(57)【要約】【解決手段】本発明によれば、従来技術では必要だった個別キャパシタを用いることなく、全ての必要な固有のキャパシタンスを与えるために絶縁層３１７により分離された第１の螺旋状インダクタ３０１及び第２の螺旋状インダクタ３０３からなる直交ハイブリッド回路が提供される。さらに、チップ規模パッケージ内に含まれるモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）上に複数の直交ハイブリッド回路を組み込むベクトル変調器回路が提供される。
2005516452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインダクタ及び複数のキャパシタンスを有する直交ハイブリッドとして機能する回路であって、
前記キャパシタンスの全てが固有であることを特徴とする回路。
【請求項２】
前記複数のインダクタは、第１螺旋状インダクタ及び第２螺旋状インダクタを具備し、
前記回路は、前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタの間に配置される絶縁層をさらに具備し、
前記第１螺旋状インダクタ、前記第２螺旋状インダクタ及び前記絶縁層は、固有キャパシタンスを生成するように互いに対して配置されていることを特徴とする請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタが整列していることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項４】
前記回路は第１出力部及び第２出力部をさらに具備し、
該第２出力部は、前記第１出力部に比較して位相が約９０°異なることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項５】
前記第１螺旋状インダクタ、前記第２螺旋状インダクタ及び前記絶縁層は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）上に含まれていることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項６】
前記絶縁層は窒化珪素からなることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項７】
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタの全長及び幅は、それぞれ約200μmｘ200μmであることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項８】
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタの表面積は、特定の固有キャパシタンスとなるよう制御され、
前記表面積は、以下のパラメータに従って決定されることを特徴とする請求項２記載の回路。
Ｃ＝ＥoＥrＡ／Ｄ
ここで、Ｃはキャパシタンス、Ｅoは（8.854ｅ-12に等しい）自由空間の誘電定数、Ｅrは２平面間の絶縁体の誘電定数、Ａは各容量平面の面積、Ｄは絶縁層の厚さに等しい、容量平面間の距離。
【請求項９】
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタは、各々螺旋状トレースをさらに具備し、
該螺旋状トレースは、トレース長さ、トレース幅、及び互いに対して該トレースの線の間に空間を有し、
前記トレース長さ、前記幅及び前記空間は、所定のキャパシタンスを提供するよう選択されることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項１０】
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタは、各々螺旋状トレースをさらに具備し、
該螺旋状トレースは、トレース長さ、トレース幅、及び互いに対して該トレースの線の間に空間を有し、
前記トレース長さ、前記幅及び前記空間は、所定のキャパシタンスを提供するよう選択されることを特徴とする請求項８記載の回路。
【請求項１１】
50Ω終端を介して接地に終端された第３出力部をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項１２】
ベクトル変調を実行する回路であって、
該回路は、チップ規模パッケージ内に封止されており、ＭＭＩＣ及び複数の終端要素を具備することを特徴とする回路。
【請求項１３】
前記ＭＭＩＣは２個の直交ハイブリッドをさらに具備し、
該ハイブリッドは、第１螺旋状インダクタ及び第２螺旋状インダクタを具備し、
前記第１螺旋状インダクタ及び前記第２螺旋状インダクタの間に絶縁層が配置され、
前記第１螺旋状インダクタ、前記第２螺旋状インダクタ及び前記絶縁層は、固有キャパシタンスを生成するように互いに対して配置されていることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１４】
前記チップ規模パッケージの寸法は約４mmｘ６mmであることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１５】
前記ＭＭＩＣはGaAs層からなることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１６】
前記GaAs層の厚さは約0.1mmに等しいことを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１７】
前記ＭＭＩＣは、入力直交ハイブリッド、第１直交ハイブリッド及び第２直交ハイブリッド、並びに出力電力結合器を具備するよう構成されていることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１８】
前記入力直交ハイブリッド分割器は、３ポート電力分割器と、４５°の位相をリードする第１フィルタ及び４５°の位相を遅延する第２フィルタを有する第１及び第２リード／遅延フィルタとをさらに具備することを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１９】
前記終端要素はＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項２０】
前記終端要素は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項２１】
使用される前記終端要素の数は４であることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項２２】
前記チップ規模パッケージは、金属製で接地に電気結合されたパドルを含むことを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項２３】
前記チップ規模パッケージは、前記ダイオードに電流を供給する複数のバイアスピンを含むことを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項２４】
前記チップ規模パッケージは、第１高周波信号を受信する入力ピンと、第２高周波信号を出力する出力ピンとをさらに具備し、
前記第２高周波信号は、前記ベクトル変調方法が実行された後の前記第１高周波信号の結果であることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交ハイブリッド回路、特に新規な直交ハイブリッド及びベクトル変調器に関し、より詳細には、新規な直交ハイブリッド回路を使用する小規模チップパッケージ（ＣＳＰ）に含まれるベクトル変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
直交ハイブリッドは、信号を分岐したり結合したりするために広く使用されるタイプの回路である。直交ハイブリッドは、電力増幅器やノイズ低減及び信号の明瞭化を必要とする他の用途に広範囲に使用される。また、これら直交ハイブリッドは、サンプリング用途等の信号の分岐又は共用化を要する用途、試験用途及び検出用途におけるカプラとしても広く使用される。
【０００３】
直交ハイブリッドは、電力分割及び移相（phase shifting）の両方を達成するために使用できるので、ノイズ低減回路を形成するために効果的なツールである。相互変調ひずみ等の不要ノイズ信号を無くす一般的技法の一つは、位相が１８０°異なる２信号を形成するために信号を半分に分割し、次に２信号を再結合することである。再結合の際に２信号が互いに打ち消し合うので、不要ノイズ信号を無くす。
【０００４】
直交ハイブリッドの開発前は、信号を分割するために電力分割回路を使用することによりこの方法が達成され、所望の移相となるよう計算された、異なる長さの伝送線を使用することにより、位相をシフトする。しかし、伝送線を使用して位相をシフトすることは、貴重な集積回路面積を極端に大きくする必要があるので、多くの用途には実用的ではない。
【０００５】
信号を分割しシフトするためのより良い手段の必要性に応えて、直交ハイブリッド回路が開発された。回路図で直交ハイブリッドを表わすために使用される記号は、図１に示される。図１に示される記号は、直交ハイブリッドの機能を示す。入力は、高周波入力ポート１０１に印加される。入力信号は２出力（１０２ａ，１０２ｂ）に分割される。この２出力は、振幅が等しいが、位相が９０°異なっている。直交ハイブリッド１０３の残りの出力は、50Ω終端抵抗を通って接地に流れる。このポートは、必要な分離を直交ハイブリッドに与える。直交ハイブリッドの実際の回路構造は、代表的には少なくとも１対のインダクタ及び１対のキャパシタを具備する。種々の直交ハイブリッド回路構造は、従来技術で周知である。
【０００６】
従来技術に従った直交ハイブリッドは、個別部品を使用して構成されてきた。１対の個別インダクタ及び一連の個別キャパシタは、印刷回路基板上に実装され直交ハイブリッドを形成する。この方法は、極端に空間を浪費し、多くの用途では実用的でない。また、多数の部品及び長い組立時間を要する。
【０００７】
直交ハイブリッドの寸法及びコストを低減するために、要素を集積回路に組み込む試みがなされた。しかし、これらの試みは限定された成功を見るに過ぎなかった。必要とされるインダクタは、集積回路に組み込むことができる。しかし、適正に機能するために、直交ハイブリッドには追加のキャパシタが必要である。個別キャパシタを追加すると、直交ハイブリッドを形成するための空間が必要である。キャパシタは、薄膜蒸着技法により集積回路に組み込むことが可能である。しかし、キャパシタが代表的にはインダクタよりも大きな集積回路面積を要するので、ハイブリッド回路に要するチップ面積を実質的に増大させてしまう。
【０００８】
電力増幅器内でノイズ打消しのために直交ハイブリッドを広く使用する一回路は、ベクトル変調器である。ベクトル変調器回路は、一連の直交ハイブリッドを使用して高周波信号の位相及び振幅を変化させる手段を提供する。これらベクトル変調器は電力増幅器に広く使用され、信号の純度を改善すると共にデジタル変調を提供する。
【０００９】
電力増幅器は、フィードフォワードループを使用して信号純度を改善する。信号の相互変調ひずみは、複数の高周波信号の混合により生ずる。これら不要なひずみ信号は、相互変調の産物として知られている。これら不要な相互変調産物を打ち消すために、等しい振幅及び１８０°位相がシフトした信号が生成され、各相互変調産物と結合される。
【００１０】
最近まで、信号位相を制御する可変移相器（phase shifter）と直列に振幅を制御する可変減衰器を使用して、相互変調産物の打ち消しが達成された。しかし、この方法は、多数の部品及び複雑な回路を要するので、大量生産では良好な解決法ではなかった。加えて、可変移相器は固有の位相変化制限を含む。可変移相器を使用して３６０°の範囲で位相シフトを達成することは可能であるが、特定の位相値にランダムにアクセスすることは可能ではない。このことは、特定の位相値に至るために、可変移相器は、所定範囲を順に循環し、所望の位相シフトに落ち着かなければならない。これにより、この技法に関連した過渡応答時間が比較的に長くなってしまう。このため、フィードフォワード増幅性能が大幅に低下するおそれがある。
【００１１】
これら懸案事項を克服するために、ベクトル変調器が開発された。ベクトル変調器は、高周波信号の位相及び振幅の双方を変更するのに使用される。ベクトル変調器は、一連の直交ハイブリッドを使用して位相及び振幅を調整する。図２は、分離された２出力２０２ａ，２０２ｂを含む入力直交ハイブリッド２０１を具備するベクトル変調器を示す。各出力は、分離した電圧可変減衰器に供給する。各電圧可変減衰器は、整合されたダイオード（２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ）又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有する２出力ポートで終端する直交ハイブリッド（２０３ａ，２０３ｂ）から構成される。これにより、吸収減衰器が構成される。各電圧可変減衰器の分離されたポートは、電力結合器として作用する別の直交ハイブリッド回路２０７に供給される。電力結合器２０７からの出力信号は、新たな位相及び振幅を有する高周波入力信号である。
【００１２】
ベクトル変調器は、フィードフォワード増幅器に組み込まれ、以前に使用された可変減衰器及び可変移相器に関連する問題が無く、相互変調ひずみを無くす。
【特許文献１】英国特許出願公開第１２９７７７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ベクトル変調器の使用は可変移相器と直列の可変減衰器を具備する回路を超える著しい改善であるが、依然としていくつかの制限を有する。従来技術に従ったベクトル変調器は、大量生産技法には適していない。というのは、上述したようにベクトル変調器は、いくつかの個別要素を具備しているからである。ベクトル変調器を構築するために多大の手組立を要し、デバイスのコスト高を招く。上述の通り、要素は複数の直交ハイブリッドからなるので、ベクトル変調器は、集積回路に容易に集積することができない。
【００１４】
さらに、従来技術のベクトル変調器は、含まれるハイブリッドが要する大きな寸法の結果として比較的大きなデバイスである。従来技術に使用される代表的な集積回路ベクトル変調器の最小のｘ及びｙ寸法は約25mmｘ31mmであり、ベクトル変調器をフィードフォワード増幅器の面積集約的な部品にする。
【００１５】
要求されるベクトル変調（移相及び振幅減衰）の性能を有するが、集積回路に組み込むためにより小さく導電性であるため大量生産技法により好適なデバイスを開発することが望ましい。これにより、コスト及び回路基板上に要する占有面積を減少することができる一方、ベクトル変調器の性能の利点を維持する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、改良された直交ハイブリッドと、改良された直交ハイブリッドを組み込んだ改良されたベクトル変調器とを提供する。本発明に従った直交ハイブリッドは、従来技術で必要だった個別キャパシタを除き、代わりに直交ハイブリッドのインダクタの物理レイアウトを変更し、直交ハイブリッド用にキャパシタンスを固有に与える。キャパシタを除去することにより、本発明に従った直交ハイブリッドは、小さい集積回路の製造に適し、チップ規模の用途での使用することができる。
【００１７】
本発明に従った直交ハイブリッドは、従来技術で達成された信号結合及び移相を与える。しかし、本発明に従った直交ハイブリッドは、所望の結果を達成するために別体のインダクタ及びキャパシタを要しない。
【００１８】
本発明に従った直交ハイブリッドは、集積回路に形成された２個の螺旋状インダクタを具備する。第１螺旋状インダクタ及び第２螺旋状インダクタは、集積回路内の別の基板層上に形成される。第１及び第２インダクタは、誘電層にわたって寄生結合され、高周波入力を通って直交ハイブリッドに入る高周波信号を２出力に分割することができる。
【００１９】
螺旋状インダクタは、絶縁層により分離された分離金属層に第１螺旋状インダクタ及び第２螺旋状インダクタが形成されるように配置される。その結果、絶縁層と結合した２個のインダクタは、誘電層により分離されたキャパシタの２枚の板として作用する。直交ハイブリッドに要するキャパシタンスを得るように螺旋状インダクタを設計することにより、追加のキャパシタを加える必要がない。螺旋状インダクタの寸法及び分離は、所望の機能を得るために直交ハイブリッドに要するキャパシタンスと等しいキャパシタンスを生成するよう制御される。
【００２０】
本発明の付加的面は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）内に製造された、本発明に従った一連の直交ハイブリッドを組み込む改良されたベクトル変調器を提供する。本発明に従ったベクトル変調器は、一連のダイオードに結合されたＭＭＩＣチップを使用してベクトル変調を実行する。全部品は、単一の小さいチップ規模パッケージ内で結合される。
【００２１】
本発明に従ったベクトル変調器は、約４mmｘ６mmの寸法の小さいチップ規模パッケージに詰め込まれる。
【００２２】
本発明に従ったベクトル変調器のチップ規模パッケージは、その特異な構造の結果、優れた電気的性能を提供する。高周波接地を与えるパドルを有するチップ規模パッケージにベクトル変調器の直交ハイブリッドを配置することにより、経路長が短縮される。次にこれにより生成されたインダクタンス量が減少するので、ベクトル変調器の電気性能が改良される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００２４】
本発明に従った直交ハイブリッドは、集積回路上に結合された第１螺旋状インダクタ及び第２螺旋状インダクタを具備し、２個の螺旋状インダクタの間に誘電層が配置される。キャパシタンスは、インダクタ及び誘電層の物理的レイアウトを構成し、所望のキャパシタンスを固有に提供するように構成することにより提供されるので、別体のキャパシタを構築する必要性が無い。
【００２５】
図３は本発明の一実施形態に従った直交ハイブリッド回路の分解斜視図であり、図４はその等価回路図である。図４の回路図を最初に参照すると、回路は１対の並列インダクタ４０９，４１０を具備し、キャパシタ４０１，４０２が図示されるようにインダクタの端子間に結合される。入力はノード４１１に印加される。入力端子４１１に印加される信号の一部分は、キャパシタ４０１（その値は入力信号が自由に通過するよう入力信号の周波数帯に対して選択される）を通って約４５°位相が変更される出力ノードに移送され、振幅が小さくなる。入力信号の別の部分は、−４５°の出力位相を与えるインダクタを通過した後、出力端子４１５に現れる。２出力の位相差は９０°である。残りのキャパシタは、このような回路の実施に典型的に固有である寄生容量を代表する。このため、キャパシタ４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８は、キャパシタ４０１，４０２よりも十分に小さい値を有する。にもかかわらず、キャパシタ４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８は正確さ及び完全性のために示されるが、実際には望ましくないことが多い。
【００２６】
キャパシタ４０１，４０２は、回路図に示される他の全てのキャパシタと比較して支配的なキャパシタである。これらのキャパシタは、直交ハイブリッドが本発明に従って所望の機能を果たすために、回路内に意図的に設定されたものである。
【００２７】
図３は、本発明に従った直交ハイブリッドの構造を示す。第１螺旋状インダクタ３０１は、集積回路の第１金属層内に形成される。この好適実施形態において、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が使用される。しかし、本発明は、種々の集積回路を使用して製造可能であることが理解されよう。図３に空気又は空間として示される絶縁層３１７は第１螺旋状インダクタ３０１の上側に配置され、第２螺旋状インダクタ３０３は絶縁層３１７の上側に配置される。本発明の現実の実施において、絶縁層はおそらく誘電材料であろう。しかし、他の回路要素を隠さないように、図３では絶縁層３１７は単に空間として示される。絶縁層は二つの目的を果たす。第一に、２個の螺旋状インダクタ３０１，３０３間に必要な分離を与え、適正なレベルの寄生結合を可能にする。第二に、二つのインダクタ螺旋がキャパシタとして機能することを可能にするために必要な誘電体として作用するので、別体のキャパシタの必要性を無くす。
【００２８】
第２螺旋状インダクタ３０３は、絶縁層３１７の上側に配置された金属層上に形成される。好適実施形態において、第２螺旋状インダクタ３０３は、第１螺旋状インダクタ３０１の全くの複製であり、第１螺旋上に直接位置する。高周波信号は、上側螺旋状インダクタ３０３の高周波入力部３０５に印加される。信号は、寄生結合の結果として２個の螺旋状インダクタに分割される。上側インダクタ３０３の螺旋状トレースの端部３０８（入力部の反対側の端部）は、絶縁層３１７を貫通して第２出力部３０９まで下方へ延びるバイア３１３に接続される。上側螺旋状インダクタ３０３の入力端部のすぐ下に配置された下側螺旋状インダクタ３０１の端部は、第１出力部３０７からなる。第１出力部３０７及び第２出力部３０２で得られる出力は、振幅が等しく（各々が入力信号の半分）、位相が９０°異なっている。
【００２９】
第１出力部３０７とは反対側の下側螺旋状インダクタ３０１の端部３１０は、50Ω終端３１１を介して接地接続される。これにより、下側螺旋状インダクタ３０１から反射される入力信号の任意部分にドレーンを接地し、入力部に戻る反射を防止する。
【００３０】
本発明に従って、並列螺旋状インダクタ３０１，３０３は、２個のインダクタ４０９，４１０の間に固有のキャパシタンス４０１，４０２を与えるように物理的に構成される。平行な導電性２平面間のキャパシタンスは、次式で与えられる。
Ｃ＝ＥoＥrＡ／Ｄ
ここで、Ｃはキャパシタンス、Ｅoは（8.854ｅ-12に等しい）自由空間の誘電定数、Ｅrは２平面間の絶縁体の誘電定数、Ａは各容量平面の面積、Ｄは絶縁層の厚さに等しい、容量平面間の距離である。
【００３１】
この式を使用して、螺旋状インダクタ及びそれらの間の絶縁層の一方又は双方のレイアウトパラメータは、所望の値に等しい値の効果的なキャパシタンス４０１，４０２を提供するよう選択可能である。上式において、Ｃは公知の値に設定することを望む変数である。Ｅoは定数である。従って、（１）上式においてＤである誘電層の厚さ、（２）上式においてＥrである誘電層の誘電定数、（３）螺旋状インダクタの導電とレースの幅、及び（４）上式においてトレースの幅及び長さが変数Ａを総括的に指示する、螺旋状インダクタの導電とレースの長さのいずれか又は全てを調整できる。誘電層の厚さＤ及びその誘電定数Ｅrは、回路の製造方法における要求事項又は性能のために、多くの状況で実際には調整可能ではないかもしれない。このような場合、設計者は、インダクタのトレースの幅及び長さの一方又は双方で仕事をするであろう。好適な一実施形態において、絶縁層は、誘電定数3.9を有する窒化珪素からなる。好適な実施形態において、この層は厚さ0.75μmである。この厚さは、層を形成するために使用される製造方法により、決定される。
【００３２】
Ｅo、Ｅr及びＤが公知の量ならば、キャパシタンスＣの所望の量を得るために、面積Ａを制御する必要がある。全面積Ａは、実質的にトレースの全長とその幅の積である。
【００３３】
好適実施形態において、螺旋状インダクタを形成するために使用されるトレースの幅は約0.6μmである。この幅は選択される特定の製造方法で得られる最小の実際の幅であり、回路用のダイの最小全面積となる可能な最小幅を選択すると考えられるので、この幅が選択された。従って、トレースの長さは、直交ハイブリッドが適正に機能する必要なキャパシタンスを生む面積Ａに到達するよう調整された。
【００３４】
しかし、所望のキャパシタンスを生むために螺旋状インダクタのトレースの長さを調整することも、螺旋状インダクタのインダクタンス値に影響を与えることができる。また、インダクタンス値は、トレースの種々の脚の互いに対する間隔により影響される。従って、トレースの面積が与えられた螺旋状トレースの種々の脚間の間隔は、所望のインダクタンス値を生むよう調整可能である。適当な式及び回路シミュレーションソフトウエアの一方又は双方を使用することにより、間隔パラメータは、所望のインダクタンスを所望のキャパシタンスに整合するよう決定できる。好適実施形態において、各螺旋状インダクタ上のトレース間の間隔はトレースの幅に等しく、双方とも0.6μmに等しい。本発明に従った直交ハイブリッドを生成するために使用される螺旋状インダクタの全寸法は、200μmｘ200μmである。
【００３５】
この小寸法は、従来技術で公知の直交ハイブリッドを構成するための技法では得ることはできなかった。本発明に従った直交ハイブリッドは、集積回路製造に適し、従来技術の直交ハイブリッドよりずっと低コストにする直交ハイブリッドである。別体のキャパシタを要せず、著しく小寸法にすることができるので、以前は寸法のためチップ規模パッケージに合わなかった用途で有用である。その結果、本発明に従った直交ハイブリッドは、ベクトル変調器を形成する際にさらに向上を可能にする。
【００３６】
従来技術において、ベクトル変調器は、集積回路又はチップ規模パッケージ上の製造に適さなかった大きなデバイスであった。本発明に従った一連の直交ハイブリッドを使用することにより、３６０°の位相シフト範囲及び10dBの最小減衰を有するベクトル変調器を提供する、本発明に従った改良されたベクトル変調器を構築可能である。好適一実施形態において、本発明に従ったベクトル変調器は、ＵＭＴＳ周波数帯域（2040〜2240ＭHz）で作動する。しかし、他の周波数帯域で使用可能であることも理解されよう。
【００３７】
本発明の好適一実施形態に従ったベクトル変調器は、図６に示されるＭＭＩＣ６０１及び４個のＰＩＮダイオード６０５ａ，６０５ｂ，６０５ｃ，６０５ｄからなる。図５は、ＭＭＩＣチップの内部機能のブロック図である。ＭＭＩＣ部分は、３ポート９０°ハイブリッド５０１、３個のリード／遅延フィルタ（５０２ａ，５０２ｂ）、本発明に従った２直交ハイブリッド（５０３ａ，５０３ｂ）及び同相電力分割器５０７を含む。
【００３８】
ＭＭＩＣは、小チップ規模パッケージ（６mmx４mm）内で４個のＰＩＮダイオードに結合され、最終ベクトル変調器を形成する。以下、各要素を詳細に説明する。
【００３９】
モノリシックマイクロ波集積回路
ＭＭＩＣは、ベクトル変調器の所望のベクトル性能を生むのに必要な、ハイブリッド及び電力分割部品を具備する。好適な実施形態において、ＭＭＩＣは、内部接地バイアを有する約0.1mmのGaAsから形成される。ＭＭＩＣの薄い特性及び内部バイアにより、回路要素を接地平面に近接して配置することができる。この方法において、生成されるインダクタンス量は最小である。
【００４０】
高周波信号は入力部５１３でＭＭＩＣに入る。高周波入力部５１３は入力電力分割器５０１に接続される。本発明の好適実施形態は、従来技術で使用される４ポート入力電力分割器を、１対のリード／遅延フィルタ５０２ａ，５０２ｂに関連して使用される３ポート入力電力分割器５０１を有するベクトル変調器に置換する。高周波入力信号は３ポート電力分割器５０１の入力部に印加され、電力分割器の出力部（５０８ａ，５０８ｂ）はリード／遅延フィルタ５０２ａ，５０２ｂにそれぞれ印加される。各フィルタ部の位相は＋４５°及び−４５°であるので、９０°の出力位相差が得られる。これら要素の内部成分は当業界において周知であるので、ここではこれら要素の成分を説明しない。
【００４１】
ＭＭＩＣ内において、（リード／遅延フィルタを通過した後の）電力分割器からの各出力は、上述したように、本発明に従って構成された直交ハイブリッド（５０３ａ，５０３ｂ）に流れる。各直交ハイブリッドに対しては、整合したＰＩＮダイオード（５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄ）に接続するよう使用される１対の出力ポート（５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ，５０４ｄ）が存在する。これら出力部は、ＭＭＩＣの表面上に配置された出力ポートに対応し、図６では６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄで示される。
【００４２】
各直交ハイブリッドの残りの出力部（５０９ａ，５０９ｂ）は電力結合器５０７に接続される。電力結合器５０７は、電圧可変減衰器からベクトルを結合し、制御可能な振幅及び位相で出力を与える。結果として得られる信号は、高周波出力ノード５１０を通る出力である。高周波出力用の端子は、ＭＭＩＣ上に画定され、図６では６０７で示される。この端子は、高周波出力部６１５として指定されたチップ規模パッケージ上のピンに接続される。
【００４３】
ＰＩＮダイオード
ＭＭＩＣは、一連の終端要素に関連して使用される。ＰＩＮダイオード、電界効果トランジスタ、或いはＰＨＥＭＴトランジスタ又はバイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを含む種々のデバイスが終端要素として使用可能である。好適実施形態において、相互変調性能を最大化するために終端要素はＰＩＮダイオードである。ＰＩＮダイオード５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄは、直交ハイブリッド５０３ａ，５０３ｂを終端するために使用される。本発明の好適実施形態において、直交ハイブリッドはＭＭＩＣ内に含まれる。別体のキャパシタを使用する必要があったので、以前は可能ではなかった。しかし、上述したように、本発明に従った直交ハイブリッドを使用することにより、直交ハイブリッドは、単一の小さいＭＭＩＣ集積回路内に製造することができる。ダイオード５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄは、ＭＭＩＣ内に含まれる直交ハイブリッドの出力部に対応するＭＭＩＣ出力部６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄに接続される。
【００４４】
チップ規模パッケージ
ＭＭＩＣ及びＰＩＮダイオードは、必要な印刷回路基板面積を最小にするためにチップ規模パッケージ内で結合される。好適実施形態において、寸法が６mmx４mmのチップ規模パッケージが使用される。チップ規模パッケージの組立図は図６に示される。チップ規模パッケージ上には、２個の高周波接続部（高周波入力部６１３及び高周波出力部６１５）及び４個のバイアス接続部（６１７ａ，６１７ｂ，６１７ｃ，６１７ｄ）が配置される。残りの全ての接続部は接地接続される。接地接続部は、図６において６１９ａ，６１９ｂ，６１９ｃ，６１９ｄで示される。
【００４５】
バイアスピン６１７ａ，６１７ｂ，６１８ａ，６１８ｂは、ＰＩＮダイオードを作動するために要する電流を供給する。ピン６１７ａ，６１７ｃは、ＭＭＩＣ内に含まれる２個の直交ハイブリッドのうち一方に関連したダイオードに電流を供給する。ピン６１７ｂ，６１７ｄは、ＭＭＩＣ内に含まれる２個の直交ハイブリッドのうち第２のものに関連したダイオードに電流を供給する。ダイオードに供給される電流を変化させることにより、ベクトル変調器内で可変減衰及び位相シフト機能を達成するために必要なダイオードの高周波インピーダンスは調整可能である。
【００４６】
好適実施形態において、チップ規模パッケージのベースすなわちパドルは金属であり、高周波接地を提供する。これにより、従来技術で使用されるベクトル変調器を超える、優れた電気性能となる。従来技術において、ベクトル変調器回路は、ベースの基板（伝統的にはセラミック又はラミネート材料）を通過するバイアを使用することにより、或いは接続すべき基板の周囲に接地表面を巻くことにより、接地される。いずれの方法も、本発明の好適実施形態で形成されるよりも大きなインダクタンスレベルを形成する。好適実施形態において、チップ規模パッケージのベースは接地に直接半田付けされるので、非常に低いインダクタンス経路を提供する。
【００４７】
本発明の好適実施形態は、小さなチップ規模パッケージ内にベクトル変調器を設ける。本発明に従って改良された直交ハイブリッドを使用することによりＭＭＩＣ内にベクトル変調器用に必要な回路要素を結合するので、効率的な大量生産に適する。これにより、製造時間及び組立時間を短縮することにより、従来のベクトル変調器を超えて著しくコストを削減する。組立体全体は、ベクトル変調をするために使用される従来のデバイスと比較して、寸法が著しく小さい６mmx４mmの小さなチップ規模パッケージ内に結合される。本発明に従ったベクトル変調器の小寸法は、寸法が約25mmｘ31mmかより大きい従来技術のベクトル変調器と比較して必要とされる基板空間の著しい減少となる。また、本発明に従ったベクトル変調器の物理的寸法は、優れた電気性能となるベクトル変調器に関連してより低いインダクタンスとなる。
【００４８】
上述の実施形態は例示であって限定するものではなく、本発明の真髄から逸脱することなく、当業者であれば明白な変形が可能であることを理解すべきである。従って、本明細書は、特許請求の範囲に定義された本発明の真髄の範囲内に含まれるような、このような代替物、変形物、等価物をカバーすることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】直交ハイブリッドを回路のブロック図で表わすために使用される記号である。
【図２】従来技術のベクトル変調器のブロック図である。
【図３】本発明に従った直交ハイブリッドの回路図である。
【図４】本発明に従った直交ハイブリッドの部品の構造及び関係を示す図である。
【図５】本発明に従ったベクトル変調器のブロック図である。
【図６】本発明に従ったチップ規模パッケージの組立図である。
【符号の説明】
【００５０】
３０１  第１螺旋状インダクタ
３０３  第２螺旋状インダクタ
３０７  第１出力部
３０９  第２出力部
３１７  絶縁層
４０９，４１０  インダクタ
５０１  ３ポート電力分割器
５０２ａ，５０２ｂ  リード／遅延フィルタ
５０３ａ，５０３ｂ  直交ハイブリッド
６１７ａ，６１７ｂ，６１８ａ，６１８ｂ  バイアスピン
【図１】
2005516452.tif 000003
【図２】
2005516452.tif 000004
【図３】
2005516452.tif 000005
【図４】
2005516452.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2005516452.tif 000009
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