WO2001037303A1 - Commutateur de micromachine - Google Patents

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WO2001037303A1
WO2001037303A1 PCT/JP1999/006439 JP9906439W WO0137303A1 WO 2001037303 A1 WO2001037303 A1 WO 2001037303A1 JP 9906439 W JP9906439 W JP 9906439W WO 0137303 A1 WO0137303 A1 WO 0137303A1
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WO
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mover
distributed constant
switch
width
line
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PCT/JP1999/006439
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English (en)
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Inventor
Shuguang Chen
Original Assignee
Nec Corporation
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

Definitions

  • the present invention relates to a microphone mouth mat used in a waveband or a microphone mouthband.
  • Switch elements used in the millimeter-wave band or microwave band include a PIN diode switch, a HEMT switch, and a micromachine switch. Above all, micromachine switches have the characteristics of lower loss than other devices and easy downsizing and high integration.
  • FIG. 21 is a perspective view showing the structure of a conventional micromachine switch.
  • FIG. 22 is a plan view of the micromachine switch shown in FIG.
  • the micromachine switch 101 includes a switch mover 111, supporting means 105, and a switch electrode 104.
  • the micromachine switch 101 is formed on a dielectric substrate 102 together with two RF microstrip lines 121 a and 121 b.
  • a round plate 103 is arranged on the back surface of the dielectric substrate 102.
  • the microstrip lines 121a and 121b are arranged close to each other with a gap G therebetween.
  • a switch electrode 104 is arranged on the dielectric substrate 102 between the microstrip lines 121a and 121b. The switch electrode 104 is formed lower than the microstrip line 121 a 121 b.
  • a switch mover 111 is disposed above the switch electrode 104.
  • the switch electrode 104 and the switch mover 111 form a capacitor structure.
  • the length L of the switch armature 111 is longer than the gap G. For this reason, both ends of the switch mover 111 are opposed to the respective ends of the microstrip lines 122a and 121b.
  • the width g of the switch mover 111 is formed to be the same as the width W of the microstrip lines 121a and 121b.
  • Switch movable element 111 is cantilevered by supporting means 105 fixed on dielectric substrate 102.
  • the switch mover 111 is above the microstrip lines 121a and 121b.
  • the switch mover 1 1 1 does not come into contact with either of the microstrip lines 1 2 1 a and 1 2 1 b, and the micro machine switch 101 is turned off.
  • the high-frequency energy transmitted from the microstrip line 121 a to the microstrip line 121 b is small.
  • the switch mover 111 When a control voltage is applied to the switch electrode 104, the switch mover 111 is pulled down by electrostatic force. Then, when the switch mover 111 contacts each of the microstrip lines 121a and 121b, the micromachine switch 101 is turned on. At this time, the high-frequency energy from the microstrip line 121 a is transmitted to the microstrip line 121 b via the switch mover 111.
  • both ends of the switch mover 111 are opposed to the microstrip lines 121a and 121b, respectively. Therefore, a capacitor structure is also formed between the switch mover 111 and the microstrip lines 121a and 121b.
  • the microstrip line 1 2 1 and the microstrip lines 12 1 a and 12 1 b are capacitively coupled to each other. High frequency energy from 1a leaks to the microstrip line 1 2 1b side. That is, there is a problem that the conventional micromachine switch 101 has poor isolation characteristics when off.
  • the capacities of the switch mover 1 1 1 and each of the microstrip lines 1 2 1 a and 1 2 1 b are proportional to the opposing area of both. Therefore, the larger the facing area, the more energy Leakage increases and isolation characteristics deteriorate. Conversely, it is thought that the isolation characteristics can be improved by reducing the facing area. Therefore, the isolation characteristic can be improved by reducing the width g of the switch movable element 111.
  • the characteristic impedance of a line at high frequencies is related to the surface area of the line.
  • the narrower the line the higher the characteristic impedance. Therefore, when the width g of the switch mover 111 is reduced, the characteristic impedance on the gap G when the micromachine switch 111 is on increases.
  • a microwave switching circuit requires an isolation characteristic of approximately 15 dB or more and a reflection characteristic of approximately ⁇ 20 dB or less.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while suppressing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on. is there. Disclosure of the invention
  • the present invention provides at least two distributed constant lines arranged close to each other, and is arranged above each distributed constant line such that the tip end faces each of the distributed constant lines.
  • the capacitive coupling between the mover and the distributed constant line can be reduced without reducing the width of the mover.
  • the width of the protrusion (the length in the direction parallel to the width direction of the distributed constant line) is set to the movable element body (the movable element projection).
  • the width lZn (where n is a real number greater than 1) is less than the characteristic impedance of the protruding part at high frequencies, it is much smaller than n times the characteristic impedance of the mover body.
  • the characteristic impedance at the end of the mover is represented by the combined impedance of the protrusions formed in parallel.
  • the same characteristic impedance as that of the mover body can be obtained even at the end of the mover. Therefore, it is possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while suppressing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • the mover body which is a portion excluding the protrusion of the mover, has a width that is a length in a direction parallel to a width direction of each distributed constant line, and is the same as a width of each distributed constant line,
  • the mover is notched in a portion except for both ends of the edge of the mover.
  • the characteristic impedance on the gear becomes approximately equal to the characteristic impedance of each distributed parameter line. For this reason, it is possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while preventing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • the movable element main body which is a portion excluding the protrusions of the movable element, has a width, which is a length in a direction parallel to the width direction of each distributed constant line, smaller than the width of each distributed constant line.
  • the moving element has a cut-out portion except for both ends of the edge of the mover.
  • the portion of the mover where each protrusion is formed is movable so that the width, which is the length in the direction parallel to the width direction of the distributed constant line, is smaller than the width of the distributed constant line. Both ends of the edge of the child are cut out and formed. Thereby, the width of the portion of the mover where the protrusion is formed becomes narrower than the width of the distributed constant line. Therefore, the same effect as the above invention can be obtained.
  • the width of the mover main body which is a portion excluding the protrusion of the mover, may be the same as the width of each distributed constant line.
  • the characteristic impedance on the gap becomes almost equal to the characteristic impedance of each distributed constant line. For this reason, it is possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while preventing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • each projection has a rectangular shape.
  • the length in the direction parallel to the width direction of the distributed constant line, which is the width of each protrusion, is closer to the mover main body, which is a part excluding the protrusion of the mover, than to the mover body. Wider than the side. This increases the mechanical strength of the projection.
  • the mover includes a connecting portion for connecting a tip of each of the projections.
  • the distributed constant line facing the protrusion of the mover does not face the mover main body, which is a portion excluding the protrusion of the mover.
  • the tip of each protrusion of the mover faces the distributed constant line.
  • the distributed constant line facing the protrusion of the mover also faces the mover body, which is a portion excluding the protrusion of the mover. That is, a part of the main body of the mover is opposed to the distributed constant line together with each protrusion of the mover.
  • the discontinuous portion when the micro machine switch is on is only the contact portion between the mover and each distributed constant line. For this reason, good off-time reflection characteristics can be obtained.
  • the present invention provides at least two distributed constant lines arranged close to each other, and a conductor arranged above each distributed constant line such that a tip of each of the distributed constant lines faces each other. And a drive means for displacing the mover by electrostatic force to contact each distributed constant line, and at least one distributed constant line is formed by cutting out the edge of the distributed constant line. At least two projections are provided, and each projection faces the mover. This makes it possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while suppressing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • the width which is a length in a direction parallel to the width direction of each distributed constant line, is the width of each distributed constant line main body, which is a portion excluding each projection of each distributed constant line.
  • the width which is a length in a direction parallel to the width direction of each distributed constant line, is the width of each distributed constant line main body, which is a portion excluding each projection of each distributed constant line.
  • the distributed constant line, on which the protrusions are formed is wider than that of the distributed constant line except for both ends of the edge of the distributed constant line. Therefore, even if a positioning error occurs in the width direction of the mover, all the protrusions can be opposed to the mover. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is turned on in the above case.
  • the distributed constant line on which the protrusions are formed has a length in a direction parallel to the width direction of the distributed constant line, wherein the width of the portion where each protrusion is formed is the width of the mover. Both ends of the edge on the mover side of the distributed parameter line are cut out so as to be narrower than that. Thereby, the width of the portion of the distributed constant line where the protrusion is formed becomes smaller than the width of the mover. Therefore, the same effect as the above invention can be obtained.
  • the width of the mover may be the same as the width of each distributed constant line body, which is a portion excluding each projection of each distributed constant line.
  • the characteristic impedance on the gap becomes almost equal to the characteristic impedance of each distributed constant line. Therefore, it is possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while preventing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • each projection has a rectangular shape.
  • the mover does not face the distributed constant line main body, which is the portion of the distributed constant line on which the protrusion is formed, excluding the protrusion. That is, only the tip of each projection of the distributed constant line faces the mover.
  • the mover faces a part of the distributed constant line body, which is a portion of the distributed constant line on which the protrusion is formed, excluding the protrusion. In other words, a part of the distributed constant line body faces the mover together with each protrusion.
  • good off-time reflection characteristics can be obtained.
  • the present invention provides at least two distributed constant lines arranged close to each other, and each distributed constant line is disposed above each distributed constant line so that a tip of each of the distributed constant lines faces each other.
  • a movable element for connecting each distributed constant line at a high frequency when it comes into contact with the line, and a driving means for displacing the movable element by electrostatic force to contact each distributed constant line, and at least one distributed constant line Has at least two first protrusions formed by cutting out the edges of the distributed constant line, and the mover is movable to face each first protrusion of the distributed constant line. It has at least two second projections formed by cutting out the edges of the child. This makes it possible to improve the isolation characteristics when the micromachine switch is off while suppressing the deterioration of the reflection characteristics when the micromachine switch is on.
  • At least the entire lower surface of the mover is formed of a conductor.
  • the mover includes a conductor member and an insulator thin film formed on the entire lower surface of the conductor member.
  • the driving means includes an electrode which is disposed between the distributed constant lines so as to face the mover and is separated from each other, and to which a driving voltage is selectively applied.
  • the present invention further includes a supporting means for supporting the mover, wherein the driving means includes: an upper electrode attached to the supporting means; and a lower electrode disposed below the upper electrode and facing the upper electrode. And a drive voltage is selectively applied to at least one of the upper electrode and the lower electrode.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a micro machine switch according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the micromachine switch shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a main part of the micromachine switch shown in FIG.
  • Figure 4 is a diagram showing the relationship between the width of the microstrip line and the characteristic impedance.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a V- line cross section of the micromachine switch in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing another shape of the switch movable element in FIG.
  • FIG. 7 is a plan view showing another shape of the switch movable element in FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing another shape of the switch movable element in FIG.
  • FIG. 9 is a plan view showing another shape of the switch movable element in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing another shape of the switch movable element in FIG.
  • FIG. 11 is a plan view of a second embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of the switch mover in FIG.
  • FIG. 13 is a plan view of a third embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 14 is a plan view showing a main part of the micromachine switch shown in FIG.
  • FIG. 15 is a plan view showing another shape of the microstrip line in FIG.
  • FIG. 16 is a plan view of a fourth embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of the microstrip line in FIG.
  • FIG. 18 is a plan view of a micromachine switch according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a side view showing a side surface of a micromachine switch having another configuration.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a cross section of the switch movable element.
  • FIG. 21 is a perspective view showing the structure of a conventional micromachine switch.
  • FIG. 22 is a plan view of the micromachine switch shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • micromachine switch according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the micromachine switch described here is a microswitch suitable for being integrated by a semiconductor device manufacturing process.
  • the length in the longitudinal direction of the microstrip line is referred to as “length”, and the length in the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the microstrip line is referred to as “width”.
  • length in the direction parallel to the longitudinal direction of the microstrip line is referred to as “length”
  • width is referred to as “width”. That.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a micro machine switch according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the micromachine switch shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a main part of the micromachine switch shown in FIG. 1
  • FIG. 3 (A) is a plan view of the switch mover
  • FIG. 3 (B) is a plan view of the microstrip line. It is.
  • the micromachine switch 1 includes a switch movable element 11, support means 5, and switch electrode (drive means) 4.
  • the micromachine switch 1 is formed on the dielectric substrate 2 together with two RF microstrip lines (distributed constant lines) 21a and 21b.
  • a ground plate 3 is arranged on the back surface of the dielectric substrate 2.
  • the microstrip lines 21a and 21b are arranged close to each other with a gap G therebetween.
  • the width of both microstrip lines 21a and 21b is W.
  • a switch electrode 4 is arranged on the dielectric substrate 2 between the microstrip lines 21a and 21b, apart from the microstrip lines 21a and 21b. I have.
  • the switch electrode 4 is formed lower than the microstrip lines 21a and 21b. A drive voltage is selectively applied to the switch electrode 4 based on an electric signal.
  • Switch mover 1 1 has two microstrips It includes a conductor that connects the lines 21a and 21b with high frequency.
  • the support means 5 for supporting the switch mover 11 includes a post part 5a and an arm part 5b.
  • the post portion 5a is fixed on the dielectric substrate 2 at a predetermined distance from the gap G between the microstrip lines 21a and 21b.
  • the arm 5b extends from one end of the upper surface of the post 5a to a position above the gap G.
  • the support means 5 is formed of a dielectric, a semiconductor, or a conductor.
  • the switch movable element 11 is fixed to the tip of the arm portion 5b of the support means 5. Next, the shape of the switch movable element 11 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2 and FIG.
  • the switch mover 11 is notched in a rectangular shape over a width b except for both ends of a portion of the switch mover 11 near the microstrip line 21a.
  • the portion of the periphery of the switch movers 11 and 18 on the side of the microstrip lines 21a and 21b is called the edge of the switch movers 11 and 18). Therefore, rectangular projections (second projections) 32a and 32b are formed at both ends of one side of the microstrip line 21a.
  • rectangular protrusions (second protrusions) 32 c and 32 d are also formed on the microstrip line 21 b side.
  • the portion of the switch mover 11 that does not reach the notch is referred to as a mover main body 31. Therefore, the protrusions 32 a to 32 d are not included in the mover main body 31, and the portion of the switch mover 11 except for the protrusions 32 a to 32 d is the mover main body 31.
  • the width a of the mover body 31 of the switch mover 11 is the same as the width W of each microstrip line 21a, 21b.
  • the length c of the mover body 31 is shorter than the gap G. For this reason, the mover body 31 does not face any of the microstrip lines 21a and 21b. sand That is, only the tips of the projections 32a to 32d face the microstrip lines 21a and 21b.
  • the bases of the protrusions 32a to 32d of the switch mover 11 do not contact the microstrip lines 21a and 21b.
  • two thin lines are connected in parallel to the thick line.
  • Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the width W of the microstrip line and the characteristic impedance Z ConsumerIn this example, the thickness H of the dielectric substrate 2 is 0.5 mm, and the dielectric substrate 2 has a thickness H of 0.5 mm.
  • the characteristic impedance Z of the microstrip line decreases as the width W decreases. Becomes larger. And the characteristic impedance Z. Is not inversely proportional to the width W. That is, characteristic impedance ⁇ .
  • the width W of the microstrip line is twice as large as that of the microstrip line. Therefore, impedance matching can be achieved by the thick microstrip line 21a (or 2lb) and the two thin protrusions 32a and 32b (or 32c and 32d).
  • the characteristic impedance Zu of a microstrip line having a width W of 400 / m is 75 ⁇ .
  • each protrusion 3 of switch mover 1 1 is 75 ⁇ .
  • FIG. 5 is a sectional view showing a section taken along line V--V 'of the micromachine switch 1 in FIG. Yes, FIG. 5 (A) shows the off state of the micromachine switch 1, and FIG. 5 (B) shows the on state.
  • the switch mover 11 is usually at a height h from the microstrip lines 21a and 21b.
  • the height h is about several ⁇ m. Therefore, when no drive voltage is applied to the switch electrode 4, the switch movable element 11 does not come into contact with each of the microstrip lines 21a and 21b, and the switch movable element 11 has no force.
  • the capacitance between the switch mover 11 and each of the microstrip lines 21a and 21b is proportional to the area of the switch mover 11 and each of the microstrip lines 21a and 21b facing each other.
  • the switch movable element 111 has a rectangular shape.
  • the width g of the switch mover 1 1 1 is the same as the width W of the microstrip lines 1 2 la and 1 2 1 b. Therefore, the opposing area between the switch mover 1 1 1 and each microstrip line 1 2 1 a, 1 2 1 b is (L—G)
  • the switch mover 11 has only the microstrip line at the tip of each of the projections 32a to 32d. It faces 2 1 a and 2 lb. Therefore, the opposing area of the switch mover 11 and each of the microstrip lines 21a and 21b is (L-G) X (W-b).
  • the switch mover 11 Since the opposing area can be reduced by notching the edge of the switch mover 11 in this manner, the switch mover 11 is formed between the switch mover 11 and each of the microstrip lines 2 la and 21 b. Capacity can be reduced. This weakens the mutual coupling between the microstrip lines 21a and 21b, thereby suppressing energy leakage when the micromachine switch 1 is off.
  • the switch movable element 11 is pulled down toward the switch electrode 4 as shown in FIG. 5 (b). Then, when each of the projections 3 2 a to 32 d of the switch movable element 11 comes into contact with each of the microstrip lines 2 la and 21 b, the micromachine switch 1 is turned on. At this time, high-frequency energy from the microstrip line 21a is transmitted to the microstrip line 21b via the switch mover 11.
  • the switch armature 11 has a combined impedance force of the projections 32a and 32b (or 32c and 32d); the microstrip line 21a (or It is formed to be almost the same as 2 1 b).
  • the discontinuous portion of the line is only a contact portion between the switch mover 11 and each of the microstrip lines 21a and 21b. Therefore, there is little reflection of high-frequency energy from the microstrip line 21a.
  • 6 to 10 are plan views showing other shapes of the switch mover 11.
  • the switch mover 12 in FIG. 6 is such that the width a of the mover body 31 of the switch mover 11 in FIG. 1 is smaller than the width W of the microstrip spring paths 21 a and 21 b. .
  • a positioning error may occur in the width direction of the switch mover 12 in some cases.
  • the width a of the mover main body 31 of the switch mover 12 is set in consideration of the positioning error.
  • the width d of the portion of the switch mover 13 where the protrusions 32a to 32d are formed can be made smaller than the width W of the microstrip lines 21a and 21b. Therefore, it is possible to prevent the reflection characteristic of the micromachine switch 1 from deteriorating due to the positioning error of the switch movable element 13 in the width direction.
  • the width a is smaller than the width W of each microstrip line 21a, 21b, so that the characteristic impedance of the mover main body 31 portion is smaller than that of each microstrip. It is smaller than the characteristic impedance of the top lines 21a and 21b. For this reason, the reflection characteristics are slightly deteriorated.
  • the width a can be made the same as the width W of each microstrip line 21a, 21b. Therefore, if the switch movable element 13 is used, a better reflection characteristic than the switch movable element 12 can be obtained.
  • the width a of the mover body 31 of the switch mover 13 may be wider or narrower than the width W of each microstrip line 21a, 21b.
  • the switch mover 14 in FIG. 8A is cut out in a triangular shape around the periphery of the switch mover 14 except for both ends of the edge on the microstrip line 21a side. I have. For this reason, protrusions (second protrusions) 32 e and 32 f are formed at both ends of one side of the microstrip line 21 a. Similarly, protrusions (second protrusions) 32 g and 32 h are also formed on the microstrip line 21 b side.
  • both sides of the switch mover 15 are cut out in an elliptical shape.
  • protrusions (second protrusions) 32 i, 32 j, 32 k, and 32 1 are formed.
  • Each of the protrusions 3 2 e to 3 21 has a shape that is wider on the side closer to the mover body 31 than on the side farther from the mover body 31. Therefore, the projections 32 e to 321 in FIGS. 8A and 8B are the same as the rectangular projections 32 a to 3 in FIG. Higher mechanical strength than 2d.
  • the switch mover 16 in FIG. 9 includes three protrusions (second protrusions) 32 a, 32 b, 32 m and 32 c, 3 on both sides of the mover body 31. 2d,
  • 3 2 n is formed.
  • the composite impedance of the three protrusions 32a, 32b, and 32m is almost the same as the characteristic impedance of the microstrip line 21a.
  • the combined impedance of the three protrusions 32c, 32d, and 32n is almost the same as the characteristic impedance of the microstrip line 21b.
  • protrusions may be formed on both sides of the mover body 31, respectively.
  • the switch mover 17 in FIG. 10 is formed by connecting the tips of the three protrusions 32 a, 32 b, and 32 m of the switch mover 16 in FIG.
  • the tip of each of the three protrusions 32c, 32d, and 32n is connected by a connecting portion 35b.
  • the widths of the projections 32 a to 32 d, 32 m, and 32 ⁇ of the switch mover 16 are narrow. For this reason, the tips of the projections 32a to 32d, 32m, and 32n may be distorted in the vertical direction. For example, when an upward distortion occurs at the tip of the projection 32a, the projection 32a does not contact the microstrip line 21a even when the micromachine switch 1 is in the ON state. As a result, the reflection characteristics when the micromachine switch 1 is turned on deteriorate.
  • connection portions 35a and 35b in FIG. 10 prevent distortion of the projections 32a to 32d, 32m and 32n.
  • micromachine switch 1 according to the present invention shown in FIGS. 1 and 6 and the conventional micromachine switch 101 shown in FIG. 21 each have an off-state isolation characteristic and an on-state reflection characteristic. Is shown.
  • the input energy from the microstrip line 2 la, 1 2 a to the switch mover 11 1, 1 2, 1 1 1 is Ein
  • the switch mover 1 1, 1 2, 1 1 1 Let Eout be the energy output to microstrip lines 2 1 b and 1 2 1 b
  • the isolation characteristics can be obtained by formula (1).
  • the isolation at the time of OFF is performed.
  • the value of the characteristic is 18 dB. That is, in the conventional micromachine switch 101, the same isolation characteristics as when the width g of the switch mover 111 is set to 100 ⁇ m can be obtained.
  • the value of the reflection characteristic when the micromachine switch 1 shown in FIG. 1 is on is —40 dB. That is, the same reflection characteristics as when the width g of the switch mover 111 is set to 300 to 370xm can be obtained.
  • the micromachine switch 1 shown in FIG. 1 it is possible to improve the off-state isolation characteristics while suppressing the deterioration of the on-time reflection characteristics. That is, high isolation at the time of OFF and low loss at the time of ON can be realized at the same time.
  • the width a of the mover main body 31 of the switch mover 12 becomes narrow, so that the reflection characteristic at the time of ON is slightly deteriorated.
  • the micromachine switch 1 shown in Fig. 1 is used for microwave switching circuits, phase shifters, variable filters, and the like.
  • a microwave switching circuit requires an isolation characteristic of approximately 15 dB or more and a reflection characteristic of approximately 20 dB or less. Therefore, good switching characteristics can be obtained by applying the micromachine switch 1 shown in FIG. 1 to a microwave switching circuit.
  • the required isolation characteristics and reflection characteristics differ for each microwave circuit and millimeter wave circuit to which the micromachine switch 1 is applied.
  • the dimensions L, a, b, and c of the switch movers 11 and 12 are based on the dimensions W and G of the microstrip lines 21a and 21b.
  • FIG. 11 is a plan view of a second embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of the switch mover 18 in FIG.
  • the same portions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the switch mover 18 in FIG. 11 differs from the switch mover 11 in FIG. 1 in that the length c of the mover body 33 is longer than the gap G.
  • the portion of the switch mover 18 that is beyond the notch of the mover 18 is referred to as a mover main body 33. Therefore, each protrusion (second protrusion) 34 a, 34 b, 34 c, 34 d is not included in the mover main body 33, and the protrusions 34 a-of the switch mover 18 are not included.
  • the part excluding 34 d is the mover body 33.
  • the length c of the mover body 33 is longer than the gear G, not only the protrusions 34a to 34d of the switch mover 18 but also a part of the mover body 33 is a microstrip. It faces each of the lines 21a and 21b.
  • the opposing area between the switch movable element 18 and each of the microstrip lines 21a and 21b in FIG. 11 is larger than the opposing area with the switch movable element 11 in FIG. Therefore, when the switch mover 18 in FIG. 11 is used, the isolation at the time of OFF is smaller than when the switch mover 11 in FIG. 1 is used. Performance is poor. Nevertheless, it goes without saying that better isolation characteristics than before can be obtained.
  • the length c of the mover body 33 is longer than the gap G, the projections 34 a to 34 d of the switch mover 18 do not exist on the gap G.
  • c for the width a of the movable element main body 33 is equal to the width W of the microstrip blanking line 2 1 a, 2 1 b, the discontinuous portion of the ON state of the micromachine switch 1 shown in FIG. 1 1, switch Only the contact portion between the mover 18 and each of the microstrip lines 21a and 21b is provided. Therefore, by using the switch movable element 18 in FIG. 11, a reflection characteristic at the time of ON that is equivalent to that of the conventional micromachine switch 101 can be obtained.
  • the width a of the mover body 33 is assumed to be equal to the width W of the microstrip lines 21a and 21b. However, the width a of the mover body 33 can be changed as long as the reflection characteristics are not significantly deteriorated.
  • switch movers 13 to 17 in FIGS. 7 to 10 may be given to the switch mover 18 in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a plan view of a third embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 14 is a plan view showing a main part of the micromachine switch shown in FIG. 13,
  • FIG. 14 (A) is a plan view of the switch mover, and
  • FIG. 14 (B) is It is a top view of a my cross trip line.
  • the switch mover 19 has a rectangular shape.
  • the length L of the switch actuator 19 is longer than the gap G.
  • the microstrip line 22a is cut out in a rectangular shape across the width f except for the both ends of the switch movable element 19 side of the periphery of the microstrip line 22a (hereinafter, referred to as a microstrip line 22a).
  • the portion of the periphery of the microstrip line 22a, 22b, 24a, 24b on the side of the switch mover 19 is the edge of the microstrip line 22a, 22b, 24a, 24b. And reu). Therefore, rectangular projections (first projections) 42a and 42b are formed at both ends of one side of the switch movable element 19 side.
  • the microstrip line 22 b can be switched with the line body 4 1 b Rectangular projections (first projections) 42c and 42d are formed at both ends of one side of the rotor 19 side.
  • the portions of the microstrip lines 22a and 22b that are not beyond the notch are referred to as line bodies 4la and 4lb, respectively. Therefore, the projections 42a to 42d are not included in the line bodies 41a and 41b, and the portions of the microstrip lines 22a and 22b except for the projections 42a to 42d. Is the track body 4 1 a, 4 lb.
  • the width e of the switch mover 19 is the same as the width W of the line bodies 41a and 41b of the microstrip lines 22a and 22b.
  • the distance D between the track bodies 41 a and 41 b is longer than the length of the switch armature 19. For this reason, neither the line main body 41a nor 4lb faces the switch mover 19. That is, only the tip of each of the projections 42 a to 42 d faces the switch movable element 19.
  • the micromachine switch 1 shown in FIG. 13 is different from the micromachine switch 1 shown in FIG. 1 in that the projections 32 a to 32 d are formed on the switch mover 11 instead of the micromachine switch 1.
  • the projecting portions 42a to 42d are formed on the transmission lines 22a and 22b. Other parts are the same as those of the micromachine switch 1 shown in FIG.
  • the protrusions 42a and 42b are formed between both ends of one side of the switch mover 19 of the microstrip line 23a, and the microstrip line 23a is formed.
  • the projections 42c and 42d may be formed between both ends of one side of the switch movable element 19 of 23b.
  • the characteristics of the switch movers 13 to 17 in FIGS. 8 to 10 are also shown in each of the microstrip lines 22 a and 22 b in FIG. 13 and the width e of the switch mover 19. Is equal to the width W of the line body 41a, 4lb, but may be wider than the notch width f of the microstrip lines 22a, 22b.
  • FIG. 16 is a plan view of a fourth embodiment of the micromachine switch according to the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of the microstrip line in FIG. You.
  • the microstrip lines 24 a and 24 b in FIG. 16 are different from each other in that the distance D between the line bodies 43 a and 43 b is shorter than the length of the switch mover 19. This is different from the microstrip lines 22a and 22b in the above.
  • the portions of the microstrip and Di roads 24a and 24b that are not covered by the notches are referred to as line bodies 43a and 43b, respectively. Therefore, the projections 44a, 44b, 44c, 44d are not included in the line bodies 43a, 43b, and the projections 44 of the microstrip lines 24a, 24b are not included.
  • the parts excluding a to 44d are the track bodies 43a and 43b.
  • the distance D is shorter than the length L, not only the protrusions 44a to 44d of the microstrip lines 24a and 24b but also the lines 43a and 43b respectively. A part faces the switch mover 19.
  • the other parts are the same as those of the micromachine switch 1 shown in FIG.
  • FIG. 18 is a plan view of a micromachine switch according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the micromachine switch 1 shown in FIG. 18 is a combination of the switch mover 11 in FIG. 1 and the microstrip lines 22 a and 22 b in FIG.
  • the projections 32a and 32b of the switch mover 11 face the projections 42a and 42b of the microstrip line 22a, respectively.
  • the projections 32c and 32d of the switch actuator 11 face the projections 42c and 42d of the microstrip line 22b, respectively.
  • notch width b of the switch mover 11 and the notch width f of the microstrip lines 22a and 22b may be the same or different.
  • switch movers 11 to 18 may be used in place of the switch movers 11.
  • microstrip lines 23a, 23b or 24a, 24b may be used instead of microstrip lines 22a, 22b.
  • the micromachine switch 6 having a side surface shape as shown in FIG. That is, the micromachine switch 6 shown in FIG. 19 has an upper electrode 4a and a lower electrode 4b as switch electrodes (drive means).
  • the lower electrode 4 b is located below the arm 5 b of the supporting means 5 and has a microstrip line 2 l a, 2 1 b
  • the upper electrode 4a is formed in close contact with the upper surface of the arm 5b.
  • the upper electrode 4a and the lower electrode 4b are opposed to each other with the arm 5b interposed therebetween.
  • the arm 5b is formed of an insulating member.
  • a drive voltage is selectively applied to at least one of the upper electrode 4a and the lower electrode 4b. Then, the arm 5b is lowered by the electrostatic force, and the switch mover 11 (or 12 to 19) is moved to the microstrip line 21a, 21b (or 22a, 22b, Or 23a, 23b, or 24a, 24b) respectively.
  • both sides of the switch movers 11 to 18 are cut out to form projections 32 a to 32 n and 34 a to 34 d. It has been. However, even when the protrusions are formed only on one side of each of the switch movers 11 to 18, the effect can be obtained.
  • microstrip lines 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, and 24b The same applies to the above-mentioned microstrip lines 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, and 24b. That is, the effect can be obtained even when the protrusions are formed only on one of the microstrip lines 22a to 24a (or 22h to 241).
  • micromachine switches 1 and 6 shown in FIGS. 1 and 19 are two microstrip lines 21a and 21b (or 22a, 22b or 23a, 23 b or 24 a, 24 b). However, the present invention is also applicable to micromachine switches 1 and 6 for connecting and disconnecting three or more microstrip lines.
  • microstrip lines 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, and 2a are used as distributed constant lines. 4b was used. However, the same effect can be obtained by using a coplanar line, a triplate line, or a slot line as the distributed parameter line.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a cross section of the switch movers 11 to 19.
  • the entire switch movers 11 to 19 may be formed of a conductor member.
  • the switch movers 11 to 19 include a semiconductor or insulator member 51 and a lower surface of the member 51 (that is, the microstrip line 21 a, (A surface facing 21 b and the like).
  • the switch movers 11 to 19 need only have at least the entire lower surface of the switch movers 11 to 19 made of a conductor.
  • Such ohmic contact micromachine switches 1 and 6 are used in a wide frequency range from DC to millimeter wave band.
  • the usable frequency range of the capacitively coupled micromachine switches 1 and 6 depends on the thickness of the insulating thin film 54, but is generally limited to a frequency band of 5 GHz to 1 OGHz or more. Therefore, the usable frequency range of the capacitive coupling type is narrower than that of the ohmic contact type.
  • the micromachine switch according to the present invention is suitable for a switch element of a high frequency circuit such as a phase shifter and a frequency variable filter used in a millimeter wave band or a microwave band.

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Description

マイクロマシンスィツチ
技術分野
本発明は、 リ波帯ないしマイク口波帯で使用されるマイク口マ ッテ に関する。
明 背景技術
書
ミ リ波帯ないしマイクロ波帯で使用されるスィツチ素子には、 P I Nダイォー ドスイッチ、 H E M Tスィッチ、 マイクロマシンスィッチなどがある。 なかでも マイクロマシンスィッチは、 他の素子に比べて損失が少なく、 小型化 ·高集積化 が容易であるという特徴を有している。
図 2 1は、 従来のマイクロマシンスィッチの構造を示す斜視図である。 また、 図 2 2は、 図 2 1に示されたマイクロマシンスィツチの平面図である。
マイクロマシンスィツチ 1 0 1は、 スィツチ可動子 1 1 1 と支持手段 1 0 5と スィッチ電極 1 0 4とにより構成されている。 そして、 このマイクロマシンスィ ツチ 1 0 1は、 2本の R Fマイクロストリップ線路 1 2 1 a , 1 2 1 bとともに、 誘電体基板 1 0 2上に形成されている。 この誘電体基板 1 0 2の背面には、 ダラ ンド板 1 0 3が配置されている。
マイクロス トリップ線路 1 2 1 aと 1 2 1 bは、 ギヤップ Gを隔てて近接配置 されている。 そして、 これらマイクロストリ ップ線路 1 2 1 aと 1 2 1 bとの間 の誘電体基板 1 0 2上に、 スィッチ電極 1 0 4が配置されている。 スィッチ電極 1 0 4は、 マイクロストリ ップ線路 1 2 1 a 1 2 1 bよりも低く形成されてい る。
このスィツチ電極 1 0 4の上方にはスィツチ可動子 1 1 1が配置されている。 スィツチ電極 1 0 4とスィツチ可動子 1 1 1 とにより、 コンデンサ構造が形成さ れる。 図 2 2に示されるように、 スィツチ可動子 1 1 1の長さ Lはギャップ Gより長 レ、。 このため、 スィツチ可動子 1 1 1の両端がマイクロス トリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bそれぞれの端部と対向している。 スィッチ可動子 1 1 1の幅 gは、 マイ クロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bの幅 Wと同じ幅に形成されている。
スィッチ可動子 1 1 1は、 誘電体基板 1 0 2上に固定された支持手段 1 0 5に より片持ち支持されている。
図 2 1に示されるように、 通常、 スィツチ可動子 1 1 1はマイクロス卜リップ 線路 1 2 1 a， 1 2 1 bの上方にある。 このため、 スィツチ可動子 1 1 1はマイ クロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bのいずれとも接触しないので、 マイクロ マシンスィッチ 1 0 1はオフ状態になる。 このとき、 マイクロストリップ線路 1 2 1 aからマイクロストリップ線路 1 2 1 bに伝達される高周波エネルギーは少 ない。
し力 し、 スィッチ電極 1 04に制御電圧が印加されると、 静電力によりスイツ チ可動子 1 1 1が引き下げられる。 そして、 スィッチ可動子 1 1 1がマイクロス トリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bのそれぞれと接触すると、 マイクロマシンスィ ツチ 1 0 1はオン状態になる。 このとき、 マイクロス トリップ線路 1 2 1 aから の高周波エネルギーは、 スィッチ可動子 1 1 1を経由して、 マイクロストリップ 線路 1 2 1 bに伝達される。
上述したようにスィツチ可動子 1 1 1の両端はマイクロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bのそれぞれと対向している。 このため、 スィツチ可動子 1 1 1 とマ イクロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bのそれぞれとの間にもコンデンサ構造 が形成される。
このため、 マイクロマシンスィッチ 1 0 1がオフ状態であっても、 スィッチ可 動子 1 1 1 と各マイクロス トリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bとの容量結合により、 マイクロス トリップ線路 1 2 1 aからの高周波エネルギーがマイクロストリップ 線路 1 2 1 b側に漏れてしまう。 すなわち、 従来のマイクロマシンスィッチ 1 0 1はオフ時のアイソレーション特性が悪いという問題があった。
スィツチ可動子 1 1 1と各マイクロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bとの容 量は、 両者の対向面積に比例する。 したがって、 対向面積が大きいほどエネルギ 一漏れが多くなり、 アイソレーション特性が劣化する。 逆に、 対向面積を小さく することにより、 アイソレーション特性を改善できると考えられる。 したがって、 スィッチ可動子 1 1 1の幅 gを狭めることにより、 アイソレーション特性を改善 できる。
ところが、 高周波に対する線路の特性インピーダンスは線路の表面積に関係し、 線路の幅が狭いほど特性インピーダンスが高くなる。 このため、 スィッチ可動子 1 1 1の幅 gを狭くすると、 マイクロマシンスィッチ 1 1 1のオン時におけるギ ヤップ G上の特性インピーダンスが高くなつてしまう。
線路に不連続部分があると、 そこで高周波エネルギーの反射が起こる。 ギヤッ プ G上の特性インピーダンスが高くなると、 インピーダンス不整合が生じる。 こ のため、 マイクロマシンスィツチ 1 0 1のオン時の反射が大きくなるので、 オン 時の反射特性が劣化してしまう。
例えば、 マイクロ波スイッチング回路では、 概ね 1 5 d B以上のアイソレーシ ョン特性と、 概ね— 2 0 d B以下の反射特性が必要である。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、 その目的は、 、 マイクロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化を抑制しつつ、 オフ時のアイ ソレーション特性を向上させることにある。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明は、 互いに近接配置された少なく とも 2本 の分布定数線路と、 これらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように 各分布定数線路の上方に配置されかつ各分布定数線路と接触したときに各分布定 数線路を高周波的に接続する可動子と、 静電力により可動子を変位させて各分布 定数線路に接触させる駆動手段とを備え、 可動子は、 この可動子の端縁が切り欠 かれて形成された突起部を分布定数線路の少なくとも 1本の側に少なく とも 2個 ずつ備え、 各突起部は、 対応する各分布定数線路と対向している。 これにより、 可動子と分布定数線路との対向面積が小さくなる。 したがって、 可動子の幅を狭 めることなく、 可動子と分布定数線路との容量結合を弱められる。 また、 突起部 の幅 （分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さ） が可動子本体 （可動子の突起 部を除く部分） の幅の l Z n ( nは 1より大きい実数） である場合、 突起部の高 周波に対する特性インピーダンスは、 可動子本体の特性インピーダンスの n倍よ りもはるかに小さくなる。 一方、 可動子の端部の特性インピーダンスは、 並列に 形成された各突起部の合成インビーダンスで表される。 したがって、 可動子の端 部でも可動子本体と同程度の特性インピーダンスが得られる。 したがって、 マイ クロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化を抑制しつつ、 オフ時のアイソレ —ション特性を向上させることができる。
また、 本発明は、 可動子の突起部を除く部分である可動子本体は、 各分布定数 線路の幅方向と平行な方向の長さである幅が各分布定数線路の幅と同じであり、 可動子は、 この可動子の端縁の両端部を除く部分が切り欠かれている。 これによ り、 ギヤッァ上の特性ィンピーダンスが各分布定数線路の特性ィンビーダンスと 同程度になる。 このため、 マイクロマシンスィッチのオン時の反射特性の劣化を 防止しつつ、 オフ時のアイソレーション特性を向上させることができる。
また、 本発明は、 可動子の突起部を除く部分である可動子本体は、 各分布定数 線路の幅方向と平行な方向の長さである幅が各分布定数線路の幅よりも狭く、 可 動子は、 この可動子の端縁の両端部を除く部分が切り欠かれている。 これにより、 可動子の幅方向に位置決め誤差が生じても、 すべての突起部を分布定数線路に対 向させることができる。 したがって、 上記のような場合のマイクロマシンスイツ チのオン時の反射特性の劣化の抑制を図ることができる。
また、 本発明は、 可動子の各突起部が形成されている部分は、 分布定数線路の 幅方向と平行な方向の長さである幅が分布定数線路の幅よりも狭くなるように可 動子の端縁の両端部が切り欠かれて形成されている。 これにより、 可動子の突起 部が形成されている部分の幅が分布定数線路の幅よりも狭くなる。 したがって、 上記の発明と同じ効果が得られる。
この場合、 可動子の突起部を除く部分である可動子本体の幅を、 各分布定数線 路の幅と同じにしてもよい。 これにより、 ギャップ上の特性インピーダンスが各 分布定数線路の特性インピーダンスと同程度になる。 このため、 マイクロマシン スィツチのオン時の反射特性の劣化を防止しつつ、 オフ時のアイソレーション特 性を向上させることができる。 また、 本発明は、 各突起部は、 矩形をしている。 これにより、 可動子の長手方 向に位置決め誤差が生じても、 可動子と分布定数線路との対向面積が一定となる。 したがって、 上記のような場合でも、 所望のアイソレーション特性が得られる。 また、 本発明は、 各突起部の幅である分布定数線路の幅方向と平行な方向の長 さは、 可動子の突起部を除く部分である可動子本体に近い側が可動子本体から遠 い側よりも広い。 これにより、 突起部の機械的強度が高くなる。
また、 本発明は、 可動子は、 各突起部それぞれの先端を接続する接続部を備え ている。 これにより、 マイクロマシンスィッチのオン時には、 すべての突起部が 同時に分布定数線路に接触する。 これにより、 オン時の反射特性が向上する。 また、 本発明は、 可動子の突起部と対向する分布定数線路は、 可動子の突起部 を除く部分である可動子本体とは対向していない。 すなわち、 可動子の各突起部 の先端部分のみが分布定数線路と対向する。 これにより、 可動子と分布定数線路 との対向面積を極めて小さくできる。 このため、 良好なオフ時のアイソレーショ ン特性が得られる。
また、 本発明は、 可動子の突起部と対向する分布定数線路は、 可動子の突起部 を除く部分である可動子本体とも対向している。 すなわち、 可動子の各突起部と ともに、 可動子本体の一部が分布定数線路と対向する。 これにより、 マイクロマ シンスィツチのオン時の不連続部分が可動子と各分布定数線路との接触部分のみ となる。 このため、 良好なオフ時の反射特性が得られる。
また、 本発明は、 互いに近接配置された少なくとも 2本の分布定数線路と、 こ れらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように各分布定数線路の上方 に配置されかつ導電体を含む可動子と、 静電力により可動子を変位させて各分布 定数線路に接触させる駆動手段とを備え、 少なくとも 1本の分布定数線路は、 こ の分布定数線路の端縁が切り欠かれて形成された突起部を少なくとも 2個ずっ備 え、 各突起部は、 可動子と対向している。 これにより、 マイクロマシンスィッチ のオン時の反射特性の劣化を抑制しつつ、 オフ時のアイソレーション特性を向上 させることができる。
また、 本発明は、 可動子は、 各分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さであ る幅が、 各分布定数線路の各突起部を除く部分である各分布定数線路本体の幅と 同じであり、 突起部が形成されている分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁 の両端部を除く部分が切り欠かれている。 これにより、 ギャップ上の特性インピ 一ダンスが各分布定数線路の特性インピーダンスと同程度になる。 このため、 マ ィクロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化を防止しつつ、 オフ時のアイソ レーシヨン特性を向上させることができる。
また、 本発明は、 可動子は、 各分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さであ る幅が、 各分布定数線路の各突起部を除く部分である各分布定数線路本体の幅よ りも広く、 突起部が形成されている分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁の 両端部を除く部分が切り欠かれている。 これにより、 可動子の幅方向に位置決め 誤差が生じても、 すべての突起部を可動子に対向させることができる。 したがつ て、 上記のような場合のマイクロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化の抑 制を図ることができる。
また、 本発明は、 突起部が形成されている分布定数線路は、 各突起部が形成さ れている部分の幅が可動子の幅である分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さ よりも狭くなるように分布定数線路の可動子側の端縁の両端部が切り欠かれてい る。 これにより、 分布定数線路の突起部が形成されている部分の幅が可動子の幅 よりも狭くなる。 したがって、 上記の発明と同じ効果が得られる。
この場合、 可動子の幅を、 各分布定数線路の各突起部を除く部分である各分布 定数線路本体の幅と同じにしてもよレ、。 これにより、 ギャップ上の特性インピー ダンスが各分布定数線路の特性インピーダンスと同程度になる。 このため、 マイ クロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化を防止しつつ、 オフ時のアイソレ ーション特性を向上させることができる。
また、 本発明は、 各突起部は、 矩形をしている。 これにより、 可動子の長手方 向に位置決め誤差が生じても、 可動子と分布定数線路との対向面積が一定となる。 したがって、 上記のような場合でも、 所望のアイソレーション特性が得られる。 また、 本発明は、 可動子は、 突起部が形成されている分布定数線路の突起部を 除く部分である分布定数線路本体と対向していない。 すなわち、 分布定数線路の 各突起部の先端部分のみが可動子と対向する。 これにより、 良好なオフ時のアイ ソレーション特性が得られる。 また、 本発明は、 可動子は、 突起部が形成されている分布定数線路の突起部を 除く部分である分布定数線路本体の一部と対向している。 すなわち、 各突起部と ともに、 分布定数線路本体の一部が可動子と対向する。 これにより、 良好なオフ 時の反射特性が得られる。
また、 本発明は、 互いに近接配置された少なくとも 2本の分布定数線路と、 こ れらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように各分布定数線路の上方 に配置されかつ各分布定数線路と接触したときに各分布定数線路を高周波的に接 続する可動子と、 静電力により可動子を変位させて各分布定数線路に接触させる 駆動手段とを備え、 少なくとも 1本の分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁 が切り欠かれて形成された第 1の突起部を少なくとも 2個ずつ備え、 可動子は、 分布定数線路の各第 1の突起部にそれぞれ対向するように可動子の端縁が切り欠 かれて形成された少なくとも 2個の第 2の突起部を備えている。 これにより、 マ ィクロマシンスィツチのオン時の反射特性の劣化を抑制しつつ、 オフ時のアイソ レーシヨン特性を向上させることができる。
また、 本発明は、 可動子は、 少なくとも可動子の下面の全面が導体で形成され ている。
また、 本発明は、 可動子は、 導体部材と、 この導体部材の下面の全面に形成さ れた絶縁体薄膜とからなる。
また、 本発明は、 駆動手段は、 可動子と対向するように各分布定数線路の間に それぞれと離間して配置されかつ駆動電圧が選択的に印加される電極からなる。 また、 本発明は、 可動子を支持する支持手段を更に備え、 駆動手段は、 支持手 段に取り付けられた上部電極と、 この上部電極の下方に配置されて上部電極と対 向する下部電極とからなり、 上部電極および下部電極の少なくとも一方に駆動電 圧が選択的に印加される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 1の実施の形態の構造を示 す斜視図である。
図 2は、 図 1に示されたマイクロマシンスィツチの平面図である。 図 3は、 図 1に示されたマイクロマシンスィツチの要部を示す平面図である。 図 4は、 マイクロストリップ線路の幅と特性インピーダンスとの関係を示す図 である。
図 5は、 図 2におけるマイクロマシンスィッチの V— 線断面を示す断面図 である。
図 6は、 図 1におけるスィツチ可動子の他の形状を示す平面図である。
図 7は、 図 1におけるスィツチ可動子の他の形状を示す平面図である。
図 8は、 図 1におけるスィツチ可動子の他の形状を示す平面図である。
図 9は、 図 1におけるスィツチ可動子の他の形状を示す平面図である。
図 1 0は、 図 1におけるスィッチ可動子の他の形状を示す平面図である。
図 1 1は、 本発明によるマイクロマシンスィッチの第 2の実施の形態の平面図 である。
図 1 2は、 図 1 1におけるスィツチ可動子の平面図である。
図 1 3は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 3の実施の形態の平面図 である。
図 1 4は、 図 1 3に示されたマイクロマシンスィツチの要部を示す平面図であ る。
図 1 5は、 図 1 3におけるマイクロストリップ線路の他の形状を示す平面図で ある。
図 1 6は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 4の実施の形態の平面図 である。
図 1 7は、 図 1 6におけるマイクロストリ ップ線路の平面図である。
図 1 8は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 5の実施の形態の平面図 である。
図 1 9は、 他の構成をもつマイクロマシンスィッチの側面を示す側面図である。 図 2 0は、 スィッチ可動子の断面を示す断面図である。
図 2 1は、 従来のマイクロマシンスィッチの構造を示す斜視図である。
図 2 2は、 図 2 1に示されたマイクロマシンスィツチの平面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して、 本発明によるマイクロマシンスィッチの実施の形態を 詳細に説明する。 ここで説明するマイクロマシンスィッチは、 半導体素子製造プ ロセスにより集積されるに適した微小スィツチである。
なお、 マイクロストリップ線路 （分布定数線路） において、 マイクロス トリツ プ線路の長手方向の長さを 「長さ」 とレ、い、 マイクロストリップ線路の長手方向 と直交する幅方向の長さを 「幅」 という。 また、 可動子において、 マイクロス ト リップ線路の長手方向と平行な方向の長さを 「長さ」 とレ、い、 マイクロストリツ プ線路の幅方向と平行な方向の長さを 「幅」 という。
(第 1の実施の形態）
図 1は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 1の実施の形態の構造を示 す斜視図である。 また、 図 2は、 図 1に示されたマイクロマシンスィッチの平面 図である。 また、 図 3は、 図 1に示されたマイクロマシンスィッチの要部を示す 平面図であり、 図 3 (A) はスィッチ可動子の平面図、 図 3 ( B ) はマイクロス トリップ線路の平面図である。
図 1に示されるように、 マイクロマシンスィツチ 1は、 スィツチ可動子 1 1と 支持手段 5とスィッチ電極 （駆動手段） 4とにより構成されている。 そして、 こ のマイクロマシンスィッチ 1は、 2本の R Fマイクロストリップ線路 （分布定数 線路） 2 1 a， 2 1 bとともに、 誘電体基板 2上に形成されている。 この誘電体 基板 2の背面には、 グランド板 3が配置されている。
マイクロストリップ線路 2 1 aと 2 1 bは、 ギヤップ Gを隔てて近接配置され ている。 マイクロス トリ ップ線路 2 1 a， 2 1 bの幅は共に Wである。
そして、 マイクロストリップ線路 2 1 aと 2 1 bとの間の誘電体基板 2上に、 マイクロス トリ ップ線路 2 1 a， 2 1 bのそれぞれと離間して、 スィッチ電極 4 が配置されている。 スィツチ電極 4は、 マイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 b よりも低く形成されている。 このスィッチ電極 4には、 電気信号に基づいて、 駆 動電圧が選択的に印加される。
このスィツチ電極 4の上方には、 このスィツチ可動子 4と対向するスィツチ可 動子 1 1が配置されている。 スィッチ可動子 1 1は、 2本のマイクロス トリ ップ 線路 2 1 aと 2 1 bとを高周波的に接続する導電体を含んでいる。
一方、 スィッチ可動子 1 1を支持する支持手段 5は、 ポス ト部 5 aとアーム部 5 bとからなる。 ポス ト部 5 aは、 各マイクロストリツプ線路 2 1 a， 2 1 b間 のギャップ Gから所定距離を隔てて、 誘電体基板 2上に固定されている。 また、 アーム部 5 bは、 ポス ト部 5 aの上面の一端から、 ギャップ G上まで伸びている。 支持手段 5は誘電体、 半導体、 または導体により形成される。
この支持手段 5のアーム部 5 bの先端にスィツチ可動子 1 1が固定されている。 次に、 図 2および図 3を参照して、 図 1に示されたスィッチ可動子 1 1の形状 を説明する。
スィツチ可動子 1 1の長さ Lは、 マイクロストリップ線路 2 1 aと 2 1 bとの 間のギャップ Gよりも長い。 このため、 スィッチ可動子 1 1は、 両端からそれぞ れ （L— G ) / 2 ( = S ) の部分が、 マイクロストリップ線路 2 1 aまたは 2 1 bと対向する。 同じく、 マイクロストリップ線路 2 1 a , 2 1 bはそれぞれ、 端 から （L一 G ) / 2 ( = S ) の部分が、 スィッチ可動子 1 1 と対向する。
スィツチ可動子 1 1は、 スィツチ可動子 1 1の周縁のうち、 マイクロス トリ ツ プ線路 2 1 a側の部分の両端部を除き、 幅 bにわたつて矩形に切り欠かれている (以下、 スィツチ可動子 1 1， 1 8の周縁のうち、 マイクロストリップ線路 2 1 a , 2 1 b側の部分のことを、 スィッチ可動子 1 1， 1 8の端縁という） 。 この ため、 マイクロストリ ップ線路 2 1 a側の一辺の両端に、 矩形の突起部 （第 2の 突起部） 3 2 a， 3 2 bが形成されている。 同様にして、 マイクロストリップ線 路 2 1 b側にも、 矩形の突起部 （第 2の突起部） 3 2 c , 3 2 dが形成されてい る。
ここで、 スィッチ可動子 1 1の切り欠きの及ばない部分を可動子本体 3 1とい う。 したがって、 突起部 3 2 a〜3 2 dは可動子本体 3 1に含まれず、 スィッチ 可動子 1 1の突起部 3 2 a〜 3 2 dを除く部分が可動子本体 3 1である。 スィッ チ可動子 1 1の可動子本体 3 1の幅 aは、 各マイクロストリップ線路 2 1 a , 2 1 bの幅 Wと同じである。
可動子本体 3 1の長さ cは、 ギャップ Gよりも短い。 このため、 可動子本体 3 1はマイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 bのいずれとも対向していない。 すな わち、 突起部 32 a〜 32 dそれぞれの先端部分のみが、 マイクロストリップ線 路 2 1 a， 2 1 bと対向している。
したがって、 マイクロマシンスィッチ 1がオン状態のとき、 スィッチ可動子 1 1の各突起部 32 a〜 32 dの基部は、 各マイクロス トリツプ線路 2 1 a， 2 1 bと接触しない。 この場合、 太い線路に対して、 2本の細い線路が並列に接続さ れた状態になる。
線路に異なる特性インピーダンスの線路を接続すると、 その接続点でエネルギ 一の一部が反射を起こす。 このため、 マイクロストリ ップ線路 2 1 a， 2 l bと スィツチ可動子 1 1の各突起部 32 a〜 3 2 dとのインピーダンス整合を考える 必要がある。
図 4は、 マイクロストリツプ線路の幅 Wと特性ィンピーダンス Z„ との関係を 示す図である。 この例では、 誘電体基板 2の厚さ H= 0. 5 mm, この誘電体基 板 2の比誘電率 f r =4. 6である。
図 4から明らかなように、 マイクロストリップ線路では、 幅 Wが小さくなるに したがって、 特性インピーダンス Z。 が大きくなる。 し力 し、 特性インピーダン ス Z。 は幅 Wに反比例しない。 すなわち、 特性インピーダンス Ζ。 が 2倍となる マイクロストリップ線路の幅 Wは、 1 /2よりもはる力 こ小さレ、。 したがって、 太いマイクロストリップ線路 2 1 a (または 2 l b) と、 2本の細い突起部 32 a , 32 b (または 32 c， 32 d) とにより、 インピーダンス整合をとること ができる。
例えば、 図 4において、 幅 Wが 400 /mのマイクロストリップ線路の特性ィ ンピーダンス Zu は 75 Ωである。 この場合、 スィッチ可動子 1 1の各突起部 3
2 a〜32 dの特性インピーダンスがそれぞれ 1 50 Ωとなるように、 各突起部
32 a〜32 dの幅を設定すればよレ、。 すなわち、 各突起部 32 a〜32 dの幅 を 50 μ mとすればよレ、。
なお、 ここで例示した数値は、 スィッチ可動子 1 1の突起部 32 a〜32 dの 幅の決定方法を簡単に説明するためのものであり、 最適値を示したものではない。 次に、 図 1に示されたマイクロマシンスィッチ 1の動作について説明する。 図 5は、 図 2におけるマイクロマシンスィッチ 1の V— V' 線断面を示す断面図で あり、 図 5 (A) はマイクロマシンスィッチ 1のオフ状態、 図 5 (B) はオン状 態をそれぞれ示している。
図 5 (A) に示されるように、 通常、 スィツチ可動子 1 1はマイクロス トリッ プ線路 2 1 a， 2 1 bから高さ hのところにある。 ここで、 高さ hは数 μ m程度 である。 したがって、 スィッチ電極 4に駆動電圧が印加されていない場合、 スィ ツチ可動子 1 1はマイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 bのそれぞれと接触しな し力、し、 スィツチ可動子 1 1にはマイクロストリップ,線路 2 1 a , 2 1 bと対 向する部分がある。 この部分でコンデンサ構造が形成されるので、 マイクロスト リップ線路 2 1 aと 2 1 bとはスィツチ可動子 1 1を介して相互結合される。 スィツチ可動子 1 1 と各マイクロストリップ線路 2 1 a , 2 1 bとの間の容量 は、 スィツチ可動子 1 1と各マイクロストリップ線路 2 1 a , 2 1 bとの対向面 積に比例する。
図 2 1に示された従来のマイクロマシンスィツチ 1 0 1の場合、 スィツチ可動 子 1 1 1が矩形をしている。 スィツチ可動子 1 1 1の幅 gはマイクロストリップ 線路 1 2 l a , 1 2 1 bの幅 Wと同じである。 したがって、 スィッチ可動子 1 1 1と各マイクロストリップ線路 1 2 1 a， 1 2 1 bとの対向面積は、 （L— G)
XWとなる。
これに対して、 図 1に示されたマイクロマシンスィッチ 1の場合、 上述したよ うに、 スィッチ可動子 1 1は、 各突起部 3 2 a〜3 2 dの先端部分のみがマイク ロス トリ ップ線路 2 1 a， 2 l bと対向している。 したがって、 スィッチ可動子 1 1 と各マイクロス トリ ップ線路 2 1 a， 2 l bとの対向面積は、 （L— G) X (W— b) となる。
このように、 スィッチ可動子 1 1の端縁を切り欠くことにより、 対向面積を小 さくできるので、 スィツチ可動子 1 1 と各マイクロストリ ップ線路 2 l a , 2 1 bとの間に形成される容量を小さくできる。 これにより、 マイクロストリップ線 路 2 1 aと 2 1 bとの相互結合が弱まるので、 マイクロマシンスィツチ 1がオフ 状態のときのエネルギー漏れが抑制される。
—方、 制御電圧として例えば正の電圧がスィツチ電極 4に印加されたとする。 このとき、 スィッチ電極 4の表面には正電荷が現れる。 また、 スィッチ電極 4に 対向するスィッチ可動子 1 1の表面には、 静電誘導により負電荷が現れる。 そし て、 スィッチ電極 4の正電荷とスィッチ可動子 1 1の負電荷との静電力により、 吸引力が発生する。
この吸引力により、 スィッチ可動子 1 1は、 図 5 ( b ) に示されるように、 ス イッチ電極 4の方に引き下げらる。 そして、 スィッチ可動子 1 1の各突起部 3 2 a〜3 2 dがマイクロストリップ線路 2 l a , 2 1 bのそれぞれと接触すると、 マイクロマシンスィッチ 1はオン状態になる。 このとき、 マイクロス トリ ップ線 路 2 1 aからの高周波エネルギーは、 スィッチ可動子 1 1を経由して、 マイクロ ストリ ップ線路 2 1 bに伝達される。
上述したように、 スィツチ可動子 1 1は、 突起部 3 2 a と 3 2 b (または 3 2 cと 3 2 d ) との合成インピーダンス力；、 マイクロス トリ ップ線路 2 1 a (また は 2 1 b ) と同程度になるように形成されている。 これにより、 線路の不連続部 分は、 スィツチ可動子 1 1と各マイクロス トリップ線路 2 1 a , 2 1 bとの接触 部分のみとなる。 したがって、 マイクロス ト リ ップ線路 2 1 aからの高周波エネ ルギ一の反射は少ない。
次に、 図 1におけるスィッチ可動子 1 1の変形例を示す。 図 6〜図 1 0は、 ス ィツチ可動子 1 1の他の形状を示す平面図である。
図 6におけるスィッチ可動子 1 2は、 図 1におけるスィッチ可動子 1 1の可動 子本体 3 1の幅 aをマイクロストリップ泉路 2 1 a， 2 1 bの幅 Wよりも狭く し たものである。
マイクロマシンスィツチ 1の製造過程において、 スィツチ可動子 1 2の幅方向 に位置決め誤差が生じる場合がある。 スィ ッチ可動子 1 2の可動子本体 3 1の幅 aは、 この位置決め誤差を考慮して設定される。
これにより、 幅方向に位置決め誤差が生じても、 スィッチ可動子 1 2のすベて の突起部 3 2 a〜3 2 dを各マイクロストリ ップ線路 2 1 a , 2 1 bに対向させ ることができる。 したがって、 位置決め誤差によるマイクロマシンスィッチ 1の 反射特性の劣化を防止できる。
次に、 図 7に示されるスィッチ可動子 1 3は、 スィッチ可動子 1 3の周縁のう ち、 マイクロス トリツプ線路 2 1 a側の端縁の両端部および両端間が矩形に切り 欠かれている。 このため、 マイクロストリ ップ線路 2 1 a側の一辺の両端間に、 矩形の突起部 3 2 a， 3 2 bが形成されている。 同様にして、 マイクロス トリツ プ線路 2 1 b側にも、 矩形の突起部 3 2 c , 3 2 dが形成されている。
これにより、 スィッチ可動子 1 3の突起部 3 2 a〜3 2 dが形成されている部 分の幅 dを、 マイクロストリッブ線路 2 l a , 2 1 bの幅 Wよりも狭くできる。 したがって、 スィッチ可動子 1 3の幅方向の位置決め誤差によるマイクロマシン スィッチ 1の反射特性の劣化を防止できる。
また、 図 6におけるスィッチ可動子 1 2では、 幅 aが各マイクロストリップ線 路 2 1 a , 2 1 bの幅 Wよりも狭いので、 可動子本体 3 1部分の特性インピーダ ンスが各マイクロス トリ ツプ線路 2 1 a， 2 1 bの特性ィンピーダンスよりも小 さくなる。 このため、 反射特性が多少劣化する。
これに対して、 図 7におけるスィッチ可動子 1 3では、 幅 aを各マイクロスト リップ線路 2 1 a， 2 1 bの幅 Wと同じにできる。 したがって、 スィッチ可動子 1 3を用いれば、 スィツチ可動子 1 2よりも更に良好な反射特性が得られる。 なお、 スィツチ可動子 1 3の可動子本体 3 1の幅 aを各マイクロストリップ線 路 2 1 a , 2 1 bの幅 Wよりも広く、 あるいは狭くする場合もあり得る。
次に、 図 8 ( A ) におけるスィッチ可動子 1 4は、 スィッチ可動子 1 4の周縁 のうち、 マイクロストリツプ線路 2 1 a側の端縁の両端部を除き、 三角形に切り 欠かれている。 このため、 マイクロストリ ップ線路 2 1 a側の一辺の両端に、 突 起部 （第 2の突起部） 3 2 e， 3 2 f が形成されている。 同様にして、 マイクロ ストリップ線路 2 1 b側にも、 突起部 （第 2の突起部） 3 2 g， 3 2 hが形成さ れている。
また、 図 8 ( B ) におけるスィッチ可動子 1 5は、 同様にスィッチ可動子 1 5 の両側が楕円形に切り欠かれている。 これにより、 突起部 （第 2の突起部） 3 2 i , 3 2 j , 3 2 k , 3 2 1が形成されている。
これらの突起部 3 2 e〜 3 2 1はいずれも、 可動子本体 3 1に近い側が可動子 本体 3 1から遠い側よりも広い形状をしている。 したがって、 図 8 ( A) および ( B ) における突起部 3 2 e〜3 2 1は、 図 1における矩形の突起部 3 2 a〜 3 2 dよりも機械的強度が高い。
次に、 図 9におけるスィッチ可動子 1 6は、 可動子本体 3 1の両側にそれぞれ 3個の突起部 （第 2の突起部） 3 2 a , 3 2 b, 3 2mおよび 3 2 c， 3 2 d,
3 2 nが形成されている。 3個の突起部 3 2 a， 3 2 b, 3 2mの合成インピー ダンスは、 マイクロス トリ ツプ線路 2 1 aの特性ィンピーダンスとほぼ同じであ る。 3個の突起部 3 2 c， 3 2 d , 3 2 nの合成インピーダンスも、 マイクロス トリップ線路 2 1 bの特性インピーダンスとほぼ同じである。
同様に、 可動子本体 3 1の両側にそれぞれ 4個以上の突起部が形成されてもよ レ、。
また、 図 1 0におけるスィッチ可動子 1 7は、 図 9におけるスィッチ可動子 1 6の 3個の突起部 3 2 a， 3 2 b, 3 2 mそれぞれの先端を接続部 3 5 aで接続 し、 3個の突起部 3 2 c， 3 2 d， 3 2 nそれぞれの先端を接続部 3 5 bで接続 したものである。
図 9におけるスィッチ可動子 1 6の各突起部 3 2 a〜3 2 d， 3 2 m, 3 2 η の幅は狭い。 このため、 各突起部 3 2 a〜3 2 d， 3 2 m, 3 2 nの先端が上下 方向に歪む恐れがある。 例えば、 突起部 3 2 aの先端に上方向の歪みが生じると、 マイクロマシンスィツチ 1がオン状態のときでも、 突起部 3 2 aがマイクロス ト リップ線路 2 1 aと接触しなくなる。 これにより、 マイクロマシンスィッチ 1の オン時の反射特性が劣化する。
図 1 0における各接続部 3 5 a , 3 5 bは、 各突起部 3 2 a〜 3 2 d， 3 2 m, 3 2 nの歪みを防止するものである。 各接続部 3 5 a， 3 5 bで各突起部 3 2 a 〜3 2 d， 3 2 m, 3 2 nそれぞれの先端を接続することにより、 マイクロマシ ンスィツチ 1の反射特性の劣化を防止できる。
次に、 図 1および図 6に示された本発明によるマイクロマシンスィツチ 1 と、 図 2 1に示された従来のマイクロマシンスィツチ 1 0 1それぞれのオフ時のアイ ソレーシヨン特性と、 オン時の反射特性とを示す。
表 1は、 以下に示すようにパラメータを設定したときに得られたオフ時アイソ レーシヨン特性と、 オン時反射特性の計算結果を示す表である。 すなわち、 誘電 体基板 2， 1 0 2の厚さ H= 200 μ m、 誘電体基板 2， 1 0 2の比誘電率∑ r = 4. 6、 マイクロス トリツプ,镍路 2 1 a， 2 1 b， 1 2 1 a , 1 2 1 bの幅 W = 3 7 0 i m、 ギヤップ G = 2 0 0 m、 オフ時のスィツチ可動子 1 1 , 1 1 1 の高さ h = 5 μ m、 スィツチ可動子 1 1， 1 1 1の長さ L = 2 6 0 μ m、 高周波 エネルギーの周波数は 3 0 GH zである。 また、 可動子本体 3 1の幅 a、 切り欠 き幅 b、 可動子本体 3 1の長さ c、 およびスィツチ可動子 1 1 1の幅 gについて は、 表 1に示すとおりである。
表 1
Figure imgf000018_0001
ここで、 マイクロス トリ ップ線路 2 l a , 1 2 1 aからスィツチ可動子 1 1 , 1 2， 1 1 1への入力エネルギーを Ein、 スィッチ可動子 1 1， 1 2， 1 1 1力 らマイクロストリップ線路 2 1 b， 1 2 1 bへの出力エネルギーを Eout とする と、 アイソレーション特性は①式により求められる。
(アイ ソレーショ ン特性） =ー 1 0 1 o g ( E out/ E in) · · .①
①式から明らかなように、 アイ ソレーショ ン特性の値が大きいほど、 高隔離を 実現できる。
さらに、 スィッチ可動子 1 1， 1 2， 1 1 1カゝらマイクロストリップ線路 2 1 a , 1 2 1 aへの反射エネルギーを E reとすると、 反射特性は②式により求めら れる。
(反射特性） = 1 0 1 o g ( E re/ E i n) · · ·②
②式から明らかなように、 反射特性の値が小さいほど、 エネルギー損失が小さ くなる。
表 1に示されるように、 従来のマイクロマシンスィッチ 1 0 1の場合、 スイツ チ可動子 1 1 1の幅 gが狭いほど、 オフ時のアイ ソレーショ ン特性がよくなる。 しかし、 その一方、 オン時の反射特性は悪くなる。
これに対して、 図 1に示されたマイクロマシンスィ ッチ 1の場合、 スィ ッチ可 動子 1 1のパラメ一タ a〜cを表 1に示されるように設定すると、 オフ時のアイ ソレーシヨン特性の値が 1 8 d Bとなる。 すなわち、 従来のマイクロマシンスィ ツチ 1 0 1で、 スィツチ可動子 1 1 1の幅 gを 1 0 0 μ mとしたときと同等のァ イ ソレーション特性が得られる。
—方、 図 1に示されたマイクロマシンスィツチ 1のオン時の反射特性の値は— 4 0 d Bとなる。 すなわち、 スィツチ可動子 1 1 1の幅 gを 3 0 0〜3 7 0 x m としたときと同等の反射特性が得られる。
このように、 図 1に示されたマイクロマシンスィッチ 1を用いることにより、 オン時の反射特性の劣化を抑制しつつ、 オフ時のアイソレーション特性を向上さ せることができる。 すなわち、 オフ時の高隔離と、 オン時の低損失とを同時に実 現できる。
また、 図 6に示されたマイクロマシンスィ ッチ 1 の場合、 スィ ッチ可動子 1 2 の可動子本体 3 1の幅 aが狭くなるので、 オン時の反射特性が多少悪くなる。 し かしながら、 図 1に示されたマイクロマシンスィツチ 1 と同程度のアイソレーシ ョン特性が得られる。 図 1， 図 6〜図 1 0に示されたマイクロマシンスィッチ 1は、 マイクロ波スィ ツチング回路、 移相器、 可変フィルタなどに用いられる。 例えば、 マイクロ波ス イッチング回路では、 概ね 1 5 d B以上のアイソレーション特性と、 概ね一 2 0 d B以下の反射特性が必要である。 したがって、 図 1に示されたマイクロマシン スィツチ 1をマイクロ波スィツチング回路に適用することにより、 良好なスィッ チング特性を得ることができる。
なお、 要求されるアイソレーション特性と反射特性とは、 マイクロマシンスィ ツチ 1が適用されるマイクロ波回路およびミ リ波回路ごとに異なる。 しかし、 こ のマイクロマシンスィツチ 1では、 マイクロス トリ ップ線路 2 1 a， 2 1 bの諸 寸法 W， Gを基に、 スィッチ可動子 1 1， 1 2の諸寸法 L， a , b， cを設定す ることにより、 所望のァイソレーション特性と反射特性とを選択できる。
(第 2の実施の形態）
図 1 1は、 本発明によるマイクロマシンスィッチの第 2の実施の形態の平面図 である。 また、 図 1 2は、 図 1 1におけるスィッチ可動子 1 8の平面図である。 図 1 1において、 図 2と同一部分には同一符号を付しており、 その説明を適宜省 略する。 後掲する図 1 3， 図 1 5および図 1 6についても同じである。
図 1 1におけるスィツチ可動子 1 8は、 可動子本体 3 3の長さ cがギヤップ G よりも長い点で、 図 1におけるスィッチ可動子 1 1 と異なる。 ここで、 スィッチ 可動子 1 8の切り欠きの及ばない部分を可動子本体 3 3という。 したがって、 各 突起部 （第 2の突起部） 3 4 a， 3 4 b， 3 4 c , 3 4 dは可動子本体 3 3に含 まれず、 スィツチ可動子 1 8の突起部 3 4 a〜 3 4 dを除く部分が可動子本体 3 3である。
可動子本体 3 3の長さ cがギヤッブ Gよりも長いので、 スィツチ可動子 1 8の 各突起部 3 4 a〜 3 4 dだけでなく、 可動子本体 3 3の一部がマイクロス トリツ ブ線路 2 1 a， 2 1 bのそれぞれと対向する。
このため、 図 1 1におけるスィツチ可動子 1 8と各マイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 bとの対向面積は、 図 1におけるスィツチ可動子 1 1との対向面積よ りも大きくなる。 したがって、 図 1 1におけるスィッチ可動子 1 8を用いると、 図 1におけるスィツチ可動子 1 1を用いたときよりも、 オフ時のアイソレーショ ン特性が悪くなる。 それでも、 従来よりは良いアイソレーション特性が得られる ことはいうまでもない。
しかしながら、 可動子本体 33の長さ cがギャップ Gよりも長いので、 スイツ チ可動子 1 8の各突起部 34 a〜 34 dはギヤップ G上に存在しない。 しかも、 可動子本体 33の幅 aはマイクロストリッブ線路 2 1 a， 2 1 bの幅 Wと等しい c このため、 図 1 1に示されたマイクロマシンスィッチ 1のオン時の不連続部分 は、 スイツチ可動子 1 8と各マイクロス トリツプ線路 2 1 a， 2 1 bとの接触部 分のみとなる。 したがって、 図 1 1におけるスィッチ可動子 1 8を用いることに より、 従来のマイクロマシンスィツチ 1 0 1 と同等のオン時の反射特性を得られ る。
なお、 可動子本体 33の幅 aはマイクロス トリ ツプ線路 2 1 a， 2 1 bの幅 W と等しいとした。 しカゝし、 反射特性が著しく劣化しない範囲で、 可動子本体 33 の幅 aを変えることもできる。
また、 図 1 1におけるスィッチ可動子 1 8に、 図 7〜図 1 0におけるスィッチ 可動子 1 3〜1 7の特徴を与えてもよい。
(第 3の実施の形態）
図 1 3は、 本発明によるマイクロマシンスィッチの第 3の実施の形態の平面図 である。 また、 図 1 4は、 図 1 3に示されたマイクロマシンスィ ッチの要部を示 す平面図であり、 図 1 4 (A) はスィッチ可動子の平面図、 図 1 4 (B) はマイ クロストリップ線路の平面図である。
図 1 3に示されるように、 スィッチ可動子 1 9は矩形をしている。 スィッチ可 動子 1 9の長さ Lは、 ギャップ Gよりも長い。
マイクロス トリツプ線路 22 aは、 マイクロス トリ ツプ線路 22 aの周縁のう ち、 スィッチ可動子 1 9側の部分の両端部を除き、 幅 f にわたつて矩形に切り欠 かれている （以下、 マイクロストリップ線路 22 a， 22 b, 24 a, 24 bの 周縁のうち、 スィッチ可動子 1 9側の部分のことを、 マイクロストリップ線路 2 2 a , 22 b, 24 a, 24 bの端縁とレヽう） 。 このため、 スィツチ可動子 1 9 側の一辺の両端に、 矩形の突起部 （第 1の突起部） 42 a， 42 bが形成されて いる。 同じく、 マイクロストリップ線路 22 bは、 線路本体 4 1 bのスィツチ可 動子 1 9側の一辺の両端に、 矩形の突起部 （第 1の突起部） 4 2 c， 4 2 dが形 成されている。
ここで、 マイクロストリ ップ線路 2 2 a , 2 2 bの切り欠きの及ばない部分を それぞれ線路本体 4 l a , 4 l bとレ、う。 したがって、 各突起部 4 2 a〜4 2 d は線路本体 4 1 a， 4 1 bに含まれず、 マイクロス トリップ線路 2 2 a， 2 2 b の突起部 4 2 a〜4 2 dを除く部分が線路本体 4 1 a， 4 l bである。 スィッチ 可動子 1 9の幅 eは、 マイクロストリツプ線路 2 2 a， 2 2 bの線路本体 4 1 a， 4 1 bの幅 Wと同じである。
線路本体 4 1 a と 4 1 bとの間の距離 Dは、 スィツチ可動子 1 9の長さ より も長レ、。 このため、 線路本体 4 1 a， 4 l bのいずれも、 スィッチ可動子 1 9と 対向していない。 すなわち、 突起部 4 2 a〜4 2 dそれぞれの先端部分のみが、 スィツチ可動子 1 9と対向している。
このように、 図 1 3に示されたマイクロマシンスィッチ 1は、 図 1に示された マイクロマシンスィツチ 1でスィツチ可動子 1 1に突起部 3 2 a〜 3 2 dを形成 する代わりに、 マイクロス トリ ップ線路 2 2 a， 2 2 bに突起部 4 2 a〜4 2 d を形成したものである。 その他の部分については、 図 1に示されたマイクロマシ ンスィツチ 1 と同様である。
したがって、 図 1 5に示されるように、 マイクロストリップ線路 2 3 aのスィ ツチ可動子 1 9側の一辺の両端間に突起部 4 2 a， 4 2 bを形成し、 マイクロス トリ ップ線路 2 3 bのスィツチ可動子 1 9側の一辺の両端間に突起部 4 2 c , 4 2 dを形成してもよレ、。 また、 図 1 3におけるマイクロストリ ップ線路 2 2 a， 2 2 bのそれぞれに、 図 8〜図 1 0におけるスィツチ可動子 1 3〜 1 7の特徴を また、 スィッチ可動子 1 9の幅 eは線路本体 4 1 a， 4 l bの幅 Wと等しいと したが、 マイクロス トリ ップ線路 2 2 a， 2 2 bの切り欠き幅 f より広くてもよ レ、。
(第 4の実施の形態）
図 1 6は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 4の実施の形態の平面図 である。 また、 図 1 7は、 図 1 6におけるマイクロストリップ線路の平面図であ る。
図 1 6におけるマイクロストリップ線路 2 4 a， 2 4 bは、 線路本体 4 3 a と 4 3 bとの間の距離 Dがスィツチ可動子 1 9の長さしょりも短い点で、 図 1 3に おけるマイクロストリ ップ線路 2 2 a， 2 2 bと異なる。 ここで、 マイクロス ト リップ,棣路 2 4 a , 2 4 bの切り欠きの及ばない部分をそれぞれ線路本体 4 3 a , 4 3 bとレ、う。 したがって、 各突起部 4 4 a， 4 4 b , 4 4 c , 4 4 dは線路本 体 4 3 a， 4 3 bに含まれず、 マイクロストリップ線路 2 4 a， 2 4 bの突起部 4 4 a〜4 4 dを除く部分が線路本体 4 3 a， 4 3 bである。
距離 Dが長さ Lよりも短いので、 マイクロス トリ ップ線路 2 4 a， 2 4 bの各 突起部 4 4 a〜4 4 dだけでなく、 線路本体 4 3 a , 4 3 bのそれぞれ一部がス ィツチ可動子 1 9と対向する。
その他の部分については、 図 1 3に示されたマイクロマシンスィツチ 1 と同じ である。
(第 5の実施の形態）
図 1 8は、 本発明によるマイクロマシンスィツチの第 5の実施の形態の平面図 である。 図 1 8に示されたマイクロマシンスィッチ 1は、 図 1におけるスィッチ 可動子 1 1 と、 図 1 3におけるマイクロストリップ線路 2 2 a， 2 2 bとを組み 合わせたものである。
ここで、 スィツチ可動子 1 1の突起部 3 2 a , 3 2 bは、 マイクロス トリ ップ 線路 2 2 aの突起部 4 2 a， 4 2 bとそれぞれ対向している。 また、 スィッチ可 動子 1 1の突起部 3 2 c， 3 2 dは、 マイクロス トリ ツプ線路 2 2 bの突起部 4 2 c , 4 2 dとそれぞれ対向している。
このようにスイツチ可動子 1 1およびマイクロス トリツプ線路 2 2 a， 2 2 b の両方を切り欠いても、 スィツチ可動子 1 1 とマイクロストリップ線路 2 2 a , 2 2 bとの対向面積を小さくできる。 したがって、 マイクロマシンスィッチ 1の オフ時のアイソレーション特性を高められる。
なお、 スィツチ可動子 1 1の切り欠き幅 bと、 マイクロストリップ線路 2 2 a， 2 2 bの切り欠き幅 f とは、 同じであっても、 異なっていてもよい。
また、 スィツチ可動子 1 1の代わりにスィツチ可動子 1 2〜 1 8を用いてもよ く、 マイクロストリ ツブ線路 2 2 a， 2 2 bの代わりにマイクロス トリツプ線路 2 3 a , 2 3 bまたは 24 a， 2 4 bを用いてもよレヽ。
以上、 ギヤップ G上にスィツチ電極 4が配置されている構成のマイクロマシン スィ ッチ 1を用いて、 本発明の実施の形態を説明した。 しかし、 本発明は、 図 1 9に示されるような側面形状をもつマイクロマシンスィツチ 6にも適用できる。 すなわち、 図 1 9に示されるマイクロマシンスィ ッチ 6は、 スィ ッチ電極 （駆 動手段） として上部電極 4 aと下部電極 4 bとをもつ。 下部電極 4 bは、 支持手 段 5のアーム部 5 bの下方であって、 マイクロストリップ線路 2 l a , 2 1 b
(または 2 2 a， 2 2 b、 または 2 3 a， 2 3 b、 または 24 a， 24 b) 間で はない誘電体基板 2上に形成されている。 また、 上部電極 4 aはアーム部 5 bの 上面に密着形成されている。 これら上部電極 4 a と下部電極 4 bとは、 アーム部 5 bを挟んで対向している。 アーム部 5 bは、 絶縁部材により形成されている。 上部電極 4 aおよび下部電極 4 bの少なくとも一方に駆動電圧が選択的に印加 される。 そして、 静電力によりアーム部 5 bが引き下げられ、 スィ ッチ可動子 1 1 (または 1 2〜 1 9) がマイクロス トリップ線路 2 1 a， 2 1 b (または 2 2 a , 2 2 b、 または 2 3 a， 2 3 b、 または 24 a , 24 b) のそれぞれと接触 する。
このようなマイクロマシンスィツチ 6に本発明を適用しても、 上述したものと 同じ効果が得られる。
また、 上記したスィツチ可動子 1 1〜 1 8はいずれも、 スィツチ可動子 1 1〜 1 8の両側が切り欠かれて、 突起部 3 2 a〜3 2 n， 34 a〜3 4 dが形成され ている。 しカゝし、 スィッチ可動子 1 1〜 1 8それぞれの一方の側のみに突起部を 形成した場合でも、 効果は得られる。
上記したマイクロス トリ ツプ線路 2 2 a， 2 2 b， 2 3 a , 2 3 b, 24 a , 24 bについても同様である。 すなわち、 一方のマイクロス ト リ ップ線路 2 2 a 〜2 4 a (または2 2ヒ〜2 4 1 のみに突起部を形成した場合でも、 効果は得 られる。
また、 図 1および図 1 9に示されたマイクロマシンスィッチ 1， 6は、 2本の マイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 b (または 2 2 a， 2 2 b、 または 2 3 a， 2 3 b、 または 2 4 a , 24 b) を接 ·断するものである。 しかし、 本発明は 3 本以上のマイクロストリップ線路を接 ·断するマイクロマシンスィツチ 1， 6に も適用できる。
また、 本発明の実施の形態を説明するにあたり、 分布定数線路としてマイクロ ストリ ツプ線路 2 1 a， 2 1 b, 2 2 a , 2 2 b, 2 3 a， 2 3 b, 24 a , 2 4 bを用いた。 しかし、 分布定数線路として、 コプレーナ線路、 トリプレート線 路、 またはスロッ ト線路を用いても、 同様の効果が得られる。
また、 上述したマイクロマシンスィッチ 1， 6は、 オーム接触形でも、 容量結 合形でもよい。 図 2 0は、 スィッチ可動子 1 1〜 1 9の断面を示す断面図である。 オーム接触形のマイクロマシンスィッチ 1， 6の場合、 スィッチ可動子 1 1〜 1 9の全体が導体部材で形成されていてもよい。 また、 スィッチ可動子 1 1〜1 9は、 図 2 0 (a ) に示されるように、 半導体または絶縁体の部材 5 1 と、 この 部材 5 1の下面 （すなわち、 マイクロストリップ線路 2 1 a， 2 1 b等に対向す る面） の全面に形成された導体膜 5 2とにより構成されていてもよい。 すなわち、 スィツチ可動子 1 1〜 1 9は、 少なく ともスィツチ可動子 1 1〜 1 9の下面の全 面が導体で形成されていればよい。
このようなオーム接触形のマイクロマシンスィッチ 1 , 6は、 DCからミリ波 帯までの広い周波数範囲で使用される。
また、 容量結合形のマイクロマシンスィッチ 1， 6の場合、 図 2 0 (b) に示 されるように、 導体部材 5 3と、 この導体部材 5 3の下面 （すなわち、 マイクロ ス トリ ップ線路 2 1 a， 2 1 b等に対向する面） に形成された絶縁体薄膜 54と により構成されている。
容量結合形のマイクロマシンスィッチ 1， 6の使用可能周波数範囲は、 絶縁体 薄膜 54の厚さに依存するが、 概ね 5 GH zないし 1 OGH z以上の周波数帯に 限られる。 したがって、 容量結合形の使用可能周波数範囲は、 オーム接触形と比 ベると狭くなる。
し力 し、 オーム接触形では、 マイクロス トリップ線路 2 1 a， 2 1 b等とスィ ツチ可動子 1 1等との間の接触抵抗により、 損失が発生する。 これに対して、 容 量結合形の接点は導体による直接接触でないので、 接触抵抗損失が発生しない。 このため、 高周波数帯 （絶縁体薄膜 54の厚さによる力 S、 概ね 1 0 GH z以上） では、 容量結合形の方がオーム接触形よりも損失が小さくなることがある。 産業上の利用可能性
本発明によるマイクロマシンスィツチは、 ミ リ波帯ないしマイクロ波帯で使用 される移相器および周波数可変フィルタなどの高周波回路のスィツチ素子に適し ている。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 互いに近接配置された少なくとも 2本の分布定数線路と、
これらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように前記各分布定数線 路の上方に配置されかつ前記各分布定数線路と接触したときに前記各分布定数線 路を高周波的に接続する可動子と、
静電力により前記可動子を変位させて前記各分布定数線路に接触させる駆動手 段とを備え、
前記可動子は、 この可動子の端縁が切り欠かれて形成された突起部を前記分布 定数線路の少なくとも 1本の側に少なく とも 2個ずつ備え、
前記各突起部は、 対応する前記各分布定数線路と対向していることを特徴とす るマイクロマシンスィツチ。
2 . 請求項 1において、
前記可動子の前記突起部を除く部分である可動子本体は、 前記各分布定数線路 の幅方向と平行な方向の長さである幅が前記各分布定数線路の幅と同じであり、 前記可動子は、 この可動子の端縁の両端部を除く部分が切り欠かれていること を特徴とするマイクロマシンスィツチ。
3 . 請求項 1において、
前記可動子の前記突起部を除く部分である可動子本体は、 前記各分布定数線路 の幅方向と平行な方向の長さである幅が前記各分布定数線路の幅よりも狭く、 前記可動子は、 この可動子の端縁の両端部を除く部分が切り欠かれていること を特徴とするマイクロマシンスィツチ。
4 . 請求項 1において、
前記可動子の前記各突起部が形成されている部分は、 前記分布定数線路の幅方 向と平行な方向の長さである幅が前記分布定数線路の幅よりも狭くなるように前 記可動子の端縁の両端部が切り欠かれて形成されていることを特徴とするマイク ロマシンスィツチ。
5 . 請求項 4において、 前記可動子の前記突起部を除く部分である可動子本体の幅は、 前記各分布定数 線路の幅と同じであることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
6 . 請求項 1において、
前記各突起部は、 矩形をしていることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
7 . 請求項 1において、
前記各突起部の幅である前記分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さは、 前 記可動子の前記突起部を除く部分である可動子本体に近い側が前記可動子本体か ら遠い側よりも広いことを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
8 . 請求項 1において、
前記可動子は、 前記各突起部それぞれの先端を接続する接続部を備えたことを 特徴とするマイクロマシンスィツチ。
9 . 請求項 1において、
前記可動子の突起部と対向する前記分布定数線路は、 前記可動子の前記突起部 を除く部分である可動子本体とは対向していないことを特徴とするマイクロマシ ンスィツチ。
1 0 . 請求項 1において、
前記可動子の突起部と対向する前記分布定数線路は、 前記可動子の前記突起部 を除く部分である可動子本体とも対向していることを特徴とするマイクロマシン スィッチ。
1 1 . 互いに近接配置された少なくとも 2本の分布定数線路と、
これらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように前記各分布定数線 路の上方に配置されかつ導電体を含む可動子と、
静電力により前記可動子を変位させて前記各分布定数線路に接触させる駆動手 段とを備え、
少なくとも 1本の前記分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁が切り欠かれ て形成された突起部を少なくとも 2個ずつを備え、
前記各突起部は、 前記可動子と対向していることを特徴とするマイクロマ スィツチ。
1 2 . 請求項 1 1において、 前記可動子は、 前記各分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さである幅が、 前記各分布定数線路の前記各突起部を除く部分である各分布定数線路本体の幅と 同じであり、
前記突起部が形成されている前記分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁の 両端部を除く部分が切り欠かれていることを特徴とするマイクロマシンスィツチ c 1 3 . 請求項 1 1において、
前記可動子は、 前記各分布定数線路の幅方向と平行な方向の長さである幅が、 前記各分布定数線路の前記各突起部を除く部分である各分布定数線路本体の幅よ りも広く、
前記突起部が形成されている前記分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁の 両端部を除く部分が切り欠かれていることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。 1 4 . 請求項 1 1において、
前記突起部が形成されている前記分布定数線路は、 前記各突起部が形成されて いる部分の幅が前記可動子の幅である前記分布定数線路の幅方向と平行な方向の 長さよりも狭くなるように前記分布定数線路の前記可動子側の端縁の両端部が切 り欠かれていることを特徴とするマイクロマシンスィ ッチ。
1 5 . 請求項 1 4において、
前記可動子の幅は、 前記各分布定数線路の前記各突起部を除く部分である各分 布定数線路本体の幅と同じであることを特徴とするマイクロマシンスィ ッチ。
1 6 . 請求項 1 1において、
前記各突起部は、 矩形をしていることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
1 7 . 請求項 1 1において、
前記可動子は、 前記突起部が形成されている前記分布定数線路の前記突起部を 除く部分である分布定数線路本体と対向していないことを特徴とするマイクロマ シンスィ ツチ。
1 8 . 請求項 1 1において、
前記可動子は、 前記突起部が形成されている前記分布定数線路の前記突起部を 除く部分である分布定数線路本体の一部と対向していることを特徴とするマイク ロマシンスィツチ。
1 9 . 互いに近接配置された少なく とも 2本の分布定数線路と、 これらの分布定数線路のそれぞれと先端部が対向するように前記各分布定数線 路の上方に配置されかつ前記各分布定数線路と接触したときに前記各分布定数線 路を高周波的に接続する可動子と、
静電力により前記可動子を変位させて前記各分布定数線路に接触させる駆動手 段とを備え、
少なくとも 1本の前記分布定数線路は、 この分布定数線路の端縁が切り欠かれ て形成された第 1の突起部を少なくとも 2個ずつ備え、
前記可動子は、 前記分布定数線路の前記各第 1の突起部にそれぞれ対向するよ うに前記可動子の端縁が切り欠かれて形成された少なくとも 2個の第 2の突起部 を備えたことを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 0 . 請求項 1において、
前記可動子は、 少なくとも前記可動子の下面の全面が導体で形成されているこ とを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 1 . 請求項 1 1において、
前記可動子は、 少なくとも前記可動子の下面の全面が導体で形成されているこ とを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 2 . 請求項 1において、
前記可動子は、 導体部材と、
この導体部材の下面の全面に形成された絶縁体薄膜とからなることを特徴とす るマイクロマシンスィッチ。
2 3 . 請求項 1 1において、
前記可動子は、 導体部材と、
この導体部材の下面の全面に形成された絶縁体薄膜とからなることを特徴とす るマイクロマシンスィッチ。
2 4 . 請求項 1において、
前記駆動手段は、 前記可動子と対向するように前記各分布定数線路の間にそれ ぞれと離間して配置されかつ駆動電圧が選択的に印加される電極からなることを 特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 5 . 請求項 1 1において、
前記駆動手段は、 前記可動子と対向するように前記各分布定数線路の間にそれ ぞれと離間して配置されかつ駆動電圧が選択的に印加される電極からなることを 特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 6 . 請求項 1において、
前記可動子を支持する支持手段を更に備え、
前記駆動手段は、 支持手段に取り付けられた上部電極と、
この上部電極の下方に配置されて前記上部電極と対向する下部電極とからなり、 前記上部電極および前記下部電極の少なくとも一方に駆動電圧が選択的に印加 されることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
2 7 . 請求項 1 1において、
前記可動子を支持する支持手段を更に備え、
前記駆動手段は、 支持手段に取り付けられた上部電極と、
この上部電極の下方に配置されて前記上部電極と対向する下部電極とからなり、 前記上部電極および前記下部電極の少なくとも一方に駆動電圧が選択的に印加 されることを特徴とするマイクロマシンスィツチ。
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