(57)【要約】  １：ＮのＭＥＭスイッチモジュールは、共通の基板上に作られ且つ各々が入力接点及び出力接点と当該スイッチが作動せしめられたときに入力接点と出力接点とを橋絡する可動接点とを有しているＮ個のＭＥＭスイッチを含んでいる。入力接点は共通の入力ノードに接続されており、出力接点は各々の出力ラインに接続されている。各出力ラインは、関連するインダクタンスと有効キャパシタンスとを有しており且つそのインダクタンスがその有効キャパシタンスに適合するように配置されている。信号入力ラインの終点を中心として対称的に配置されるのが好ましい位相シフタは、少なくとも２つのスイッチモジュールを採用しており、これらのスイッチは、異なる長さを有するＮ個の伝導ラインによって相互に接続されており且つ入力信号が伝導ラインのうちの１つを介して経路付けされて所望の位相シフトをもたらすように作動せしめられる。
2007525104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１：Ｎのマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチモジュールであって、
基板と、
切り換えられるべき信号を受け取るために、前記基板上に設けられた信号入力ラインと、
前記基板上に設けられたＮ個のＭＥＭスイッチであって、各々が空隙によって分離されている入力接点と出力接点とを前記基板上に有し且つ前記スイッチが作動せしめられたときに前記入力接点と前記出力接点との間に電気的に連続した信号経路を提供する可動接点を有し、前記入力接点の各々が各々のスイッチ入力ラインを介して前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の出力ラインに接続されている前記Ｎ個のＭＥＭスイッチとを含むスイッチモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記スイッチ入力ラインの各々が、関連する有効キャパシタンスを有しており、前記スイッチ入力ラインは、各スイッチ入力ラインのインダクタンスが所定の設計周波数でその有効キャパシタンスに適合されるように設計されているスイッチモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記信号出力ラインの少なくとも１つが、当該信号出力ラインの有効キャパシタンスに対するインダクタンスの適合をなす１以上のオープンスタブ部分を含んでいるスイッチモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記信号入力ラインが終点を有しており、前記スイッチ入力ラインの各々が前記終点において前記信号入力ラインに接続されており、前記Ｎ個のＭＥＭスイッチの全てが前記終点を中心として対称的に配置されているスイッチモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチモジュールであって、
Ｎ＝４であり、前記ＭＥＭスイッチが前記終点を中心に中心決めされた五角形の４つの辺に沿って配置されており、前記信号入力ラインが、前記五角形の第５番目の辺と交差して前記終点へ経路付けされているスイッチモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、閉成時に導電路を提供するオーム接触スイッチであるスイッチモジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、閉成時に、薄い絶縁層を介して前記入力接点と前記出力接点との間に適用された信号を結合する容量スイッチであるスイッチモジュール。
【請求項８】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって静電的に作動せしめられるスイッチモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチモジュールであって、
前記駆動電圧が、前記基板上の信号ライン又は導電路を横切る空中連絡路を使用して前記可動接点の少なくとも幾つかに適用されるスイッチモジュール。
【請求項１０】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が熱的に作動せしめられるスイッチモジュール。
【請求項１１】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が圧電的に作動せしめられるスイッチモジュール。
【請求項１２】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々が通路に接続されており、当該通路は、当該通路のうちの少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するスイッチによって共用されるように前記終点を中心に対称的に配置されているスイッチモジュール。
【請求項１３】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記基板の厚みが５乃至１０ミルであるスイッチモジュール。
【請求項１４】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記基板がガリウム砒素（GaAs）を含んでいるスイッチモジュール。
【請求項１５】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記基板がリン化インジウム（InP）を含んでいるスイッチモジュール。
【請求項１６】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記基板がシリコンを含んでいるスイッチモジュール。
【請求項１７】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記基板がマイクロ波適合性セラミックを含んでいるスイッチモジュール。
【請求項１８】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチモジュールのうちの第一及び第二のものが、異なる長さを有するＮ個の伝導ラインを含んでいる位相シフタを形成しており、前記伝導ラインの各々が、一端が前記第一のスイッチモジュールの信号出力ラインの各々に接続されており、他端が前記第二のスイッチモジュールの前記信号出力ラインの各々に接続されており、当該スイッチモジュールは、前記スイッチモジュールのうちの一つの信号入力ラインに適用された入力信号が、前記伝導ラインのうちの一つを介して当該スイッチモジュールのうちの他方の信号入力ラインへと経路付けされており、その結果、前記入力信号が前記ＭＥＭスイッチのうちの２つの中を通過するようになされているスイッチモジュール。
【請求項１９】
請求項１８に記載のスイッチモジュールであって、
Ｎ＝４であり、前記位相シフタが２-ビット位相シフタであり、前記４つの伝導ラインが、前記入力信号に、各々、約０°、９０°、１８０°及び２７０°の相対的な位相シフタを提供するように配列されているスイッチモジュール。
【請求項２０】
請求項１８に記載のスイッチモジュールであって、
前記位相シフタのうちの少なくとも２つが、より多数の別個の位相状態を提供するように継続接続されているスイッチモジュール。
【請求項２１】
１：４のマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチモジュールであって、
基板と、
切り換えられるべき信号を受け取るために前記基板上に設けられ且つ終点を有する信号入力ラインと、
前記基板上に設けられた４つのＭＥＭスイッチであって、当該４つのＭＥＭスイッチの各々が、間隙によって分離された前記基板上に設けられた入力接点と出力接点とを有しており且つ前記スイッチが作動せしめられると前記入力接点と出力接点との間に電気的に連続した信号を提供する可動接点を有しており、前記入力接点の各々が各々のスイッチ入力ラインを介して終点において前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の信号出力ラインに接続されている４つのＭＥＭスイッチとを含み、
前記ＭＥＭスイッチは、前記終点を中心に中心合わせされた五角形の４つの辺に沿って配列されており、前記信号入力ラインは、前記五角形の第５番目の辺と交差して前記終点へと経路付けされており、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間に適用された各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々が通路に接続されており、当該通路は、前記終点を中心として対称的に配列されていて、前記通路のうちの少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するものによって共用され、
前記スイッチ入力ラインの各々が、関連する有効キャパシタンスを有しており、前記スイッチ入力ラインは、各スイッチ入力ラインのインダクタンスが所定の設計周波数においてその有効キャパシタンスに適合されるように設計されているスイッチモジュール。
【請求項２２】
請求項２１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチモジュールのうちの第一及び第二のＭＥＭスイッチモジュールが、異なる長さを有する４つの伝導ラインを含んでいる２−ビット位相シフタを形成しており、前記伝導ラインの各々は、一端が前記第一のスイッチモジュールの信号出力ラインのうちの各々の信号出力ラインに接続されており、他端が前記第二のスイッチモジュールの信号出力ラインのうちの各々の信号出力ラインに接続されており、前記スイッチモジュールは、前記スイッチモジュールのうちの１つの信号入力ラインに適用された入力信号が前記伝導ラインのうちの１つを介して前記スイッチモジュールの他方の信号入力ラインへと経路付けされて、前記入力信号が前記ＭＥＭスイッチのうちの２つの中を通過するように作動せしめられるようになされているスイッチモジュール。
【請求項２３】
請求項２２に記載のスイッチモジュールであって、
前記４つの伝導ラインが、前記入力信号に対して、各々、約０°、９０°、１８０°及び２７０°の相対位相シフトを提供するようになされたスイッチモジュール。
【請求項２４】
請求項２２に記載のスイッチモジュールであって、
前記位相シフタのうちの少なくとも２つが、より多数の別個の位相状態を提供するように継続接続されているスイッチモジュール。
【請求項２５】
ＲＦマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）位相シフタであって、
少なくとも２つの１：Ｎのマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチモジュールであって、各々が
基板と、
切り換えられるべき信号を受け入れるために前記基板上に設けられた信号入力ラインと、
前記基板上に設けられたＮ個のＭＥＭスイッチであって、各々が、前記基板上に設けられ且つ間隙によって分離されている入力接点及び出力接点と、前記スイッチが作動せしめられると前記入力接点と出力接点との間に電気的に連続した信号経路を提供する可動接点とを有し、前記入力接点の各々が、各々のスイッチ入力ラインを介して前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の信号出力ラインに接続されているＮ個のＭＥＭスイッチとを含み、
前記スイッチ入力ラインの各々は、関連する有効キャパシタンスを有し、前記スイッチ入力ラインは、各スイッチ入力ラインのインダクタンスがその有効キャパシタンスに適合するように配置されている前記Ｎ個のＭＥＭスイッチを含んでいる前記少なくとも２つの１：Ｎマイクロ−エレクトロメカニカルスイッチモジュールと、
種々の長さを有するＮ個の伝導ラインであって、各々の一端が第一のスイッチモジュールの信号出力ラインの各々に接続されており、前記スイッチモジュールは、当該スイッチモジュールのうちの１つの信号入力ラインに適用される入力信号が前記伝導ラインのうちの１つを介して前記スイッチモジュールのうちのもう一つ別のスイッチモジュールの信号入力ラインへと経路付けされて、前記入力信号が所定量だけ位相シフトされ且つ前記ＭＥＭスイッチのうちの２つの中を通過するように作動せしめられるようになされたＮ個の伝導ラインとを含んでいる位相シフタ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の位相シフタであって、
前記位相シフタが４つのＭＥＭスイッチを有する２つのスイッチモジュールを備えている２−ビット位相シフタであり、前記４つの伝導ラインが、前記入力信号に対して、各々、約０°、９０°、１８０°及び２７０°の相対的な位相シフトを提供するようになされた位相シフタ。
【請求項２７】
請求項２５に記載の位相シフタであって、
前記信号出力ライン及び／又は伝導ラインのうちの少なくとも１つがその有効キャパシタンスに対する信号出力ラインのインダクタンスの適合をもたらす１以上のオープンスタブ部分を含んでいる位相シフタ。
【請求項２８】
請求項２５に記載の位相シフタであって、
前記信号入力ラインは、前記スイッチモジュールの各々のための終点を有しており、前記入力接点の各々が、前記スイッチ入力ラインの各々の１つを介して前記終点において前記信号入力ラインに接続されており、前記ＭＥＭスイッチのＮ個の全部が前記終点を中心として対称的に配置されている位相シフタ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の位相シフタであって、
Ｎ＝４であり、各スイッチモジュールのＭＥＭスイッチが前記モジュールの終点を中心に中心合わせされた五角形の４つの辺に沿って配置されており、前記信号入力ラインが前記五角形の第５番目の辺に交差して前記終点へと経路付けされている位相シフタ。
【請求項３０】
請求項２５に記載の位相シフタであって、
各スイッチモジュールの各ＭＥＭスイッチが、その可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間に適用される各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々が通路に接続されており、前記通路が、当該通路の少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するものによって共用されるように前記モジュールの終点を中心として対称的に配置されている位相シフタ。
【請求項３１】
第一及び第二の１：４のＭＥＭスイッチモジュールを含んでいるＲＦマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）位相シフタであって、
前記スイッチモジュールの各々が、
基板と、
前記基板上に設けられ、切り換えられるべき信号を受け取るための信号入力ラインであって、終点を有する信号入力ラインと、
前記基板上に設けられた４つのＭＥＭスイッチであって、各々が、前記基板上に設けられ且つ間隙によって分離されている入力接点及び出力接点と、前記スイッチが作動せしめられると前記入力接点と出力接点との間に電気的に連続した信号経路を提供する可動接点とを有し、前記入力接点の各々が、前記終点において各々のスイッチ入力ラインを介して前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の信号出力ラインに接続されている前記４つのＭＥＭスイッチとを含んでおり、
前記ＭＥＭスイッチは、前記終点を中心に中心合わせされた五角形の４つの辺に沿って配置されており、前記信号入力ラインは、前記五角形の第５番目の辺に交差して前記終点へと経路付けされており、
前記ＭＥＭスイッチの各々は、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々は、通路に接続されており、当該通路は、当該通路のうちの少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するスイッチによって共用されており、
前記スイッチ入力ラインの各々は、関連する有効キャパシタンスを有しており、前記スイッチ入力ラインは、各スイッチ入力ラインのインダクタンスがその有効キャパシタンスに適合するように配置されている前記スイッチモジュールと、
異なる長さを有する４つの伝導ラインであって、各々、一端が前記第一のスイッチモジュールの前記信号出力ラインの各々に接続されており、他端が前記第二のスイッチモジュールの前記信号出力ラインの各々に接続されており、前記スイッチモジュールは、当該スイッチモジュールのうちの１つの前記信号入力ラインに適用される入力信号が、前記伝導ラインのうちの一つを介して前記スイッチモジュールのうちの他方スイッチモジュールの信号入力ラインへ経路付けされて、前記入力信号が、所定量だけ位相シフトされ且つ前記ＭＥＭスイッチのうちの２つの中を通過するようになされている前記４つの伝導ラインと、を含む位相シフタ。
【請求項３２】
請求項３１に記載の位相シフタであって、
前記４つの伝導ラインとは異なる長さを有する付加的な伝導ラインが前記信号入力ラインの第一のものと第二のものとの間に提供されるように前記第一のスイッチモジュールと前記第二のスイッチモジュールとによって相互に接続された前記１：４のスイッチモジュールの付加的なものを更に含んでいる位相シフタ。
【請求項３３】
１：４マイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチモジュールであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、切り換えられるべき信号を受け取るための信号入力ラインであって、終点を有する信号入力ラインと、
前記基板上に設けられた４つのＭＥＭスイッチであって、各々が、前記基板上に設けられ且つ間隙によって分離されている入力接点及び出力接点と、前記スイッチが作動せしめられると前記入力接点と出力接点との間に電気的に連続した信号経路を提供する可動接点とを有し、前記入力接点の各々が、前記終点において各々のスイッチ入力ラインを介して前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の信号出力ラインに接続されている前記４つのＭＥＭスイッチとを含んでおり、
前記ＭＥＭスイッチは、前記終点を中心に中心合わせされた五角形の４つの辺に沿って配置されており、前記信号入力ラインは、前記五角形の第５番目の辺に交差して前記終点へと経路付けされており、
前記信号出力ラインは、前記第５番目の辺と反対側の前記モジュールの辺上で前記モジュールから離れる方向に経路付けされていて、前記信号出力ライン同士の相互接続を容易にするようになされており、
前記ＭＥＭスイッチの各々は、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々は通路に接続されており、当該通路は、当該通路のうちの少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するスイッチによって共用されており、
前記スイッチ入力ラインの各々は、関連する有効キャパシタンスを有しており、前記スイッチ入力ラインは、各スイッチ入力ラインのインダクタンスが所定の設計周波数においてその有効キャパシタンスに適合するように設計されているスイッチモジュール。
【請求項３４】
請求項３３に記載のスイッチモジュールであって、
前記信号入力ラインと信号出力ラインとが、前記モジュールの近くの各々のマイクロストリップへ移行する同一平面の導波管であるスイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭ）デバイスの分野に関し、特に、ＭＥＭスイッチ及びそれらの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの回路は、入力信号が選択的にＮ個の出力端子のうちの１つに切り換えられる多重機能を必要とする。これは、一般的には、エレクトロメカニカル又はソリッドステートスイッチ、典型的には必要に応じて閉じられて所望の信号経路を提供する電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって達成される。
【０００３】
しかしながら、特に極めて高周波数におけるソリッドステートスイッチの使用に関する幾つかの問題が存在する。このような周波数を処理することができる一体化スイッチは、典型的には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ＭＥＳＦＥＴ又はＰＩＮダイオード回路によって提供される。高い信号周波数（約９００ＭＨｚ）においては、これらのスイッチングデバイス又は回路は、典型的には、約０．５ｄｂのＯＮ（閉成）状態で挿入損失を呈する。デバイスの不十分な性能を補償するために、システム内に付加的な利得を確立しなければならないことが多く、これは、電力損、コスト並びにユニットサイズ及び重量を増す。ＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴ及びＰＩＮダイオードスイッチの特徴は、例えば、R．DorfによるElectrical  Engineering  Handbook，CRC出版（1993）の第1011乃至1013頁に説明されている。
【０００４】
ＰＩＮダイオード回路にスイッチを設けることは、回路が作動することができる周波数レンジを制限するそれらの用途によって本質的に形成される寄生キャパシタンスにより、付加的な問題を生じる。必要とされるスイッチがオフ型チップスイッチによって提供される場合に、ワイヤーボンドの存在によって生じる寄生キャパシタンスにより、同様の問題が生じる。
【０００５】
もう一つ別の方法は、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチの使用を必要とする。ＭＥＭスイッチ又はＰＩＮダイオード回路よりも低い挿入損失を提供し、特に、極めて高周波数の信号において使用するのに好適である。ＭＥＭをベースとするマルチプレクサを、例えば、スイッチのマトリックス、構成部品の選択、信号経路指定、冗長なスイッチングのために使用するか又は多ビット位相シフタ回路を配備するために使用しても良い。２−ビット位相シフタ回路の例が図1に示されている。入力信号は、入力端子ＩＮに適用され且つ１：２マルチプレクサ１３を形成している各々のＭＥＭスイッチ１０及び１２によって0°又は９０°遅延回路に切り換えられる。0°と９０°との遅延回路の出力は、ＭＥＭスイッチ１６及び１８を含んでいる別の１：２多重通信回路１５によってノード１４に付与される。ＭＥＭスイッチ１６及び１８は、信号経路を使用していない伝達ライン部分から絶縁するために必要とされる。ＭＥＭスイッチ２０及び２２を含んでいる多重通信回路１９は、ノード１４を０°又は１８０°の遅延回路に各々切り換え、これらの遅延回路の出力は、各々、ＭＥＭスイッチ２４及び２６を含んでいる多重通信回路２３によって出力端子ＯＵＴに付与される。
【０００６】
この方法はまた、マルチプレクサの出力ラインに対するインダクタンスの不整合及び信号反射による挿入損失を受け得る。これは、特に、図１に示された２−ビット位相シフタのような用途に対して特に不適当である。２−ビット位相シフタにおいては、入力信号は、出力端子に到達する前に４つのＭＥＭスイッチ内を通過しなければならない。もう一つの欠点は、マルチプレクサの各々が、かなりの量のダイ面積を必要とすることである。
【発明の開示】
【０００７】
上記した問題点を解決した１：ＮのＭＥＭスイッチモジュールが提供されている。このスイッチモジュールは、従来の設計のものと比較した場合に、依然として低い挿入損失を提供し且つ極めて高周波数での作動を可能としつつ、必要とされるスイッチの数及びダイ面積の両方が減じられる。
【０００８】
このモジュールは、一般的な基板上に作られるＮ個のＭＥＭスイッチを含んでいる。各スイッチは、入力接点と、出力接点と、スイッチが作動せしめられると当該入力接点及び出力接点をショートさせる可動接点とを備えている。基板上の共通信号入力ラインは、切り換えられるべき信号を受け取る。各スイッチの入力接点は、スイッチ入力ラインを介して共通の信号入力に接続されており、各出力接点は、各々の信号出力ラインに接続されている。スイッチ入力ラインの各々は、関連するインダクタンス及び有効キャパシタンスを有し、各ラインは、そのインダクタンスがその有効キャパシタンスに適合するように配置されている。これは、開スイッチによって入力信号に提供される接続されていないオープンスタブにより生じるかも知れない信号の反射を低くするために行われる。インダクタンスのマッチングによって、設計周波数における反射を減らし、従って、スイッチモジュールの挿入損失を減らす。マッチングは、例えば、種々の出力信号経路に対して等しい性能を達成するやり方でスイッチ入力ライン上に適切な大きさのオープンスタブ部分を使用することによって行われる。
【０００９】
ＭＥＭスイッチは、共通信号入力ラインの終点を中心として対称的に配置されるのが好ましい。これによって、スイッチが緊密にパッキングされ且つスタブ長さが短く維持されるのが可能になり、これは更に不所望な信号反射を低減する。例えば、１：４ＭＥＭスイッチモジュールは、終点を中心に中心合わせされた五角形の４つの辺に沿って配列された４つのＭＥＭスイッチを有しているのが好ましく、共通の信号入力ラインは、終点への五角形経路の５番目の辺に交差している。このようにして、モジュールによって必要とされるダイ面積が狭くされる。しかしながら、異なる（非対称の）形状が好ましい用途があるかも知れない。
【００１０】
本発明のＭＥＭスイッチモジュールは、低損失ＲＦ位相シフタを提供するために適切に採用される。異なる長さを有するＮ個の導電ラインであって各々の一端が第一のスイッチモジュールの信号出力ラインに接続されており、他端が第二のスイッチモジュールの信号出力ラインに接続されている。モジュールは、共通信号入力ラインに適用されたＲＦ入力信号が伝達ラインのうちの一つを介して第二のスイッチモジュールの共通の信号入力ラインへと経路付けされるように動作せしめられる。このようにして、ＲＦ入力信号は、所定量だけ位相がずらされ且つただ２つのＭＥＭスイッチ内を通過する。
【００１１】
本発明の更に別の特徴及び利点は、添付図面によってなされる以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであろう。
【好ましい実施形態の説明】
【００１２】
本発明による１：ＮのＭＥＭスイッチモジュール１０の平面図が図２に示されている。このモジュールのＭＥＭスイッチ及び配線路は、共通の基板１２上に形成されている。このモジュールは、切り換えられるべき信号を受け取る共通の信号入力ライン１４と、Ｎ個のＭＥＭスイッチ１６（図示された例においては４つのＭＥＭスイッチが設けられている）とを含んでいる。
【００１３】
モジュール内の各ＭＥＭスイッチは、基板１２上に入力接点１８と出力接点２０とを備えており、これら２つの接点は間隙２２によって分離されている。各スイッチはまた、スイッチが“作動”せしめられたときにスイッチの入力接点と出力接点との間に電気的な連続経路を提供する可動接点２４をも含んでいる。各入力接点１８はスイッチ入力ライン１９を介して共通の信号入力ライン１４に接続されており、各出力接点２０は、各々の信号出力ライン２６に接続されている。この例におけるＭＥＭデバイスは閉成されたときに導電路を提供するオーム接触スイッチであるけれども、本発明はまた、閉成されたときに薄い絶縁層を介して信号を接続する容量スイッチを使用して装備することもできる。
【００１４】
ＭＥＭスイッチは、適当な刺激が付与されたときに“作動”せしめられる。例えば、静電作動ＭＥＭスイッチに対しては、可動接点２４と接点の下方の基板１２上の導電路との間に駆動電圧がかけられる。駆動電圧は、接点２４を基板の方向へ引き寄せる静電力を形成し、それによって、間隙２２を橋絡させ且つスイッチの入力接点と出力接点との間に導電路を提供する。熱、圧電、電磁、ガスバブル、ローレンツ力、表面張力又はこれらの組み合わせを含む多数の他のスイッチ動作技術が知られている。他の動作技術が当業者に知られているかも知れない。本発明は、これらの方法のうちのいずれかによって作動せしめられるＭＥＭスイッチを採用することができる。
【００１５】
作動中には、入力信号は共通の入力ライン１４に適用され、Ｎ個のＭＥＭスイッチのうちの１つが閉じられて、適用された信号を信号出力ラインのうちの所望の１つへと経路付けされる。他のＭＥＭスイッチは開いたままとされて信号経路を未使用の信号出力ラインから隔離する。
【００１６】
スイッチ入力ライン１９の各々は、関連する有効キャパシタンスを有している。本発明の構成要素は、各スイッチ入力ラインが、そのインダクタンスが所定の設計周波数においてその有効キャパシタンスに適合するように設計されている。適合していない場合には、開スイッチのスイッチ入力ラインに関連するキャパシタンスは、スイッチの挿入損失を増大させ且つ信号の品質を低下させる信号反射を生じさせ得る。所定の設計周波数においてスイッチ入力ラインのインダクタンスの各々をその有効キャパシタンスに適合させることは、このような反射を最少化するという効果を有する。
【００１７】
付加的な程度の信号反射の低減を達成することが必要な場合には、オープンスタブ部分は、同様に信号出力ラインにおいて採用して、その有効キャパシタンスに対して各々の出力ラインのインダクタンスの適合を行うことができる。このようなオープンスタブ２８の例が図２に示されている。
【００１８】
上記のオープンスタブ、ラインの幅、長さ及び／又は厚みの調整並びに９０°に曲がる角取りを含む多くのインダクタンス適合技術が当該技術分野に通じている者に知られている。付加的なガイドは、例えば、“A  DC-to-４０GHz  Four-Bit  RE  ＭＥＭS  True-Time  Delay  Network”，KimらによるIEEE  Microwave  and  Wireless  Components  Lett．，第１１巻、第５６乃至５８頁、２００１年２月に見出すことができる。
【００１９】
ＭＥＭスイッチは、共通入力信号ライン１４すなわちＭＥＭスイッチに最も近い共通信号入力ラインの“終点”を中心として対称的に配置されるのが好ましい。図２においては、共通信号入力ラインは終点３０を備えている。スイッチ入力ライン１９の各々は、終点３０で共通信号入力ライン１４に接続されるのが好ましく、Ｎ個のＭＥＭスイッチの全てが終点３０を中心として対称的に配置されている。この“星状”構造は、それらの各々のスイッチが開いているときに終端のないオープンスタブとして機能するスイッチ入力ラインの長さを短くする傾向があるので好ましい。スタブの長さを短くすることは、信号反射及び導線に関する損失を減らす傾向がある。スイッチの対称的な配置はまた、従来技術による設計よりも小さいダイ面積を使用することを必要とするコンパクトで高い効率の配置を提供する傾向もある。
【００２０】
この対称的な配置は図２に示されている。ここで、Ｎ＝４の場合には、４つのＭＥＭスイッチが終点３０を中心として中心決めされた五角形の４つの辺に沿って対称的に配置されている。共通信号入力ライン１４は、五角形の第５番目の辺を交差して終点３０へ経路付けされている。
【００２１】
上記したように、典型的なＭＥＭスイッチは、可動接点２４と当該可動接点の下方の基板上の導電路との間に駆動電圧を適用することによって作動せしめられる。これらの導電路は、通路３２を使用してチップ上に１以上の他の金属層へと経路付けされることが多い。更に、経路を終点３０を中心として対称的に配列すること及び隣接するＭＥＭスイッチと共有する経路(３４，３６，３８)のうちの少なくとも幾つかを有することによって実現することができる。
【００２２】
このように配列したときに、低い挿入損失及び反射損失を有する極めて高い周波数で作動せしめることができ且つ比較的小さなダイ面積を占める１：ＮのＭＥＭスイッチモジュールが提供される。
【００２３】
本発明によるスイッチモジュールは、およそ４個のＭＥＭスイッチを含んでいても良く且つ依然として好ましい対称形態を達成する。例えば、モジュールは、共通信号入力ラインが交差する五角形の辺のうちの一つを備えた五角形を形成するために、信号入力ラインの終点を中心として対称的に配置することができ、従って、隣接するＭＥＭスイッチによって共有される。
【００２４】
上記したように、ＭＥＭスイッチは、ＭＥＭデバイスの設計に精通している者に良く知られている多くの方法で実施される。ここに記載されたＭＥＭスイッチは、例えば、Yao  and  Changの“A  Surface  Micromachined  Miniature  Switch  for  Telecommunications  Applications  with  Signal  Frequencies  from  DC  up  to  ４GHz”（Tech．  Digest  (１９９５)，  第３８４乃至３８７頁）及び本願と同じ譲受人に譲渡されているYaoに付与された米国特許第５，５７８，９７６号ばかりでなく、Ｇ．Rebeiz，“RF  ＭＥＭS  Theory，  Design，  and  Technology，”  J．Wiley（２００２年６月）にも説明されている。
【００２５】
本発明によるスイッチモジュールが製造される基板１２は、典型的には、マイクロストリップ回路形状において製造されるトランジスタスイッチに対して使用されるものよりも分厚いのが好ましい。すなわち、基板は、モジュールのＭＥＭスイッチと共に使用するのに最適なようにされるのが好ましい。５乃至１０ミルの厚みを有し且つGaAs又はリン化インジウム（ＩｎＰ）を含んでいる基板が好ましく、このような基板は、極めて平らに作ることができ且つマイクロ波適合性であるこれらのより厚い基板は、全体として回路の挿入損失を減じる比較的広い導電路の使用を可能にする。高抵抗シリコン、Al２O３又は石英のようなマイクロ波適合性セラミック及びＲＦ用途に適合する他の基板もまた使用しても良い。
【００２６】
典型的なＭＥＭスイッチは、その可動接点に駆動電圧をかけることによって作動せしめられる。必要ならば、このような駆動電圧は、基板上の信号ライン又は導電路を横切る空中通路を使用して可動接点へと経路を定めることができる。
【００２７】
本発明のスイッチモジュールの一つの可能な用途が図３に示されており、図３は、一方の側部にモジュールに近づく共通の信号入力ライン１４を備え、反対側にモジュールから離れる方向に経路付けされた全ての信号出力ライン２６を備えた１：４ＭＥＭスイッチモジュールを示している。この構造は、配線及び実装を容易にし且つスイッチ駆動信号４０（簡素化された形態で示されている）がモジュールの上下から経路付けされることを可能にする。この実施形態はまた、マイクロストリップ  トランジション４２への同一平面の導波管（ＣＰＷ）をも含んでいる。信号入力ライン及び信号出力ラインは、各信号ラインの両側に基線４４が存在している部分的なＣＰＷである。これらの信号ラインは、スイッチモジュールの近くのマイクロストリップ４６まで遷移する。スイッチマトリックス、構成部品選択、信号経路指定及び冗長スイッチングを含む多くの他の用途も、本スイッチモジュールのために適切に採用することができる。
【００２８】
本発明によるＭＥＭスイッチモジュールはまた、新規な位相シフタ用途において適切に採用することもできる。ＭＥＭスイッチをベースとする位相シフタは、多くの用途を有することができる。例えば、アンテナビームの方向に影響を及ぼすＲＦ入力信号に適用される位相シフトを備えた電子走査されるアンテナの構成部品として採用することができる。上記したように、従来技術による位相シフタは、入力と出力との間に許容できない損失を呈し又は過剰な面積を必要とし得る。本発明は、以下に説明するように、これらの問題を解決する。
【００２９】
図４に示された例示的な実施形態に示されているように、ＭＥＭ位相シフタは、少なくとも２つのＭＥＭスイッチモジュールを含んでいる。これらのモジュールは、種々の長さを有するＮ個の伝導ラインによって相互に接続されている。図４においては、２つの１：４のＭＥＭスイッチモジュール１０ａ，１０ｂは、４つの伝導ライン５０，５２，５４，５６によって相互に接続されている。各伝導ラインは、一端がスイッチモジュール１０ａの信号出力ラインのうちの一つに接続されており、他端がスイッチモジュール１０ｂの信号出力ラインのうちの１つに接続されている。これらのモジュールのうちの１つの共通信号入力ライン５８は位相シフタの入力として機能し、他方のモジュールの共通信号入力ライン６０は位相シフタの出力として機能する。位相シフトされるべきＲＦ入力信号は入力ライン５８に適用される。スイッチモジュールは、ＲＦ入力信号が伝導ラインのうちの１つを介して位相シフタ出力６０へ経路付けされるように作動せしめられる。例えば、ＲＦ入力信号が伝導ライン５０を介して位相シフトされるべきである場合には、モジュール１０の上のＭＥＭスイッチ６２とモジュール１０ｂ上のＭＥＭスイッチ６４とは閉じられる。伝導ライン５２を選択するためには、スイッチ６６及び６８等が選択される。導電路ラインは異なる長さを有するので、ＲＦ入力信号は、選択された経路に応じた種々の量だけ位相シフトされるであろう。位相シフトされるべきＲＦ入力信号は、択一的に、ライン６０に適用されたり、スイッチモジュール１０ｂ及び１０ａを介してライン５８へと経路付けされても良い。
【００３０】
例えば、伝導ライン５０の長さは、０°の相対位相シフトを提供するように選択することができ、伝導ライン５２，５４及び５６は、各々、９０°、１８０°及び２７０°の相対位相シフトを提供するために選択される。伝導ラインは、特別な用途によって必要とされる選択可能な位相シフトを提供するように選択することができる。
【００３１】
４個以上の位相シフトが必要とされる場合には、４個以上のスイッチモジュールを採用することができる。例えば、６個の異なる位相シフトの値から選択する機能を必要とする用途の場合には、本発明に対して２つの１：６のＭＥＭスイッチモジュールを採用することができる。
【００３２】
本発明による位相シフタが２つのＭＥＭスイッチのみの中を通過するＲＦ入力信号（モジュール当たり１つのスイッチ）を必要とし、それによって、入力信号が４つ以上のスイッチ内を通過することを必要とする従来技術による設計において起こり得るスイッチの損失を低減する。上記したように、導電損失は、上記したように、ＭＥＭデバイスに対して最適化されたより分厚い基板の使用によって低減させることができる。位相シフタの大きさもまた、本発明の１：ＮのＭＥＭスイッチモジュールのコンパクトな設計と比較して低減される。
【００３３】
上記したように、各スイッチ入力ラインは、所定の設計周波数において、そのインダクタンスがその有効キャパシタンスに適合するように設計することができる。伝導ラインは、上記した信号反射を低減するために、設計周波数におけるその有効キャパシタンスに対する各ラインのインダクタンスの適合をもたらすために、スタブ７０，７２のようなインダクタンス適合スタブを含むことができる。
【００３４】
もう一つ別の可能なＭＥＭ位相シフタの実施形態が図５に示されている。ここでは、利用できる位相状態の数を増すために、Ｎ−ビットの位相シフタモジュールの直列的な配置が使用されている。この例においては、全部で７個の選択可能な位相シフト値（明確化のために、スイッチ駆動信号経路は図示されていない）を提供するために、４つの１：４のＭＥＭスイッチモジュール８０，８２，８４，８６が使用されている。スイッチモジュール８０の共通信号入力ライン８８は位相シフタの入力を提供し、スイッチモジュール８６の共通信号入力ライン９０は位相シフタの出力を提供している。スイッチモジュール８０及び８２は、例えば、０°、２２．５°、４５°及び６７．５°の相対的な位相シフトを提供する第一の位相シフタを形成するために、４つの伝導ラインと相互に接続されている。スイッチモジュール８２の信号入力ライン９２は、この第一の位相シフタの出力を提供している。スイッチモジュール８４及び８６もまた、第二の位相シフタを形成するために４つの伝導ラインと相互に接続されており、スイッチモジュール８４の信号入力ライン９２は、第一の位相シフタの出力に接続されて、第一の位相シフタと第二の位相シフタとが直列に接続されている。第二の位相シフタは、９０°、１８０°及び２７０°の相対的な位相シフトを付加している。
【００３５】
位相シフトされるべきＲＦ入力信号が入力ライン８８に適用される。このスイッチモジュールは、ＲＦ入力信号が伝導ラインのうちの２つを介して位相シフタ出力９０へと経路付けされている。例えばＲＦ入力信号が２７０°だけ位相シフトされるべきである場合には、モジュール８０及び８２の各々のうちの１つのスイッチが閉じられて、ＲＦ入力信号が０°の伝導ラインを介して出力９２へと経路を定められ、モジュール８４及び８６の各々のうちの１つのスイッチは閉じられてＲＦ入力信号を２７０°の伝導ラインを介して出力９０へと経路付けされる。もちろん、伝導ラインの長さは、位相シフト値の所望の選択を提供するために必要に応じて調整することができる。
【００３６】
このようにして、位相シフタは、全てが比較的小さな面積で低い損失のここに記載された１：４のＭＥＭスイッチを使用して４つ以上の選択可能な位相シフトを提供することができる。この方法は、特別な用途のために必要とされる値に多数の選択可能な位相シフトを提供するために必要に応じて適用することができる。
【００３７】
上記したように、各スイッチ入力ラインは、そのインダクタンスが所定の設計周波数においてその有効キャパシタンスに適合されるように設計され、伝導ラインは、信号反射を低減するために、設計周波数におけるその有効キャパシタンスへの各ラインのインダクタンスの適合をもたらすために、スタブ９４，９６のような誘導適合スタブを含むことができる。
【００３８】
より多くの選択可能な位相シフト値を提供するために４つ以上のＭＥＭスイッチモジュールを採用しても良い。Ｎ＞４のＭＥＭスイッチモジュールもまた、より多くの位相シフト値を提供するために使用しても良い。スイッチモジュールは中心の終点を中心に対称的に配列されたスイッチを有するのが好ましいけれども、このことは本発明にとって本質的ではなく、非対称構造は幾つかの例においては好ましいかも知れない。
【００３９】
以上、本発明の特別な実施形態を図示し且つ説明したけれども、多くの変形例及び代替的な実施形態を当業者は思い付くであろう。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、２−ビット位相シフタ回路に適用された公知の１：２のＭＥＭスイッチング構造を示している。
【図２】図２は、本発明による１：４のＭＥＭスイッチモジュールの平面図である。
【図３】図３は、本発明による１：４のＭＥＭスイッチモジュールの別の実施形態の平面図である。
【図４】図４は、本発明によるＭＥＭ位相シフタの平面図である。
【図５】図５は、本発明によるＭＥＭ位相シフタのもう一つ別の実施形態の図である。
【図１】
2007525104.tif 000003
【図２】
2007525104.tif 000004
【図３】
2007525104.tif 000005
【図４】
2007525104.tif 000006
【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月9日(2006.5.9)
【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】
１：Ｎのマイクロ−エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）スイッチモジュールであって、
基板（１２）と、
切り換えられるべき信号を受け取るために、前記基板上に設けられた信号入力ライン（１４）と、
前記基板上に設けられたＮ個のＭＥＭスイッチ（１６）であって、各々が空隙（２２）によって分離されている入力接点（１８）と出力接点（２０）とを前記基板上に有し且つ前記スイッチが作動せしめられたときに前記入力接点と前記出力接点との間に電気的に連続した信号経路を提供する可動接点（２４）を有し、前記入力接点の各々が各々のスイッチ入力ライン（１９）を介して前記信号入力ラインに接続されており、前記出力接点の各々が各々の出力ライン（２６）に接続されている前記Ｎ個のＭＥＭスイッチとを含み、
前記スイッチ入力ラインの各々は、関連する有効キャパシタンスを有しており、前記スイッチ入力ラインが、各スイッチ入力ラインのインダクタンスが所定の設計周波数においてその有効キャパシタンスに適合されて、前記入力ラインの各々におけるインピーダンスが前記設計周波数において極めて抵抗性であるように設計されているスイッチモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記信号出力ラインの少なくとも１つが、当該信号出力ラインの有効キャパシタンスに対するインダクタンスの適合をなす１以上のオープンスタブ部分（２８）を含んでいるスイッチモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記信号入力ラインが終点（３０）を有しており、前記スイッチ入力ラインの各々が前記終点において前記信号入力ラインに接続されており、前記Ｎ個のＭＥＭスイッチの全てが前記終点を中心として対称的に配置されているスイッチモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のスイッチモジュールであって、
Ｎ＝４であり、前記ＭＥＭスイッチが前記終点を中心に中心決めされた五角形の４つの辺に沿って配置されており、前記信号入力ラインが、前記五角形の第５番目の辺に交差して前記終点へ経路付けされているスイッチモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、閉成時に導電路を提供するオーム接触スイッチであるスイッチモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、閉成時に、薄い絶縁層を介して前記入力接点と前記出力接点との間に適用された信号を結合する容量スイッチであるスイッチモジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって静電的に作動せしめられるスイッチモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチモジュールであって、
前記駆動電圧が、前記基板上の信号ライン又は導電路を横切る空中連絡路を使用して前記可動接点の少なくとも幾つかに適用されるスイッチモジュール。
【請求項９】
請求項１に記載のスイッチモジュールであって、
前記ＭＥＭスイッチの各々が、前記可動接点と前記基板上の少なくとも１つの対応する導電路との間にかけられる各々の駆動電圧によって作動せしめられ、前記対応する導電路の各々が通路（３２）に接続されており、当該通路は、当該通路のうちの少なくとも幾つかが前記ＭＥＭスイッチのうちの互いに隣接するスイッチによって共用されるように前記終点を中心として対称的に配置されているスイッチモジュール。
【国際調査報告】
2007525104.tif 000008
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2007525104.tif 000010