(57)【要約】能動アンテナ装置用の集積モジュール14が開示されている。集積モジュールは受信モードと送信モードとの間で切替え可能であり、能動素子と二重入力広帯域バラン34とを備えている。能動素子は増幅器26、36と、マイクロ電子・機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ22、24とを備えている。集積モジュールは、アンテナアレイの放射器の直ぐ後ろに位置するように構成されている。【選択図】図１
2007521711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信モードと送信モードとの間で切替え可能である集積モジュールを有する能動アンテナ放射器装置において、
集積モジュールは、放射器によって送信される信号を増幅する第１の増幅器(26)と、放射器によって受信された信号を増幅する第２の増幅器(36)と、二重入力広帯域バラン(34)と、第１の増幅器の出力およびバランに結合された送信ライン(30)と、第２の増幅器の入力およびバランに結合された受信ライン(40)と、集積モジュール(14)が送信モードにされているときには受信ラインを接地に分路する第１のＭＥＭＳスイッチ(24)と、集積モジュール(14)が受信モードにされているときには送信ラインを接地に分路する第２のＭＥＭＳスイッチ(22)とを備えている能動アンテナ放射器装置(10)。
【請求項２】
送信および受信ラインは、バランの上方に配置されたマイクロストリップラインである請求項１記載の放射器装置。
【請求項３】
送信および受信ＭＥＭＳスイッチは、分路カンチレバーＭＥＭＳスイッチである請求項１または２記載の放射器装置。
【請求項４】
送信および受信ラインは、バランの平面内に配置された共平面導波体（ＣＰＷ）ラインである請求項１記載の放射器装置。
【請求項５】
送信および受信ＭＥＭＳスイッチは、容量性の薄膜型ＭＥＭＳスイッチである請求項１または４記載の放射器装置。
【請求項６】
送信ラインは、集積モジュールが受信モードにされているときには第２のスイッチにおける仮想短絡路として動作するように構成されており、受信ラインは、集積モジュールが送信モードにされているときには第１のスイッチにおける仮想短絡路として動作するように構成されている請求項１乃至５のいずれか１項記載の放射器装置。
【請求項７】
バランは、スロットによって間隔を隔てられた第１のアーム(43)と第２のアーム(33)とを有している請求項１乃至６のいずれか１項記載の放射器装置。
【請求項８】
第１のアームは第３のアーム(42)と対にされて第１の“Ｌ”形構造を形成し、第２のアームは第４のアーム(32)と対にされて前記第１の“Ｌ”形構造と対向するように配置された第２の“Ｌ”形構造を形成している請求項７記載の放射器装置。
【請求項９】
放射器(12)と、
前記放射器の背後に配置され、受信モードと送信モードとの間で切替え可能な集積モジュール(14)とを具備し、
前記集積モジュールは、
放射器によって送信される信号を増幅する高電力増幅器（ＨＰＡ）(26)と、
放射器によって受信された信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）(36)と、
放射器に関して１８０度位相がずれた１対のプローブ(16)を介して放射器にそれぞれ結合された少なくとも第１のアーム(33)と第２のアーム(43)とを有している広帯域バラン(34)と、
ＬＮＡの入力およびバランに結合された受信ライン(40)と、
ＨＰＡの出力およびバランに結合された送信ライン(30)と、
集積モジュールが送信モードにされているときには受信ラインを接地に選択的に結合する受信マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ(24)と、
集積モジュールが受信モードにされているときには送信ラインを接地に選択的に結合する送信ＭＥＭＳスイッチ(22)とを備えている能動アンテナ放射器装置(10)。
【請求項１０】
送信ラインは、集積モジュールが受信モードにされているときには第２のスイッチにおける仮想短絡路として動作するように構成されており、受信ラインは、集積モジュールが送信モードにされているときには第１のスイッチにおける仮想短絡路として動作するように構成されている請求項９記載の放射器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線周波数（ＲＦ）システムにおいて使用される統合能動モジュールに関し、とくに、送信機から、および、または受信機へＲＦエネルギを結合するように放射器と共に配置された広帯域バランと、増幅器と、およびマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチとを有する装置を含むことのできる統合能動モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波および、またはミリメータ波周波数で信号（たとえば、ＲＦ信号）を送信し、および、または受信するために種々のアンテナが使用されている。アンテナはしばしば、複数の放射器から形成される。各放射器は、アンテナにより送信される信号を生成するために使用される送信機と関連され、またアンテナにより受信された信号を処理するために使用される受信機と関連されることができる。多くの送受信（ＴＲ）モジュールは送信路用の増幅器と、受信路用の増幅器とを具備している。
【０００３】
ＴＲモジュールは、送信機または受信機のどちらが放射器に結合されるかを選択するために使用されるスイッチを備えている。これまで、スイッチはＰＩＮダイオードと、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、ラッチサーキュレータと、および継電器のような電気機械装置とから構成されてきた。
【０００４】
回路損失は、システム性能を低下させる可能性の高いＲＦトランシーバ回路の固有の問題である。回路損失に影響を及ぼすファクタには、たとえば、導体損失、誘電体材料損失等が含まれている。回路損失を補償してシステム性能を改良する従来の試みには、ＴＲモジュール増幅器により付加的な信号利得を提供することが含まれている。しかしながら、ＴＲモジュール増幅器中において付加的な利得を提供すると、結果的に、ＴＲモジュールの寸法および電力消費量が増加する可能性が高い。さらに、高い利得の増幅器が使用されたとき、熱損失の問題が発生する可能性が高い。
【０００５】
放射器に関するＴＲモジュールの位置もまた問題である。何故ならば、ＴＲモジュールと放射器とを結合する導体の長さが増加するにしたがって損失が増加するからである。ＴＲモジュールコンポーネントの寸法は、ＴＲモジュールの配置に影響を与える。すなわち、ＴＲモジュールが大きくなると、各ＴＲモジュールを多くの放射器アンテナに対して適合させるために、それだけ一層ＴＲモジュールを放射器から離れた位置に配置しなければならない可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ＲＦ適用において使用されるコンパクトな寸法を有する高性能の統合された放射器／ＴＲモジュールが技術的に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの特徴によると、本発明は、能動アンテナ放射器装置用の集積モジュールに関し、この集積モジュールは受信モードと送信モードとの間で切替え可能である。集積モジュールは、放射器によって送信される信号を増幅する第１の増幅器と、放射器によって受信された信号を増幅する第２の増幅器と、二重入力広帯域バランと、第１の増幅器の出力およびバランに結合された送信ラインと、第２の増幅器の入力およびバランに結合された受信ラインと、集積モジュールが送信モードにされているときには受信ラインを接地に分路する第１のＭＥＭＳスイッチと、集積モジュールが受信モードにされているときには送信ラインを接地に分路する第２のＭＥＭＳスイッチとを備えている。
【０００８】
本発明の別の特徴によると、本発明は能動アンテナ放射器装置に関する。この装置は、放射器と、この放射器の背後に配置され、受信モードと送信モードとの間で切替え可能な集積モジュールとを具備していることができる。この集積モジュールは、放射器によって送信される信号を増幅する高電力増幅器（ＨＰＡ）と、放射器によって受信された信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、放射器に関して１８０度位相がずれた１対のプローブを介して放射器にそれぞれ結合された少なくとも第１のアームと第２のアームとを有している広帯域バランと、ＬＮＡの入力およびバランに結合された受信ラインと、ＨＰＡの出力およびバランに結合された送信ラインと、集積モジュールが送信モードにされているときには受信ラインを接地に選択的に結合する受信マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチと、集積モジュールが受信モードにされているときには送信ラインを接地に選択的に結合する送信ＭＥＭＳスイッチとを備えていることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の説明および添付図面を参照することにより本発明のこれらおよびさらに別の特徴が明らかになるであろう。  
以下の詳細な説明において、類似したコンポーネントは、それらが本発明の別々の実施形態に示されているか否かにかかわらず、同じ参照符号で示されている。本発明を明瞭かつ簡潔に例証するために、図面は必ずしも一定のスケールで縮尺されていない可能性があり、また、ある特徴は若干概略的な形態で示されている可能性もある。
【００１０】
本発明の１つの特徴は、能動アンテナ放射器装置用の集積モジュールに向けられている。この集積モジュールは受信モードと送信モードとの間で切替え可能であり、放射器によって送信される信号を増幅する第１の増幅器と、放射器によって受信された信号を増幅する第２の増幅器と、二重入力広帯域バランと、第１の増幅器の出力信号を導くための送信ラインと、入力信号を第２の増幅器の入力に導くための受信ラインと、集積モジュールが送信モードにされているときには受信マイクロストリップラインを接地に分路する第１のＭＥＭＳスイッチと、集積モジュールが受信モードにされているときには送信ストリップラインを接地に分路する第２のＭＥＭＳスイッチとを備えている。
【００１１】
本発明のある別の特徴は、能動アンテナ放射器装置用の集積モジュールに関する。この装置は、放射器と、この放射器の背後に配置されたバランと、増幅器と、およびＭＥＭＳスイッチモジュールとを備えている。このモジュールは受信モードと送信モードとの間で切替え可能であり、放射器によって送信される信号を増幅する高電力増幅器（ＨＰＡ）と、放射器によって受信された信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、受信路および送信路を有する広帯域バランとを備えている。放射器から受信された信号は、１８０度位相が異なった１対のプローブを介してバランに結合される。バランは信号を組合せ、共振させて受信ラインに結合し、この受信ラインがエネルギをＬＮＡの入力に導く。送信ラインはＨＰＡの出力からのエネルギをバランに結合し、このバランにおいてはそのエネルギ（送信される信号の形態の）は、１８０度位相が異なった２つの信号に分割される。次に、１８０度位相が異なった２つの信号はプローブを介して放射器に供給される。受信マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチは、集積モジュールが送信モードにされているときには受信ラインとバランの受信路とを接地電位に選択的に結合し、送信ＭＥＭＳスイッチは、集積モジュールが受信モードにされているときには送信ラインとバランの送信路とを接地に選択的に結合する。
【００１２】
図１を参照すると、統合された能動アンテナ放射器装置10の分解図が示されている。この放射器装置10は放射器12と、集積モジュール14とを備えている。複数の放射器装置10を互いに共同して使用して、走査、通信等のような応用に使用されるアレイアンテナを形成することができることを認識すべきである。示されている実施形態において、放射器12は、広帯域、ワイドスキャンの、高さの低い多層で高誘電率の円形（または円筒形）放射器である。１実施形態においては、放射器12はＸ帯域放射器であることができ、別の実施形態においては、放射器は二重周波数放射器（たとえば、Ｘ帯域およびＣ帯域）であることができる。図１に示されている放射器12は、入力プローブ16aと別のプローブ16bの位相が互いに１８０度ずれた直線偏波を有している。本発明は上述した放射器12に制限されず、たとえば、スパイラル放射器およびヴィヴァルディ放射器等の別のタイプの放射器が放射器装置10の一部として使用可能である。１実施形態では、放射器12は誘電体シリンダ上に印刷された円形パッチである。
【００１３】
集積モジュール14は放射器12の直ぐ後ろに配置されている。このような構成は集積モジュール14と放射器12とを近づける。したがって、集積モジュール14を放射器12に結合するために使用される導体の長さを最短に維持することができ、導体損失を最小にすることができる。集積モジュール14はまた、受信路および送信路用の増幅器を備えている。集積モジュール14はまた、広帯域の二重入力バランを備えている。示されている実施形態において、放射器12は１対のプローブ16により集積モジュール14の出力に結合されている。放射器12を覆ってレドーム18および誘電体層20が通常のように配置されることができる。１実施形態においては、帯域幅を増加させるために寄生パッチ（示されていない）が放射器12と誘電体層20との間に設けられる。
【００１４】
図２を参照すると、集積モジュール14の第１の実施形態が示されている。集積モジュール14を放射器12の直ぐ後ろに配置するために、集積モジュール14の寸法が重要である。以下さらに詳細に説明するように、集積モジュール14はマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを使用して、コンパクトな集積モジュール14の構成を実現する。とくに、集積モジュール14は、ＭＥＭＳスイッチおよびその他の能動装置（たとえば、増幅器）をバランと集積してコンパクトな多層マイクロ波回路を形成する。
【００１５】
集積モジュール14は、送信機（示されていない）を放射器12に結合することに関連して使用される第１のＭＥＭＳスイッチを備えている。このＭＥＭＳスイッチはここでは送信ＭＥＭＳスイッチ22と呼ばれる。集積モジュール14はまた、受信機（示されていない）を放射器12に結合することに関連して使用される第２のＭＥＭＳスイッチを備えている。このＭＥＭＳスイッチはここでは受信ＭＥＭＳスイッチ24と呼ばれる。
【００１６】
集積モジュール14には、送信機により生成された信号が放射器12に接続されて送信される前にその信号を受取って増幅する高電力増幅器（ＨＰＡ）26が設けられている。ＨＰＡ26と送信機との間の接続は、たとえば、マイクロストリップライン28によって行なわれることができる。ＨＰＡ26の出力は送信マイクロストリップライン30に結合される。以下さらに詳細に説明するように、送信マイクロストリップライン30は、出て行く信号を広帯域バラン34に結合するために使用される送信路の一部とみなすことができる。このバラン34は第１のアーム対32および33と、第２のアーム対42および43とを備えている。バラン34のアーム32はプローブ16の１つに接続され、バラン34のアーム42はプローブ16の別の１つに接続されている。
【００１７】
集積モジュール14には、放射器12により受信された信号が受信機に接続されてさらに処理される前にその信号を受取って増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）36もまた設けられている。ＬＮＡ36と受信機との間の接続は、たとえば、マイクロストリップライン38によって行なわれることができる。ＬＮＡ36の入力は受信マイクロストリップライン40に結合される。以下さらに詳細に説明するように、受信マイクロストリップライン40は、入ってきた信号を広帯域バラン34からＬＮＡ36に結合するために使用される受信路の一部とみなすことができる。
【００１８】
集積モジュール14を放射器12の直ぐ後ろに配置するだけでなく、能動装置（ＭＥＭＳスイッチ22、24、ＨＰＡ26およびＬＮＡ36）とバラン34とを統合して集積することにより、システムの性能は通常の設計のものより高くなる。すなわち、回路損失を最小にすることができると共に、ＬＮＡ36およびＨＰＡ26からの利得が性能を増加させる一因となる。
【００１９】
示されているように、バラン34は、相互接続されたアームの第１の対32、33と相互接続されたアームの第２の対42、43とを備えている。アーム対32／33および42／43は対向するように配置された“Ｌ”形構造を形成している。スロット44はアーム対32／33と42／43とを分離している。示されている実施形態において、バラン34の各アーム32、33、42および43は四分の一波長（１／４λ）セクションである。アーム42の出力はプローブ16の１つを介して放射器12に結合され、その位置は、プローブ16の別のものによる放射器12へのアーム32の結合とは１８０度位相がずれている。
【００２０】
送信マイクロストリップライン30および受信マイクロストリップライン40は、バラン34の上方に配置されている。示されている実施形態において、送信マイクロストリップライン30は送信ＭＥＭＳスイッチ22から受信ＭＥＭＳスイッチ24の方向に延在し、受信マイクロストリップライン40は受信ＭＥＭＳスイッチ24から送信ＭＥＭＳスイッチ22に延在している。送信マイクロストリップライン30および受信マイクロストリップライン40は、数ライン幅分だけ離されることができる。
【００２１】
示されている実施形態においては、送信マイクロストリップライン30はバラン34のアーム33および43に電気的に結合されている。この送信マイクロストリップライン30は送信ＭＥＭＳスイッチ22から延在し、バラン34のアーム33から離された状態でその上方に配置されている。送信マイクロストリップライン30はその縦軸に沿って連続し、バラン34のアーム43から離された状態でその上方に配置されている。スロット44の中心から送信ＭＥＭＳスイッチ22とは反対側の送信マイクロストリップライン30の端部（すなわち、バラン34のアーム43の上方に配置された端部）まで測った長さは、以下詳しく説明するように、集積モジュール14が受信モードにされているときに定在波共振器を設定するために四分の一波長（すなわち、１／４λ）である。スロット44から送信ＭＥＭＳスイッチ22までの送信マイクロストリップライン30の長さは、集積モジュール14の動作に対してほとんど重要ではない。
【００２２】
同様に、受信マイクロストリップライン40はバラン34のアーム43および33に電気的に結合されている。この受信マイクロストリップライン40は受信ＭＥＭＳスイッチ24から延在し、バラン34のアーム43から離された状態でその上方に配置されている。受信マイクロストリップライン40はその縦軸に沿って連続し、バラン34のアーム33から離された状態でその上方に配置されている。スロット44の中心から受信ＭＥＭＳスイッチ24とは反対側の受信マイクロストリップライン40の端部（すなわち、バラン34のアーム33の上方に配置された端部）まで測った長さは、集積モジュール14が送信モードにされているときに定在波共振器を設定するために四分の一波長（すなわち、１／４λ）である。スロット44から受信ＭＥＭＳスイッチ24までの受信マイクロストリップライン40の長さは、集積モジュール14の動作に対してほとんど重要ではない。
【００２３】
動作において集積モジュール14は送信モードおよび受信モードにされることができる。送信モードにおいて集積モジュール14は送信機により生成された信号を放射器12に結合し、受信路を接地ライン46に分路する。以下詳細に説明するように、この分路は受信ＭＥＭＳスイッチ24の付勢によって設定される。バラン34および受信マイクロストリップライン40を接地ライン46に分路することにより受信路（すなわち、放射器12から受信機への導通路）に対するスイッチ24において仮想短絡路が形成され、それによってバラン34を通った送信路（すなわち、送信機から放射器12への導通路）に沿った最大エネルギ転送が可能になる。
【００２４】
受信モードにおいては、集積モジュール14は放射器12によって受信された信号を受信機に結合し、送信路を接地ライン48に分路する。以下詳細に説明するように、この分路は送信ＭＥＭＳスイッチ22の付勢によって設定される。バラン34および送信マイクロストリップライン30を接地ライン48に分路することにより送信路に対するスイッチ22において仮想短絡路が形成され、それによってバラン34を通った受信路に沿った最大エネルギ転送が可能になる。
【００２５】
集積モジュール14の上述した動作に加えて、送信中に受信マイクロストリップライン40を接地ライン46に分路することにより、ＬＮＡ36が送信信号から保護される（たとえば、分離される）。同様に、受信中に送信マイクロストリップライン30を接地ライン48に分路することにより、ＨＰＡ26が受信された信号から保護される（たとえば、分離される）。
【００２６】
受信ＭＥＭＳスイッチ24および送信ＭＥＭＳスイッチ22は共同して単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチとして機能する。集積モジュール14が送信モードにされているとき、受信ＭＥＭＳスイッチ24は入ってきた信号（たとえば、妨害信号）を阻止するアイソレータとして機能する。
【００２７】
次に図３を参照すると、集積モジュール14の送信ＭＥＭＳスイッチ22および、または受信ＭＥＭＳスイッチ24として使用されることのできる例示的なＭＥＭＳ切替え装置のブロック図が示されている。図３に示されている接続パッドおよび導電性部材の配置は、集積モジュール14中での使用のために変更可能であることが認識されるであろう。図４のａおよびｂは、ＭＥＭＳ切替え装置50の一般的な構成を使用してはいるが集積モジュール14中で使用されるように構成された受信ＭＥＭＳスイッチ24の断面図を示している。示されている実施形態において、送信ＭＥＭＳスイッチ22の断面図は一般に、受信ＭＥＭＳスイッチ24の断面図の鏡像である。したがって、送信ＭＥＭＳスイッチ22は別に示されない。図４のａの断面図は閉位置（上記に説明した分路を生じさせるオン状態とも呼ばれる）にある受信ＭＥＭＳスイッチ24を示しており、図４のｂの断面図は開位置（オフ状態とも呼ばれる）にある受信ＭＥＭＳスイッチ24を示していることが認識される。
【００２８】
集積モジュール14の第１の実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ22および24は、ＭＥＭＳ切替え装置50のような分路カンチレバーＭＥＭＳスイッチにより構成されることができる。ＭＥＭＳ切替え装置50の特徴および特性を以下に説明するが、米国特許第 6,046,659号明細書には適切な切替え装置がさらに詳細に記載されており、その開示は全てこの明細書において参考文献とされている。
【００２９】
ＭＥＭＳ切替え装置50は、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチ装置と見ることができる。とくに、ＭＥＭＳ切替え装置50は信号導通路を接地に分路する（または“短絡させる”）ことにより信号の伝送を中断するＭＥＭＳスイッチにより構成されることができる。
【００３０】
切替え装置50はアーマチャ52を備え、このアーマチャ52は近位端部56で第１の信号伝送ライン54に取付けられている。アーマチャ52の遠位端部（または接触端部）58は第２の信号伝送ライン60の上方に位置している。基板バイアス電極62はアーマチャ52の下方に配置されることができ、アーマチャ52が開位置にあるときに、アーマチャ52は基板バイアス電極62および第２の信号伝送ライン60からエアギャップにより隔てられている。
【００３１】
導通ディンプルまたは接触子64は、閉位置において接触子64が第２の信号伝送ライン60に接触するようにアーマチャ52の接触端部58から下方に突出している。接触子64は、アーマチャ52が閉位置にあるとき第１の信号伝送ライン54および第２の信号伝送ライン60が導通路によって互いに電気的に結合されるように、導電性伝送ライン66により第１の信号伝送ライン54に電気的に接続される。したがって、ＭＥＭＳ切替え装置50により第１の信号伝送ライン54から第２の信号伝送ライン60に（またはその逆に）信号が送られることができる。アーマチャ52が開位置にあるとき、第１の信号伝送ライン54および第２の信号伝送ライン60は互いから電気的に分離される。
【００３２】
アーマチャ52は、アーマチャバイアス電極68を基板バイアス電極62の上方に備えている（このアーマチャバイアス電極68は示されているように伝送ライン66の両側に多数のセグメントを有してもよいし、あるいは絶縁層によって伝送ライン66から隔てられてその下方に配置された部分を有してもよいことに注意されたい）。基板バイアス電極62は、基板バイアスパッド70に電気的に結合される。アーマチャバイアス電極68（およびその部分）は、１以上のアーマチャ導体74を介してアーマチャバイアスパッド72に電気的に結合されている。基板バイアスパッド70とアーマチャバイアスパッド72との間に適切な電圧が与えられたとき、アーマチャバイアス電極68は基板バイアス電極62に引きつけられて、ＭＥＭＳ切替え装置50を開位置（たとえば、図４のｂに示された）から閉位置（たとえば、図４のａに示された）に移動させる。
【００３３】
アーマチャ52は、接触子64、伝送ライン66、バイアス電極68および導体74のようなコンポーネントを支持する構造部材76を有することができる。接触子64および伝送ライン66は、同じ材料の層または異なった材料の層から形成可能であることが認識される。
【００３４】
図４のａおよびｂに最もよく示されているように、ＭＥＭＳ切替え装置50が集積モジュール14においてＭＥＭＳスイッチ22および24として使用されたとき、第１の信号伝送ライン54はマイクロストリップライン（受信ＭＥＭＳスイッチ24用の受信マイクロストリップライン40および送信ＭＥＭＳスイッチ22用の送信マイクロストリップライン30）として構成される。同様に、第２の信号伝送ライン60は接地ライン（受信ＭＥＭＳスイッチ24用の接地ライン46および送信ＭＥＭＳスイッチ22用の接地ライン48）として構成される。したがって、送信ＭＥＭＳスイッチ22または受信ＭＥＭＳスイッチ24のアーマチャ52が閉位置にあるときには、マイクロストリップライン30または40は各接地ライン48または46に分路される。送信ＭＥＭＳスイッチ22または受信ＭＥＭＳスイッチ24のアーマチャ52が開位置にあるときには、マイクロストリップライン30または40は各接地ライン48または46から分離される。
【００３５】
引き続き図４のａおよびｂを参照すると、閉位置（たとえば、集積モジュール14が送信モードのとき）および開位置（たとえば、集積モジュール14が受信モードのとき）にある受信ＭＥＭＳ24がそれぞれ示されている。受信マイクロストリップライン40は、バラン34のアーム43および33から離されてそれらの上方に配置されている。絶縁層78は受信マイクロストリップライン40をアーム43および33から分離する。同様に、送信ＭＥＭＳスイッチ22は、送信マイクロストリップライン30およびアーム33および43により構成される。上述した構造（たとえば、バラン34、マイクロストリップライン30および40、ＭＥＭＳスイッチ22および24、ＨＰＡ26、およびＬＮＡ36）は基板82上に配置されることができる。
【００３６】
集積モジュール14を受信または送信モードにするように送信ＭＥＭＳスイッチ22および受信ＭＥＭＳスイッチ24の両者のアーマチャバイアスパッド72および基板バイアスパッド70に適切な信号を供給するために制御装置（示されていない）が使用されることができる。１実施形態において、制御装置はデジタルマイクロプロセッサであることができる。
【００３７】
次に図５を参照すると、例示的なアンテナアレイ84が示されており、このアンテナアレイ84は９×９のアンテナ放射器12のマトリックスから構成されている。本発明は、多数の放射素子を有するフェーズアレイアンテナのような別の寸法にされたアンテナアレイにも適用可能であることが認識される。たとえば、放射素子の入力ポートの適当な励起により、二重直線偏波アンテナまたは二重円偏波アンテナを得ることができる。
【００３８】
アンテナ放射器装置10（図１）を形成するためにアンテナアレイ84の各アンテナ放射器12の背後に集積モジュール14が配置される。アンテナアレイ84を簡明に示すために、集積モジュール14は１つしか示されていない。さらに、集積モジュール14はアンテナアレイ84の横に位置するものとして示されている。しかしながら、ここに説明されているように、また、図１によく示されているように、集積モジュール14を放射器12の直ぐ後ろに配置して、この集積モジュール14と放射器12を結合する導体の長さを最短にすることができる。
【００３９】
次に図６を参照すると、第２の実施形態の集積モジュール14’が示されている。随意的にこの第２の実施形態の集積モジュール14’は動作的に第１の実施形態の集積モジュール14と同じ方式で機能し、その寸法は放射器12の直ぐ後ろに配置される大きさにされている。
【００４０】
集積モジュール14と同様に、集積モジュール14’はアーム32’およびアーム42’を有するバラン34’を備え、これらのアーム32’および42’は対向するように配置されてスロット44’により分離されている。しかしながら、集積モジュール14’においてはバラン34’は共平面導波体（ＣＰＷ）として構成されている。集積モジュール14’はまた、導体28’により送信機に電気的に接続されたＨＰＡ26’と、導体38’により受信機に接続されたＬＮＡ36’とを備えている。ＨＰＡ26’の出力およびＬＮＡ36’の出力はそれぞれ、送信ＣＰＷライン30’および受信ＣＰＷライン40’に接続されている。送信ＣＰＷライン30’および受信ＣＰＷライン40’はそれぞれ、送信路および受信路の一部とみなすことができる。
【００４１】
送信ＣＰＷライン30’および受信ＣＰＷライン40’はそれぞれ、バラン34’に電気的に接続されている。示されている実施形態においては、送信ストリップライン30’、受信ストリップライン40’およびバラン34’は、同じ平面に配置されている。第２の実施形態の集積モジュール14’における送信および受信ＭＥＭＳスイッチ22’および24’は、容量性薄膜型ＭＥＭＳスイッチである。送信ＭＥＭＳスイッチ22’および、または受信ＭＥＭＳスイッチ24’として使用するのに適した容量性薄膜型ＭＥＭＳスイッチは、この明細書においてその全文が参考文献とされている米国特許第 6,391,675号明細書に詳細に記載されている。
【００４２】
さらに図７および８を参照すると、受信ＭＥＭＳスイッチ24’と、受信ＣＰＷ40’およびアーム42へのその接続が詳細に示されている。当業者に明らかであるように、送信ＭＥＭＳスイッチ22’、送信ＣＰＷライン30’およびバラン34’のアーム32’に対して同様の構成が使用される。したがって、送信ＭＥＭＳスイッチ22’は別に示さない。
【００４３】
受信ＭＥＭＳスイッチ24’は導電性の薄膜86を備え、この薄膜86はバラン34’のアーム42’上に配置された非導電性ポスト88とバイアスパッド90との間にまたがっている。この薄膜86の下方には、受信ＣＰＷライン40’の一部分を形成する電極92（その代りに、電極92はＭＥＭＳ  ＣＰＷライン40’から分離され、受信マイクロストリップライン40’に接続される）が配置されている。電極92上には誘電体層94が重なっている。示されているように、上述した構造は基板96上に形成される。
【００４４】
バイアスパッド90およびしたがって薄膜86は、接地のような基準電圧に接続される。受信ＭＥＭＳスイッチ24’のオフ状態（たとえば、図８のａに示されているような）においては、薄膜86と誘電体層94との間にエアギャップが生じる。薄膜86と電極92との間に電圧差を生じさせるために直流バイアス電圧が電極92に供給された場合、受信ＭＥＭＳスイッチ24’はオン状態（たとえば、図８のｂに示されているような）に切替えられる。このオン状態においては、薄膜86は、それが誘電体層94上に位置するまで下方に偏向される。この接触により容量性結合が形成され、この容量性結合が高周波信号を受信ＣＰＷライン40’およびバラン34’のアーム42’から薄膜86および、示されている実施形態においては、接地に実効的に短絡させ、あるいは分路する。
【００４５】
送信モードにおいては、送信ＭＥＭＳスイッチ22’はオフ状態にされ、それによって送信機により生成された信号が放射器12に結合されることが可能となり、また、受信ＭＥＭＳスイッチ24’はオン状態にされ、受信ＣＰＷライン40’およびバラン34’のアーム42’を接地に分路する。受信モードにおいては、送信ＭＥＭＳスイッチ22’はオン状態にされ、送信ＣＰＷライン30’およびバラン34’のアーム32’を接地に分路し、受信ＭＥＭＳスイッチ24’はオフ状態にされ、それによって放射器12により受信された信号が
受信機に結合されることが可能になる。
【００４６】
示されてはいないが、制御装置を使用して適切な信号を送信ＭＥＭＳスイッチ22’および受信ＭＥＭＳスイッチ24’の両者の電極92に供給し、集積モジュール14’を受信または送信モードにすることができる。
【００４７】
以上、本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、本発明はその対応した適用範囲に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲の技術的範囲内の全ての変更、修正および等価物を含むことを認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるアンテナ放射器と集積モジュールとを備えたアンテナ放射器装置の分解図。
【図２】集積モジュールの第１の実施形態の概略図。
【図３】図２の集積モジュールの一部として使用するのに適した例示的なマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）切替え装置のブロック図。
【図４】図２の集積モジュールにおいて使用するように構成されたＭＥＭＳスイッチが閉位置および開位置にあるときの図２のライン４−４における断面図。
【図５】本発明によるアンテナ放射器装置のマトリックスを備えた例示的なアンテナアレイの平面図。
【図６】集積モジュールの第２の実施形態の概略図。
【図７】図６の集積モジュールの一部として使用するのに適した例示的なＭＥＭＳ切替え装置のブロック図。
【図８】図６の集積モジュールにおいて使用するように構成されたＭＥＭＳスイッチが閉位置および開位置にあるときの図６のライン８−８における断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月4日(2006.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信モードと送信モードとの間で切替え可能である集積モジュールを有する能動アンテナ放射器装置において、
集積モジュールは、放射器によって送信される信号を増幅する第１の増幅器(26)と、放射器によって受信された信号を増幅する第２の増幅器(36)と、二重入力広帯域バラン(34)と、第１の増幅器の出力およびバランに結合された送信ライン(30)と、第２の増幅器の入力およびバランに結合された受信ライン(40)と、集積モジュール(14)が送信モードにされているときには受信ラインを接地に分路する第１のＭＥＭＳスイッチ(24)と、集積モジュール(14)が受信モードにされているときには送信ラインを接地に分路する第２のＭＥＭＳスイッチ(22)とを備えている能動アンテナ放射器装置(10)。
【請求項２】
送信および受信ラインは、バランの上方に配置されたマイクロストリップラインである請求項１記載の放射器装置。
【請求項３】
送信および受信ＭＥＭＳスイッチは、分路カンチレバーＭＥＭＳスイッチである請求項１または２記載の放射器装置。
【請求項４】
送信および受信ラインは、バランの平面内に配置された共平面導波体（ＣＰＷ）ラインである請求項１記載の放射器装置。
【請求項５】
放射器(12)と、
前記放射器の背後に配置され、受信モードと送信モードとの間で切替え可能な集積モジュール(14)とを具備し、
前記集積モジュールは、
放射器によって送信される信号を増幅する高電力増幅器（ＨＰＡ）(26)と、
放射器によって受信された信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）(36)と、
放射器に関して１８０度位相がずれた１対のプローブ(16)を介して放射器にそれぞれ結合された少なくとも第１のアーム(33)と第２のアーム(43)とを有している広帯域バラン(34)と、
ＬＮＡの入力およびバランに結合された受信ライン(40)と、
ＨＰＡの出力およびバランに結合された送信ライン(30)と、
集積モジュールが送信モードにされているときには受信ラインを接地に選択的に結合する受信マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ(24)と、
集積モジュールが受信モードにされているときには送信ラインを接地に選択的に結合する送信ＭＥＭＳスイッチ(22)とを備えている能動アンテナ放射器装置(10)。
【国際調査報告】
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