは、本変形例に限定されるものではなく、図１に示したカバー５のようにブロック状部材であってもよい。また、カバー５Ｂは、少なくとも特定平面５ａとなる部分が導電性を有する材料製であればよく、それ以外の部分は、導電性を有さない樹脂製又はセラミックス製であってもよい。

なお、本変形例において、カバー５Ｂを構成する導体製ブロック状部材の導電性を有する材料としては、アルミニウム合金や銅などの金属が挙げられる。

なお、本変形例において、カバー５Ｂの一端部は、ヒンジ８Ｂを介して、スイッチ装置１Ｂの一部である表面２ａに直接固定されている。しかし、カバー５Ｂの一端部は、ヒンジ８Ｂ及び他の部材を介して、スイッチ装置１Ｂの一部に間接に固定されていてもよい。

〔第３の変形例〕
本発明の第３の変形例であるスイッチ装置１Ｃであって、図１〜図３に示したスイッチ装置１の変形例であるスイッチ装置１Ｃについて、図６を参照して説明する。図６は、第２状態であるスイッチ装置１Ｃの斜視図である。

図６に示すように、スイッチ装置１Ｃは、フィルタ本体１Ｍと、液体金属５Ｃと、スポイト６Ｃと、枠体９Ｃとを備えている。スイッチ装置１Ｃが備えているフィルタ本体１Ｍは、スイッチ装置１が備えているフィルタ本体１Ｍと同一である。そこで、スイッチ装置１Ｃを構成する部材のうちフィルタ本体１Ｍについては、同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。すなわち、本変形例では、液体金属５Ｃ、スポイト６Ｃ、及び枠体９Ｃについてのみ説明する。

液体金属５Ｃは、特許請求の範囲に記載のカバーの一例であり、導電性に加えて流動性を有する材料により構成されている。本変形例において、液体金属５Ｃは、水銀製である。また、液体金属５Ｃを構成する材料としては、水銀に代えてGalinstan（登録商標）、ガリウム、フランシウム、及びMetalliumのうち何れかを採用してもよい。Galinstan（登録商標）は、ガリウム、インジウム、及びスズの共晶合金である。また、導電性に加えて流動性を有する材料の別の例としては、導電性フィラーを分散させた溶媒が挙げられる。

枠体９Ｃは、導体層２の表面２ａの上に形成された閉じた環状の枠体であって、開口ＡＰ１〜ＡＰ５の全てを取り囲む枠体である。枠体９Ｃを構成する材料は、限定されるものではない。枠体９Ｃは、後述するように、その内部にスポイト６Ｃから液体金属５Ｃが吐出された場合に、液体金属５Ｃがスイッチ装置１Ｃの外部へ流出しないように液体金属５Ｃをせき止める。本変形例では開口ＡＰ１〜ＡＰ５の全てを一括して取り囲む枠体９Ｃを用いて説明したが、枠体の態様は、それに限らない。例えば、枠体の一態様は、開口ＡＰ１〜ＡＰ５を個別に分割して取り囲む５つの枠体の集合により構成されていてもよいし、開口の一部（例えば、ＡＰ１〜ＡＰ３）を取り囲む枠体と、残りの開口（例えばＡＰ４〜ＡＰ５）とを分割して取り囲む２つの枠体の集合により構成されていてもよい。

スポイト６Ｃは、特許請求の範囲に記載の流体ポンプの一例であり、特許請求の範囲に記載のカバー制御機構の一例でもある。スポイト６Ｃは、液体金属５Ｃを吐出したり吸引したりする。

例えば、図６に示したスイッチ装置１Ｃは、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が開放された第２状態である。この第２状態において、スポイト６Ｃが所定の量の液体金属５Ｃを枠体９Ｃ内に吐出し、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が液体金属５Ｃで塞がれることによって、スイッチ装置１Ｃは、第１状態に遷移する。

また、第１状態にあるスイッチ装置１Ｃにおいて、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が露出するように、スポイト６Ｃが枠体９Ｃ内から液体金属５Ｃを吸引し、開口ＡＰ１〜ＡＰ５が開放されることによって、スイッチ装置１Ｃは、第２状態に遷移する。スポイト６Ｃが枠体９Ｃ内から液体金属５Ｃを吸引する場合、枠体９Ｃ内に吸引されずに取り残される液体金属５Ｃをできるだけ減らすために、スポイト６Ｃは、枠体９Ｃ内を任意に移動可能なように構成されていることが好ましい。

以上のように、スポイト６Ｃは、液体金属５Ｃを移動させることによって、スイッチ装置１Ｃを、第１状態から第２状態へ、又は、第２状態から第１状態へ遷移させる。

なお、第２状態から第１状態へスイッチ装置１Ｃを遷移させるためにスポイト６Ｃが吐出する液体金属５Ｃの量は、限定されるものではなく、少なくとも開口ＡＰ１〜ＡＰ５の全てが塞がれる量であればよい。

〔実施例〕
図１〜図３に示すように構成されたスイッチ装置１の実施例として、各共振器１０，２０，３０，４０，５０に対応する各開口の直径（例えば共振器３０の場合であれば、開口ＡＰ３の直径）として１０００μｍを採用した。

そのうえで、第１状態であるスイッチ装置１の実施例のＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性、及び、第２状態であるスイッチ装置１の実施例のＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性をシミュレーションした。以下において、ＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性のことを透過特性とも呼ぶ。なお、本実施例において、第１状態におけるカバー５の特定平面５ａと導体層２の表面２ａとの間隔を０ｍｍとし、第２状態における特定平面５ａと表面２ａとの間隔を１ｍｍとした。

図７の（ａ）は、第１状態及び第２状態におけるスイッチ装置１の実施例の透過特性を示すグラフである。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示したグラフを拡大したグラフである。

図７の（ｂ）を参照すれば、第１状態におけるスイッチ装置１の実施例のＳパラメータＳ（２，１）は、７３．４ＧＨｚ以上７６．５ＧＨｚ以下の帯域で−１ｄＢ以上となることが分かった。換言すれば、第１状態におけるスイッチ装置１の実施例は、ミリ波帯の一部である７３．４ＧＨｚ以上７６．５ＧＨｚ以下の帯域を動作帯域とした場合に、１ｄＢ以下の低い損失を実現できることが分かった。

また、図７の（ａ）を参照すれば、第２状態におけるスイッチ装置１の実施例のＳパラメータＳ（２，１）は、７９．３ＧＨｚ以下の帯域において−３２．５ｄＢを下回ることが分かった。換言すれば、第２状態におけるスイッチ装置１の実施例は、ミリ波帯の一部である上記動作帯域において、高いアイソレーション特性を実現できることが分かった。

以上のように、スイッチ装置１の実施例は、ミリ波帯において利用可能なスイッチ装置であって、低い損失と高いアイソレーション特性とを両立可能なスイッチ装置であることが分かった。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃスイッチ装置
１Ｍフィルタ本体（ポスト壁導波路）
２導体層（第１導体層、一方の広壁）
ＡＰ１〜ＡＰ５開口
３誘電体基板
３ａ，３ｂ第１主面，第２主面
４導体層（第２導体層）
５，５Ｂカバー
５ａ，５Ｂａ特定平面
５Ｃ液体金属（カバー）
６アクチュエーター（カバー制御機構）
６Ｃスポイト（流体ポンプ、カバー制御機構）
７Ａシールド
８Ｂヒンジ
９Ｃ枠体
１０、２０，３０，４０，５０共振器
１３，２３，３３，４３，５３ポスト壁
ＡＰ１２，ＡＰ２３，ＡＰ３４，ＡＰ４５結合窓

Claims

誘電体基板と、上記誘電体基板の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成された一対の広壁である第１導体層及び第２導体層と、上記誘電体基板を貫通し且つ上記第１導体層と上記第２導体層とを導通させる複数の導体ポストが柵状に配置された導体ポスト群からなるポスト壁と、を備えており、導波領域は、上記第１導体層、上記第２導体層、及び上記ポスト壁により囲まれた上記誘電体基板により構成されているポスト壁導波路と、
上記広壁に少なくとも１つ形成された開口と、
上記開口を塞ぐ部分が導電性を有する材料により構成されたカバーと、
上記開口の全てが上記カバーにより塞がれている第１状態と、上記開口の全てが開放されている第２状態とを切り替えるように、上記カバーの位置を制御するカバー制御機構と、を備えている、
ことを特徴とするスイッチ装置。
上記ポスト壁導波路は、結合窓を介して電磁気的に結合された複数の共振器を少なくとも一部区間に含み、
上記開口は、それぞれ、上記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器の上記広壁に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
上記開口は、それぞれ、上記複数の共振器の全ての共振器の上記広壁に形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
上記一対の広壁のうち、一方の広壁にのみ上記開口が形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスイッチ装置。
上記カバーは、上記開口を塞ぐ上記部分が導体製の板状部材又はブロック状部材である、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスイッチ装置。
上記カバー制御機構は、上記カバーを一軸方向に沿って移動させるアクチュエーターである、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のスイッチ装置。
上記一軸方向は上記開口に対して垂直な方向である、
ことを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
上記一軸方向は上記開口に対して水平な方向である、
ことを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
上記カバーの一端部は、ヒンジを介して該スイッチ装置の一部に直接又は間接に固定されており、
上記カバー制御機構は、上記部分と、上記開口とのなす角を変化させるアクチュエーターである、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のスイッチ装置。
上記一方の広壁の上に形成された枠体であって、上記開口の全てを一括して又は分割して取り囲む枠体を更に備え、
上記カバーは、導電性に加えて流動性を有する材料により構成されており、且つ、上記第１状態においては上記枠体内に配置され、
上記カバー制御機構は、上記カバーを移動させることによって上記第１状態と上記第２状態とを切り替える流体ポンプである、
ことを特徴とする請求項４に記載のスイッチ装置。
上記開口及び上記カバーを含む空間を覆う導体製のシールドを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のスイッチ装置。