JPH10308603A - 超小型電子機械式スイッチを用いたチューナブルマイクロ波ネットワーク - Google Patents

超小型電子機械式スイッチを用いたチューナブルマイクロ波ネットワーク

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JPH10308603A
JPH10308603A JP9353765A JP35376597A JPH10308603A JP H10308603 A JPH10308603 A JP H10308603A JP 9353765 A JP9353765 A JP 9353765A JP 35376597 A JP35376597 A JP 35376597A JP H10308603 A JPH10308603 A JP H10308603A
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microwave
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JP9353765A
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Los Santos Hector J De
ヘクター・ジェイ・デ・ロス・サントス
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
HE Holdings Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＥＭスイッチを用いてＭＭＩＣ、ＭＩＣあ
るいはハイブリッド回路上のネットワークトポロジーを
選択的に変更することにより所望の周波数応答を得るマ
イクロ波チューニングネットワークを提供することにあ
る。 【解決手段】 ＭＥＭスイッチ群を選択的に切り替えて
ネットワークトポロジーを変更することにより、モノリ
シックマイクロ波集積回路上のマイクロ波ネットワーク
の所望の周波数応答が得られる。ＭＭＩＣフィルタネッ
トワークにおいて、キャパシタ群とインダクタ群との間
に接続されたＭＥＭスイッチ群は選択的に切り替えられ
てネットワーク構成を変化させ所望の周波数応答を得
る。ＭＭＩＣ増幅器ネットワークにおいて、ＭＥＭスイ
ッチ群は選択的に切り替えられて増幅器を所望の周波数
応答にチューニングし、高調波出力を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はマイクロ波ネットワー
クのチューニングに関し、特にモノリシックマイクロ波
集積回路（ＭＭＩＣ）、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）
およびハイブリッド回路上の超小型電子機械（ＭＥＭ）
スイッチを用いたフィルタおよび増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、フィルタは、容量性回路および
誘導性回路の直列、並列あるいはそれらの組み合わせの
回路網により構成される。フィルタはモノリシックマイ
クロ波集積回路（ＭＭＩＣ）上に実装される場合、一般
に、バイナリの重み付けをした単位キャパシタを誘導性
回路として使用する。バイナリの重み付けをしたキャパ
シタはJ.L. McCreary 他著"All-MOS Charge Redistribu
tion Analog-to-DigitalConversion Techniques−Part
I", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-10, 197
5, 頁３７１―３７９に記載されている。フィルタネッ
トワークでは周波数応答特性はその構成、キャパシタの
容量値、およびインダクタのインダクタンスにより決定
される。ＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上
のキャパシタとインダクタは通常固定されており、少な
くとも１つの空胴の形状を変えるためにチューニング用
のネジを用いてチューニング可能な導波管フィルタと異
なり、ＭＭＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路にも
とづくフィルタは一般にチューニングできない。
【０００３】ＭＭＩＣの回路構成を変更するには、主に
２種類の半導体スイッチ、すなわちＰＩＮダイオードと
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。マイク
ロ波アプリケーションのためのＰＩＮダイオードスイッ
チはJ.C. Hill 他著"PIN Diode Switches Handle High-
Power Applications", MSN １９８９年６月、頁３６
―４０に記載されている。マイクロ波ＦＥＴスイッチは
M. Shifrin他著"Monolithic Control Components Handl
e 27 W of RF Power", Microwave Journal ,１９８９
年１２月、頁１１９−１２２に記載されている。
【０００４】一般に、ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッ
チはオフのときは、絶縁性が低く、Ｃバンドを超える周
波数でスイッチをオンにするとそう入損が大きい。ＰＩ
ＮダイオードとＦＥＴスイッチは比較的低い周波数のマ
イクロ波動作には適しているが、近代の人工衛星の多く
は、Ｘバンド、Ｋｕバンド、およびＫａバンドのより高
いマイクロ波周波数で動作する。これらのスイッチは、
上記より高い周波数での性能を著しく劣化させる寄生容
量および寄生インダクタンスを有し、それゆえチューニ
ングのためにＭＭＩＣを再構成するのには使用されな
い。
【０００５】ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチはオン
／オフ切り替え動作を可能にするＰ／Ｎ接合を有した半
導体装置であり、望ましくない相互変調ひずみを発生す
る非線形特性を示す。さらに、非線形性により、高調波
成分の望ましくない出力信号も発生するので、このスイ
ッチをインピーダンスマッチングが良好でないフィルタ
ネットワークに使用すると、上記J.C.Hill他が記載する
ように高調波信号にかなりの変化を生じる。
【０００６】ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチ
を動作させるには、バイアス電圧を与えるために電力を
連続して供給する必要があり、それゆえ、たとえスイッ
チが定常状態、すなわちオンあるいはオフのいずれかの
状態にあるときでも電力を消費する。これらのスイッチ
の多くは、人工衛星に搭載するマイクロ波ネットワーク
用に通常必要であり、これらのスイッチを維持するため
に人工衛星のバッテリから流れる電力により、人工衛星
の動作寿命が短くなる。
【０００７】動作を最適化するため、インピーダンスを
所望の値にマッチングさせるためのマイクロ波ネットワ
ークのチューニングは、伝統的に手動チューニングで、
すなわちネットワークの伝送線の電気的有効長を手動で
設定することにより行っていた。手動チューニングの一
例では分路スタブを用いる。分路スタブは主伝送ライン
と並列に接続された終端伝送ラインセグメントである。
主伝送ラインの長さは通常固定されているのに対し、こ
の分路スタブは短絡回路あるいは開路端子を有し、その
長さは調節可能である。連続的に調節可能な分路スタブ
を用いたインピーダンスマッチングは良く知られてお
り、R.E. Collin 著" Foundation for Mic rowave Engin
eering", McGraw-Hill, Inc., 1966, 頁２０７−２１２
に記載されている。
【０００８】手動チューニングは、人工衛星の動作のよ
うに、チューニングされるマイクロ波ネットワークが手
の届かないところにあるようなアプリケーションには適
していない。手動チューニングは、衛星を打ち上げる前
に完了し、伝送ラインの長さを調節しなければならな
い。それゆえ、衛星に搭載された伝送ラインの長さをさ
らに調節することによりマイクロ波ネットワークの性能
を最適化することは実用的ではない。
【０００９】適切なチューニングを得るために伝送ライ
ンの有効な電気的長さを変えるために、ＰＩＮダイオー
ドスイッチとおよび／またはＦＥＴスイッチが伝送ライ
ンのセグメントと一緒に配置され、選択的にオン／オフ
され、所望の電気的ライン長を得る。増幅器の非線形増
幅特性により発生される高調波信号は、基本周波数の整
数倍の周波数を有し、一般にはマイクロ波通信アプリケ
ーションには望ましいものではないので、低減しなけれ
ばならない。高調波信号は、増幅器の入力端および出力
端の伝送ラインの有効な電気的長さをチューニングする
ことにより低減可能である。代表的なマイクロ波電力増
幅器はS. Toyoda, "High Efficiency Single and Push-
Pull Power Amplifiers", IEEE MTT-S Digest , 1993,
頁２７７−２８０に記載されている。
【００１０】ＭＥＭスイッチは動作電圧により駆動され
る小型のスイッチング装置であり、通常半導体基板上に
作られる。適切な基板として、ＭＭＩＣに使用される半
導体材料として最も一般的な種類の半導体材料である、
シリコン（Ｓｉ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）を含
む。ＭＥＭスイッチは、ハイブリッド回路に使用される
酸化アルミニウムのような誘電体材料の基板上に成形す
ることも可能である。ＧａＡｓＭＭＩＣのためのＭＥＭ
スイッチはL.E. Larson 他著"Microactuatorsfor GaAs-
based Microwave Integrated Circuits", IEEE Transd
ucers '91 Con ference on Solid State Sensors and Ac
tuators, 1991, 頁７４３−７４６に記載されている。
動作電圧は、スイッチが「オン」状態または「オフ」状
態にあるか否かを決定する。
【００１１】ＭＥＭスイッチの１つの種類は、ＭＥＭカ
ンチレバービーム変形可能スイッチであり、回路信号路
を開閉するように移動する変形可能なカンチレバービー
ムアームを有し、上記L.E. Larson 他著に記載されてい
る。このスイッチのサイズは小さく、一般的な寸法は、
17.5ミクロン×125 ミクロンであり、ＳｉおよびＧａＡ
ｓのような種々の材料の基板上に製造可能である。この
スイッチは、静電スイッチ電極に印加される電圧信号に
よりオンまたはオフされる。静電スイッチ電極は半導体
基板上に積層される導電層であり、ビームアームの直下
に位置する。このスイッチは、電圧信号に応答してビー
ムアームを動かすことにより開閉する。スイッチをオン
にする、すなわち可動ビームアームにより回路信号路を
閉じるための一般的な動作電圧範囲はおよそ７０ボルト
乃至９０ボルトである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ＭＥＭスイッチは衛星
に搭載する再構成可能なマイクロ波ネットワークにはこ
れまで使用されていなかった。これは、接点が機械式で
あり、高レベルの加速および／または振動の影響で不安
定になると考えられていたからである。
【００１３】この発明は上述した問題に鑑みて成された
ものであり、その目的は、ＭＥＭスイッチを用いてＭＭ
ＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のネットワー
クトポロジーを選択的に変更することにより所望の周波
数応答を得るマイクロ波チューニングネットワークを提
供することである。
【００１４】複数の誘導性ラインから構成されるネット
ワークにおいて、ＭＥＭスイッチはライン間に接続さ
れ、再構成可能な誘導性回路を形成する。ＭＥＭスイッ
チ群は、バイナリの重み付けがされた単位キャパシタの
ネットワークにも実装して再構成可能な容量性回路を形
成することが可能である。フィルタはこれらの再構成可
能な容量性回路および誘導性回路を所望のネットワーク
構成に組み合わせることにより形成される。フィルタの
周波数応答は容量性回路および／または誘導性回路の少
なくともいくつかを選択的に切り替えて回路構成を変更
することによりチューニング可能である。
【００１５】その他の多くの実装方法も、ＭＥＭスイッ
チにもとづくチューニングネットワークに実現可能であ
る。マイクロ波増幅器ネットワークにおいて、ＭＥＭス
イッチ群を用いて入力伝送ラインおよび出力伝送ライン
の有効な電気的長さを調節し、増幅器を所望の周波数応
答にチューニングさせる。増幅器ネットワークは高調波
を低減する所望の周波数応答にチューニング可能であ
る。長さと場所を選択して多くの分路スタブを入出力伝
送ラインに接続することにより、伝送ラインの出力イン
ピーダンスを変え、その結果増幅器ネットワークの周波
数応答が変更される。各分路スタブはＭＥＭスイッチに
より伝送ラインに接続される。分路スタブのいくつかに
対してＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他のＭＥＭスイ
ッチを開くことにより、増幅器ネットワークの所望の周
波数応答を得ることができる。
【００１６】この発明のこれらの特徴と利点および他の
特徴と利点は添付図面と共に以下の詳細な説明から当業
者には明白である。
【００１７】
【発明の実施の形態】この発明は、ＭＭＩＣ、ＭＩＣあ
るいはハイブリッド回路の基板上の異なるマイクロ波コ
ンポーネントを選択的に接続して、所望の周波数応答を
出力するような目的のためにネットワークトポロジーを
変更するＭＥＭスイッチ群を用いたマイクロ波チューニ
ングネットワークを提供する。伝送ラインのインピーダ
ンスマッチングは多数の分路スタブを所望の位置に配置
し、分路スタブをＭＥＭスイッチにより伝送ラインに選
択的に接続することにより得られる。マイクロ波増幅器
ネットワークでは、増幅器の入出力端子に接続された伝
送ラインはＭＥＭスイッチにより分路スタブに選択的に
接続され増幅器が所望の周波数応答にチューニングされ
る。チューニング可能なマイクロ波フィルタネットワー
クでは、回路トポロジーは、フィルタの容量性回路およ
び／または誘導性回路を、ＭＥＭスイッチを用いて選択
的に切り替えることにより変更され所望の周波数応答が
得られる。
【００１８】ＭＥＭスイッチは半導体ＰＩＮダイオード
あるいはＦＥＴスイッチに対していくつかの利点を有す
る。一般的なＭＥＭカンチレバービーム変形可能スイッ
チの「オン」抵抗および「オフ」容量は、それぞれ２オ
ームおよび1.6 フェムトファラッドのオーダである。低
い「オン」抵抗および低い「オフ」容量の結果として、
そう入損は「オン」状態において約0.05dBの低さであ
り、絶縁性は約１８GHzの周波数のときの「オフ」状態
において、３３dBのオーダである。ＭＥＭスイッチは一
般に、一般的なマイクロ波ＰＩＮダイオードあるいはＦ
ＥＴスイッチよりも低い「オン」抵抗および低い「オ
フ」容量を示す。スイッチ群を用いてネットワークの周
波数応答を調整するときは、スイッチ群はできるだけ、
ほぼ完全なもの、すなわち「オン」状態において、そう
入損がほぼ零であり「オフ」状態においてほぼ無限の絶
縁性であることが非常に好ましい。それゆえ、ＭＥＭス
イッチは半導体スイッチよりも、再構成可能なマイクロ
波ネットワークに適している。
【００１９】ＭＥＭスイッチは、直流から高マイクロ波
周波数まで、「オン」状態において低いそう入損を、
「オフ」状態において高い絶縁性を示す。一般的なＭＥ
Ｍスイッチは約４５GHz までの周波数において、「オ
ン」状態において0.5 dB未満のそう入損、および「オ
フ」状態において25 dB を超える絶縁性を有する。それ
ゆえ、ＭＥＭスイッチはＸバンド、ＫｕバンドおよびＫ
ａバンドでの動作に適している。さらに、ＭＥＭスイッ
チはそのビームアームの機械的動作により回路信号路を
開閉する。ＭＥＭスイッチにはＰ／Ｎ接合は存在せず、
それゆえ、半導体の電気的特性により非線形性が生じな
い。ＭＥＭスイッチにより発生される相互変調ひずみお
よび高調波は非常に小さいので、大抵のアプリケーショ
ンの場合無視できる。
【００２０】ＭＥＭスイッチは半導体ＰＩＮダイオード
あるいはＦＥＴスイッチより電力消費が少なく、バイア
ス電圧を維持するために連続して電力を供給する必要が
無い。スイッチをオンにするには動作電圧が必要になる
が、この電圧はビームアームを移動させる静電荷しか供
給せず、切り替えのために必要な電力はＰＩＮダイオー
ドあるいはＦＥＴスイッチに必要な連続電力よりもはる
かに少ない。それゆえ、ＭＥＭスイッチは、電力消費が
宇宙船の寿命に直接影響する宇宙船の応用に適してい
る。
【００２１】図１はこの発明の一実施形態を示す。チュ
ーニング可能な誘導性ラインネットワークは、シリコン
あるいはＧａＡｓのような半導体材料、あるいはハイブ
リッド回路に使用される酸化アルミニウムのような誘電
体材料の基板１３を有するマイクロ波回路１１上に、複
数のスイッチ１０ａ、１０ｂ、．．．１０ｋ、望ましく
はＭＥＭスイッチにより接続された複数の誘導性ライン
６ａ、６ｂ、８ａ、・・・８ｄを有する。ＭＥＭスイッ
チ群の少なくともいくつかを選択的にスイッチングする
ことにより誘導性ラインネットワーク全体のインダクタ
ンス値を変え、それにより周波数応答を変える。この実
施形態において、各誘導性ライン６ａ、６ｂはインダク
タンス値Ｌ１を有し、誘導性ライン８ａ、・・・８ｄは
各々Ｌ２のインダクタンス値を有する。スイッチ群１０
ａ・・・１０ｃが閉じ、スイッチ群１０ｄ、・・・１０
ｋが開いている場合、誘導性ライン６ａ、６ｂのみが接
続され、全体のインダクタンス値は２Ｌ１になる。スイ
ッチ群１０ｂ、１０ｆ、１０ｈおよび１０ｊが開いてい
て、１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇ、１０ｉ
および１０ｋが閉じている場合、ネットワーク全体のイ
ンダクタンスは２Ｌ１＋２Ｌ２となる。スイッチ群１０
ｂ、１０ｆ、１０ｈおよび１０ｉが開いていて、スイッ
チ群１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇ、１０ｊ
および１０ｋが閉じている場合、ネットワーク全体のイ
ンダクタンス値は２Ｌ１＋４Ｌ２となる。他の誘導性ネ
ットワーク構成も実現可能であり、各誘導ラインは同じ
かあるいは異なるインダクタンス値を持ち得る。誘導性
ラインネットワークは全体として、フィルタにおける１
つの調節可能なインダクタとして使用することができ、
その調節はＭＥＭスイッチ群を選択的にスイッチングす
ることにより行われる。
【００２２】図２は、半導体あるいは誘電体材料の基板
１３を有するマイクロ波回路１１上に、複数のスイッチ
群１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｋ、望ましくはＭＥＭス
イッチ群により接続された複数のバイナリの重み付けさ
れたキャパシタ、すなわち上極板群１２ａ、１２ｂ、・
・・１２ｇを有するチューニング可能なキャパシタネッ
トワークを示す、この発明の実施形態である。バイナリ
の重み付けがされたキャパシタは図３に示す断面を有
し、上極板１２ｄは半導体基板１３上に位置し、半導体
基板１３は、コモングラウンドプレーン１６上に位置す
る。グラウンドプレーン１６は通常接地され、上極板１
２ｄと共に、バイナリの重み付けされたキャパシタの平
行板として機能する。
【００２３】キャパシタネットワークは全体としてＭＭ
ＩＣ、ＭＩＣあるいはハイブリッド回路上のフィルタに
おける１つの調節可能なキャパシタとして使用される。
図２に戻ると、ＭＥＭスイッチ群１４ａ、１４ｂ、・・
・１４ｋは選択的に切り替え可能なのでキャパシタ回路
のトポロジーを再構成してネットワーク全体の容量値を
変え、それにより周波数応答を変えることができる。こ
の実施形態では、各キャパシタ１２ａ、１２ｂ、・・・
１２ｇは容量値Ｃ１を有し、伝送ラインセグメント１８
はスイッチ群１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄを介してキャ
パシタに接続される。キャパシタのいくつかを接続し、
他を切り離すことにより、ネットワークのキャパシタン
スを変えることができる。例えば、ネットワーク全体の
キャパシタンスを２Ｃ１にするには、スイッチ群１４
ａ、１４ｃおよび１４ｊを閉じ、スイッチ群１４ｂ、１
４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、およ
び１４ｋを開く。また、４Ｃ１のネットワークキャパシ
タンスを得るには、スイッチ群１４ａ、１４ｂ、１４
ｅ、１４ｈ、１４ｉおよび１４ｋを閉じ、スイッチ群１
４ｃ、１４ｄ、１４ｆ、１４ｇおよび１４ｊを開く。図
２はＭＥＭスイッチが接続されたキャパシタネットワー
クの１つの構成のみを示す。他の構成も実現可能であ
る。
【００２４】図４は、チューニング可能なフィルタが図
１および２ａのラインに沿ってキャパシタネットワーク
とインダクタネットワークを併せ持つこの発明の他の実
施形態を示す。入力伝送ライン２０はキャパシタンス値
Ｃ２を有するバイナリの重み付けがされたキャパシタ２
２ａに接続され、キャパシタ２２ａは図２と同様のキャ
パシタネットワーク２４ａに接続され、ネットワークの
キャパシタンスを調節するための複数のＭＥＭスイッチ
群を有する。キャパシタ２２ａは図１と同様のインダク
タ回路２６ａに接続される。フィルタは、キャパシタ２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ、キャパシタネットワーク２４
ａ、２４ｂ、２４ｃ、およびインダクタネットワーク２
６ａ、２６ｂを交互接続する構造を反復することにより
形成される。フィルタの出力信号はキャパシタ２２ｃか
ら出力伝送ライン２８に伝送される。図４の等価回路を
図５に示す。キャパシタンスＣａ、Ｃｂ、およびＣｃは
それぞれ、キャパシタ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ、および
チューニング可能なキャパシタネットワーク２４ａ，２
４ｂ，２４ｃの和である。インダクタンスＬａおよびＬ
ｂはそれぞれチューニング可能な誘導性ラインネットワ
ーク２６ａおよび２６ｂのインダクタンス値である。各
キャパシタンス値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃおよびインダクタン
ス値ＬａおよびＬｂは一緒に結合されてフィルタの周波
数応答を決定するが、キャパシタネットワークおよびイ
ンダクタネットワーク内のＭＥＭスイッチ群の少なくと
もいくつかを選択的に切り替えることにより変更可能で
ある。
【００２５】これらスイッチ群のいくつかを閉じ、他を
開くことにより所望の周波数応答を得るようにフィルタ
をチューニングする。図４および５は１つのフィルタ構
成のみを示すが、他の構成も実現可能である。
【００２６】図６は入力４２と出力４４を有する主伝送
ラインセグメントを有したインピーダンスマッチングネ
ットワークを示す。このネットワークはマイクロ波回路
１１の基板１３上に実装される。このマイクロ波回路１
１はさらに、完全な伝送ライン回路を形成するために、
基板直下にグラウンドプレーンを有する。伝送ライン４
０は特性インピーダンスを有する。この特性インピーダ
ンスは実数であり、実質的に周波数に依存する。出力４
４の負荷のインピーダンスは伝送ラインの特性インピー
ダンスとは異なる値を取ることができ、負荷が容量性お
よび／または誘導性構成要素を有する場合には複素数で
あってもよい。伝送ラインの特性インピーダンスが負荷
インピーダンスと異なりかつ有効電気ライン長が適切に
チューニングされていない場合には、不整合を生じ、入
力４２はネットワークからの電圧および／または電流反
射を受ける。同様に、伝送ラインの特性インピーダンス
と入力４２の入力インピーダンスとの間に不整合がある
と、出力４４は反射を受ける。反射波は所望のマイクロ
波伝送と干渉し、伝送効率を低下させ、伝送ラインに望
ましくない共鳴を生じる。
【００２７】インピーダンスの不整合は固定の有効電気
ライン長の場合、周波数に依存する。選択された周波数
レンジ内の不整合は、伝送ラインに沿って選択された位
置における１つ以上の所定の長さの分路スタブを接続す
ることにより低減し、所望の周波数応答を出力すること
が可能である。分路スタブの長さを連続的に調節するこ
とによる一般的なチューニング方法は宇宙船応用には適
していないので、固定長の分路スタブを設けなければな
らない。伝送ラインのための所望の有効電気長を得るた
めには、伝送ライン４０の一方側あるいは両側の基板１
３上に複数の分路スタブ５０を配置することが望まし
い。各分路スタブは、開状態あるいは短絡状態のいずれ
かの状態を取り得る成端５２を有する。ＭＭＩＣあるい
はＭＩＣ基板上では、分路スタブとグラウンドプレーン
とを接続する必要が無いように、分路スタブは開路成端
を有することが望ましい。ＭＭＩＣまたはＭＩＣ上の短
絡成端では分路スタブをグラウンドプレーンに電気的に
接続するために基板を貫通する導体が必要になり、製造
が困難になる。しかしながら、短絡は広い周波数レンジ
でより安定した成端を得ることができるので、ある応用
では望ましい。
【００２８】各分路スタブは各ＭＥＭスイッチ５４を介
して主伝送ライン４０に接続される。分路スタブのいく
つかのＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他を開くことに
より、所望の周波数レンジ内でのインピーダンス不整合
を低減するように伝送ラインの所望の周波数応答を得る
ことができる。伝送ラインに沿って隣接する分路スタブ
群のＭＥＭスイッチ群の間隔は約１／４波長あるいは１
／４波長の整数倍が望ましい。各分路スタブの長さは約
１／２波長あるいは１／２波長の整数倍であることが望
ましい。分路スタブの長さと間隔の他の組み合わせも実
現可能である。分路スタブは同じ長さである必要はな
く、間隔も同じである必要はない。
【００２９】図７は基板１３上に伝送ライン４０、ＭＥ
Ｍスイッチ５４および分路スタブ５０を有した、切断線
４ｂ−４ｂから見た断面図である。コモングラウンドプ
レーン５６は基板１３直下に位置する。ＭＥＭスイッチ
は移動可能なカンチレバービームアーム５８を有し、こ
のアーム５８は導電性スイッチパッド６０に固定された
固定端部を有するとともに、スイッチが閉じたとき接点
パッド６４に電気的に接続するように適合した可動端部
を有する。ビームアーム５８の動きは、ビームアーム直
下の基板１３上に配置されたスイッチング電極６６に印
加された動作電圧により制御される。動作電圧がスイッ
チング電極６６に現れるとビームアーム自身がスイッチ
ング電極の方へ変形して移動するもう１つの電極として
作用するので、可動端部が接点パッド６４に接触する。
動作電圧は一般に約７０Ｖ乃至９０Ｖである。接点パッ
ド６４は伝送ライン４０に接続され、スイッチパッド６
０は開路成端５２を有する分路スタブ５０に接続され
る。
【００３０】図８はマイクロ波回路１１の基板１３上の
増幅器ネットワークを示す。この回路はソリッドステー
ト増幅器７０から成り、入力７２からのマイクロ波信号
を増幅し、増幅された信号を出力７４に出力する。大部
分のソリッドステート増幅器、特に電力増幅器は望まし
くない高調波出力信号を出力する非線形伝送応答特性を
有する。高調波信号は基本周波数、すなわち入力信号の
周波数の整数倍の周波数で発生される。入力伝送ライン
セグメント７６は入力信号を増幅器の入力に供給するよ
うに接続され、出力伝送ラインセグメント７８は出力信
号を伝送するように増幅器の出力に接続される。出力伝
送ラインセグメント７８から分岐した高調波チューニン
グ伝送ラインセグメント８０は、増幅器により生成され
た高調波を低減するために設けることが望ましい。
【００３１】図６に示す構成と同様な構成の各ＭＥＭス
イッチ５４を介して複数の分路スタブ５０が入力伝送ラ
インセグメント７６に接続される。各分路スタブは開路
成端５２を有することが望ましい。ＭＥＭスイッチ群は
入力インピーダンスとマッチングさせるために選択的に
オンまたはオフされ、その結果、入力信号は入力ライン
セグメント７６に反射が生じ無いように増幅器７２の入
力に伝送することができる。
【００３２】同様に、出力伝送ラインセグメント７８
は、図６に示すＭＥＭスイッチ群と同様の各ＭＥＭスイ
ッチ群５４を介して複数の分路スタブ５０が接続され
る。出力インピーダンスは、所望の周波数レンジで反射
を低減するように分路スタブの少なくともいくつかを選
択的にスイッチングすることによりマッチングを取る。
殆どのソリッドステートマイクロ波増幅器は増幅器の出
力端部に反射された電力に非常に敏感であり、反射され
た電力が十分に大きい場合には物理的に破損あるいは破
壊することもあり得るので、出力インピーダンスのマッ
チングは重要である。それゆえ、出力ラインセグメント
７８から増幅器出力７４への反射を防止することは安全
な増幅動作を保証するために絶対必要である。分路スタ
ブおよび相関するＭＥＭスイッチを出力ラインセグメン
ト７８に沿ってさらに設けて、増幅器の出力７４への反
射をさらに低減するように精細なチューニングをするこ
とも可能である。分路スタブは、所望の周波数レンジの
反射を低減するように長さおよび間隔を変えてもよい。
【００３３】高調波チューニング伝送ラインセグメント
８０は、高調波出力信号の振幅を低減するように選択的
にオンまたはオフされる各ＭＥＭスイッチ群５４を介し
て複数の分路スタブ群５０に接続される。増幅器は消去
しなければならないいくつかの高調波周波信号を出力す
るが、これらの信号が出力ラインセグメント７８に伝送
されないように各成端５２を有した分路スタブ５０が配
置される。適切にチューニングされた高調波チューニン
グラインセグメントは高調波信号を負荷８２に向けさせ
る。負荷８２は、出力ラインセグメント７８に反射され
ない高調波信号のエネルギーを吸収するために高調波チ
ューニングラインセグメント８０の端部に設けることが
望ましい。間隔の異なるおよび／または長さの異なる分
路スタブを用いて利害のある高調波の吸収を最適にする
ようにしてもよい。
【００３４】この発明のいくつかの図示実施例について
説明したが、当業者には種々の他の実施例および変形例
が可能である。そのような種々の変形例や他の実施例
は、添付したクレームに定義したこの発明の精神と範囲
から逸脱することなく着想および実施可能である。
【００３５】
【発明の効果】この発明によれば、マイクロ波増幅器ネ
ットワークにおいて、ＭＥＭスイッチ群を用いて入力伝
送ラインおよび出力伝送ラインの有効な電気的長さを調
節し、増幅器を所望の周波数応答にチューニングさせ
る。また、長さと場所を選択して多くの分路スタブを入
出力伝送ラインに接続することにより、伝送ラインの出
力インピーダンスを変え、その結果増幅器ネットワーク
の周波数応答が変更される。各分路スタブはＭＥＭスイ
ッチにより伝送ラインに接続される。分路スタブのいく
つかに対してＭＥＭスイッチを選択的に閉じ、他のＭＥ
Ｍスイッチを開くことにより、増幅器ネットワークの所
望の周波数応答を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上の複数のスイッチ群により接続された再
構成可能な誘導性ラインネットワークの簡単化した平面
図である。
【図２】基板上の複数のスイッチ群により接続されたバ
イナリの重み付けがされた再構成可能なキャパシタネッ
トワークの簡単化した平面図である。
【図３】バイナリの重み付けがされたキャパシタの極板
群を示す、図２の切断線２ｂ−２ｂに沿った断面図であ
る。
【図４】複数のスイッチ群を有した図１および２の複数
のキャパシタおよびインダクタを接続して形成されるマ
イクロ波フィルタの簡単化した平面図である。
【図５】図４に示すフィルタの等価回路図である。
【図６】位置の異なるＭＥＭスイッチ群を介して分路ス
タブが接続された伝送ラインセグメントの簡単化した平
面図である。
【図７】ＭＥＭスイッチを介して伝送ラインセグメント
を有した開回路分路スタブの接続を示す、図６の切断線
４ｂ−４ｂに沿って切断した断面図である。
【図８】ＭＥＭスイッチが接続された分路スタブを有し
たマイクロ波増幅器チューニングネットワークの簡単化
した平面図である。
【符号の説明】
６ａ、６ｂ、８ａ、．．．８ｄ…誘導性ライン １０ａ、１０ｂ、．．．１０ｋ…スイッチ １２ａ、１２ｂ、．．．１２ｇ…上側極板 １４ａ，１４ｂ，．．．１４ｋ…ＭＥＭスイッチ １６…グラウンドプレーン ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…キャパシタ ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…キャパシタネットワーク ２６ａ，２６ｂ…インダクタネットワーク ２８…出力伝送ライン ４０…主伝送ラインセグメント ４２…入力 ４４…出力 ５０…分路スタブ ５２…開路成端 ５４…ＭＥＭスイッチ ５８…ビームアーム ６０…導電性スイッチパッド ６４…接点パッド ７０…ソリッドステート増幅器 ７２…入力 ７４…出力 ７６…入力伝送ラインセグメント ７８…出力伝送ラインセグメント ８０…高調波チューニング伝送ラインセグメント
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｈ 7/12 Ｈ０３Ｈ 7/12 11/04 11/04 Ｇ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの伝送ラインと；前記伝
    送ラインにマイクロ波信号路を形成するように接続され
    た少なくとも１つのマイクロ波インピーダンス構成要素
    と；および前記構成要素と前記伝送ラインとの間のマイ
    クロ波信号路を制御するように接続された少なくとも１
    つの超小型電子機械（ＭＥＭ）スイッチと；を具備した
    ことを特徴とする、基板を有するモノリシックマイクロ
    波集積回路上のチューニングネットワーク。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つのマイクロ波インピ
    ーダンス構成要素は複数のキャパシタで構成され、前記
    キャパシタの少なくともいくつかは前記ネットワークの
    周波数を調節するように前記ＭＥＭスイッチ群により制
    御可能に接続されることを特徴とする請求項１に記載の
    チューニングネットワーク。
  3. 【請求項３】 前記キャパシタはバイナリの重み付けが
    されたキャパシタから成ることを特徴とする請求項２に
    記載のチューニングネットワーク。
  4. 【請求項４】 前記マイクロ波インピーダンス構成要素
    の少なくとも１つはは複数のインダクタから構成され、
    前記少なくともいくつかは、前記ネットワークの周波数
    応答を調節するように前記ＭＥＭスイッチ群により制御
    可能に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のい
    ずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
  5. 【請求項５】 前記マイクロ波インピーダンス構成要素
    の少なくとも１つは複数のインダクタ群およびキャパシ
    タ群から構成され、少なくともいくつかは前記ネットワ
    ークの周波数応答を調節するように前記ＭＥＭスイッチ
    群ににより制御可能に接続され、チューニング可能なフ
    ィルタを形成することを特徴とする請求項１乃至４のい
    ずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
  6. 【請求項６】 前記マイクロ波インピーダンス構成要素
    の少なくとも１つは選択された位置に設けられた複数の
    分路スタブから構成され、前記複数のＭＥＭスイッチ群
    は前記伝送ラインのインピーダンスを調節するように接
    続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１
    項に記載のチューニングネットワーク。
  7. 【請求項７】 入力と出力を有する増幅器をさらに有
    し；前記少なくとも１つの伝送ラインは入力信号を前記
    増幅器の入力に伝送するように接続された入力伝送ライ
    ンと、前記増幅器出力からの増幅された出力信号を伝送
    するように接続された出力伝送ラインとから構成され；
    前記少なくとも１つのマイクロ波インピーダンス構成要
    素は前記入力伝送ラインおよび出力伝送ラインに隣接す
    る選択された位置に設けられた複数の分路スタブから構
    成され；および前記少なくとも１つのＭＥＭスイッチ
    は、前記入力伝送ラインのインピーダンスおよび／また
    は前記出力伝送ラインのインピーダンスを調節するよう
    に前記伝送ラインおよび各分路スタブとの間に制御可能
    に接続された複数のＭＥＭスイッチ群とから構成される
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載
    のチューニングネットワーク。
  8. 【請求項８】 前記増幅器は少なくとも１つの高調波を
    含む出力信号を発生し、 前記増幅器の出力から高調波チューニング伝送ラインの
    端部に接続された負荷までの高調波信号路を形成するよ
    うに接続された高調波チューニング伝送ラインと；前記
    高調波チューニング伝送ラインに隣接する選択された位
    置に設けられたさらなる分路スタブと；および前記高調
    波チューニング伝送ラインから前記出力伝送ラインへの
    高調波信号の反射を低減するように、前記高調波チュー
    ニング伝送ラインと各さらなる分路スタブとの間に制御
    可能に接続されたさらなるＭＥＭスイッチ群と；をさら
    に具備したことを特徴とする請求項７に記載のチューニ
    ングネットワーク。
  9. 【請求項９】 前記分路スタブの少なくともいくつかは
    開路成端を有することを特徴とする請求項６乃至８のい
    ずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
  10. 【請求項１０】 前記分路スタブの少なくともいくつか
    は短絡成端を有することを特徴とする請求項６乃至９の
    いずれか１項に記載のチューニングネットワーク。
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