(57)【要約】【課題】本発明のアンテナ装置は、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のアンテナ装置は、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタＣ２と、前記容量可変キャパシタＣ２と直列に接続されたキャパシタＣ１と、前記キャパシタＣ１と並列に接続されたスイッチと、前記容量可変キャパシタＣ２と前記キャパシタＣ１とに接続されたアンテナ素子ＡＮＴと、を備えたものである。【選択図】図１
2008258670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタと、
前記容量可変キャパシタと直列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと並列に接続されたスイッチと、
前記容量可変キャパシタと前記キャパシタとに接続されたアンテナ素子と、
を備えたアンテナ装置
【請求項２】
前記キャパシタは、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記キャパシタは、固定キャパシタであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、２．７未満であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記容量可変キャパシタの連続容量可変比は、１．６以上であることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記容量可変キャパシタ及び前記スイッチは、ＭＥＭＳプロセスによって形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記容量可変キャパシタの強誘電材料は、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記容量可変キャパシタの強誘電材料は、ＰＺＴ（チタン酸鉛ジルコン）であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記アンテナ素子は、ループアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記容量可変キャパシタと前記アンテナ素子とが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記容量可変キャパシタに印加する電圧または前記スイッチの開閉の制御を行う制御回路を備えた請求項１から１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えた携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域化と高放射効率を実現するアンテナ装置に関し、特に、低駆動電圧が求められる携帯端末に搭載することができるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される携帯端末には、無線通信に利用する電波の周波数が異なる様々な無線システムが搭載されるようになってきている。従来、複数の無線システムが携帯端末に搭載される場合、各無線システムを構成するアンテナ素子及び増幅器が、それらの無線システムの個数分、携帯端末に搭載される必要があったため、携帯端末に搭載することができる無線システムの個数には制限があった。
【０００３】
近年では、無線システムの個数よりも少ないアンテナ素子及び増幅器によって、複数の無線システム毎の周波数帯域における送受信を実現するチューナブルデバイスに関する研究開発が進められている。そのチューナブルデバイスのなかには、機械要素部品、各種センサ、アクチュエータ、電子回路などをシリコン基板上に集積化するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを利用した、ＭＥＭＳデバイスとして製造されるものがある。このチューナブルデバイスは、シリコン基板上にキャパシタ、スイッチ、及びフィルタが形成されており（以下、チューナブルデバイスが備えるキャパシタ、スイッチ、及びフィルタのことを、ＭＥＭＳキャパシタ、ＭＥＭＳスイッチ、及びＭＥＭＳフィルタと称することがある。）、ＭＥＭＳキャパシタに接続されたＭＥＭＳスイッチの開閉によって、またはＭＥＭＳキャパシタが容量可変キャパシタである場合にはその容量値を制御することによって、チューナブルデバイスのインダクタンス値や容量値を調整し、そのチューナブルデバイスに接続されているアンテナ素子のアンテナ特性を制御する。この結果、チューナブルデバイスとアンテナ素子により構成されるアンテナ装置は、帯域の異なる複数の周波数帯域または帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。
【０００４】
上述のチューナブルデバイスの具体例としては、例えば、特許文献１に、ＭＥＭＳ可変容量コンデンサＣ０と、ＭＥＭＳスイッチＳ１に直列に接続されたＭＥＭＳ固定容量コンデンサＣ１と、ＭＥＭＳスイッチＳ２に直列に接続されたＭＥＭＳ固定容量コンデンサＣ２と、・・・ＭＥＭＳスイッチＳｎに直列に接続されたＭＥＭＳ固定容量コンデンサＣｎと、を並列に接続した可変容量コンデンサシステムが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２７８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている可変容量コンデンサシステムに用いられるＭＥＭＳ可変容量コンデンサは、バイアス電圧が印加された固定電極と可動電極との間に発生する静電気力によって、それらの電極間の距離を変化させ所望の容量値を得る構造である。この構造のＭＥＭＳ可変容量コンデンサは、可動電極が変位するための空間を必要とし、また繰り返し使用において可動電極が劣化し、性能低下の原因となり易い。また、その静電気力を発生させるために数十〔Ｖ〕の駆動電圧を必要とする。このため、数〔Ｖ〕の駆動電圧によって駆動し、また低消費電力化が求められる携帯端末に、特許文献１に開示されている可変容量コンデンサシステムを搭載することは、困難である。また、静電気力によって電極間の距離を変化させる記構造のＭＥＭＳ可変容量コンデンサは、容量値を高速に調整することに不向きである。このため、アンテナ素子の周波数帯域の切り替えに時間がかかってしまう。
【０００６】
また、特許文献１に開示されている可変容量コンデンサシステムに備わるＭＥＭＳ可変容量コンデンサＣ０は、印加電界の増加とともに連続的に容量が大きくなる区間（連続容量可変幅と称する）における、容量の最小値と最大値との比（以下、連続容量可変比と称する）が小さい、すなわち、ＭＥＭＳ可変容量コンデンサによって調整することができるアンテナ素子の周波数帯域の幅が狭い。このため、アンテナ素子にもたせる周波数帯域の帯域幅が広くなる程、同システムのＭＥＭＳ固定容量コンデンサＣｎ（ｎ＝１、２、…）の個数を増やす必要がある。この結果、ますますの小型化が求められる携帯端末に、アンテナ素子に要求される周波数帯域の帯域幅が広くなる程回路規模が拡大してしまう可変容量コンデンサシステムを搭載することは、好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができるアンテナ装置、及びそのアンテナ装置を搭載した携帯端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアンテナ装置は、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタと、前記容量可変キャパシタと直列に接続されたキャパシタと、前記キャパシタと並列に接続されたスイッチと、前記容量可変キャパシタと前記キャパシタとに接続されたアンテナ素子と、を備えたものである。
【０００９】
この構成により、本発明のアンテナ装置は、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を行うことができると共に、携帯端末に搭載するために適したアンテナ装置を実現することができる。
【００１０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記キャパシタが、強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタであることを特徴とするものを含む。
【００１１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記キャパシタが、固定キャパシタであることを特徴とするものを含む。
【００１２】
この構成により、強誘電体材料を用いた一つの容量可変キャパシタを、強誘電体材料を用いた別の容量可変キャパシタまたは固定キャパシタに直列に接続することにより、容量可変キャパシタに要求される連続容量可変比を小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタの連続容量可変比が、２．７未満であることを特徴とするものを含む。
【００１４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタの連続容量可変比が、１．６以上であることを特徴とするものを含む。
【００１５】
容量可変キャパシタに用いる強誘電体材料として、連続容量可変比が２．７未満または１．６以上を満たすものが好ましい。
【００１６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタ及び前記スイッチが、ＭＥＭＳプロセスによって形成されることを特徴とするものを含む。
【００１７】
この構成により、アンテナ装置に生じる等価直列抵抗を小さくすることができる結果、アンテナ装置の放射効率を高い水準で維持することができる。
【００１８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタの強誘電材料が、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）であることを特徴とするものを含む。
【００１９】
容量可変キャパシタに用いる強誘電体材料として、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）が好ましい。
【００２０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタの強誘電材料が、ＰＺＴ（チタン酸鉛ジルコン）であることを特徴とするものを含む。
【００２１】
容量可変キャパシタに用いる強誘電体材料として、ＰＺＴ（チタン酸鉛ジルコン）が好ましい。
【００２２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ素子が、ループアンテナであることを特徴とするものを含む。
【００２３】
この構成により、単独では狭い周波数帯域においてのみ高い放射効率を実現するループアンテナであっても、本発明に適用することにより、帯域幅の広い周波数帯域において高い放射効率を実現することができる。
【００２４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタと前記アンテナ素子とが同一基板上に形成されていることを特徴とするものを含む。
【００２５】
この構成により、アンテナ装置の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記容量可変キャパシタに印加する電圧または前記スイッチの開閉の制御を行う制御回路を備えたものを含む。
【００２７】
この構成により、アンテナ素子のアンテナ特性を調整して、所望の周波数帯域の送受信を行うよう制御することができる。
【００２８】
本発明の携帯端末は、本発明のアンテナ装置を備えたものである。
【００２９】
この構成により、携帯端末は、低駆動電圧により無線通信を行うことができ、また、小型のアンテナ装置を搭載することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のアンテナ装置、及びそのアンテナ装置を搭載した携帯端末によれば、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し、詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のアンテナ装置の等価回路を図１に示す。
【００３２】
このアンテナ装置は、図１に示すように、互いに直列接続された第１及び第２の容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２と第１の容量可変キャパシタＣ１に並列接続されたスイッチＳＷとを備えたチューナブルデバイスＴＤと、チューナブルデバイスＴＤに両端が接続されたアンテナ素子ＡＮＴとを具備し、アンテナ素子ＡＮＴの一方の端子は接地され、もう一方の端子は高周波集積処理回路ＲＦＩＣに接続されている。なお、ここでアンテナ素子ＡＮＴの一方の端子は、キャパシタＣ（容量固定）を介して高周波集積処理回路ＲＦＩＣに接
続するようにしてもよい。
【００３３】
このチューナブルデバイスＴＤにおいて、スイッチＳＷの一端は、容量可変キャパシタＣ１の一端に接続され、スイッチＳＷの他端は、容量可変キャパシタＣ１の他端に接続される。また、容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２の他端は、アンテナ素子としてのループアンテナＡＮＴの一端にそれぞれ接続される。また、ループアンテナの両端はそれぞれ、高周波信号を処理する高周波集積回路ＲＦＩＣ及びＧＮＤに接続されている。なお、本発明の実施の形態１では、アンテナ素子をループアンテナとしているが、本発明のアンテナ装置に適用可能なアンテナ素子は、ループアンテナに限るものではなく、他種類のアンテナ素子、例えば、スロットアンテナ、ヘリカルアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナであっても、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。
【００３４】
４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域を確保するために、チューナブルデバイスＴＤの容量は、１．２６〜３．３９〔ｐＦ〕の範囲で変化する必要がある。このために、印加電圧Ｖｔを１〔Ｖ〕から２〔Ｖ〕へ変化させたときに、容量が次のように変化する容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２を利用する。
［容量可変キャパシタＣ１］
３．２〜５．３５〔ｐＦ〕に容量が変化する。なお、印加電圧Ｖｔが１〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ１の容量が５．３５〔ｐＦ〕、印加電圧Ｖｔが２〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ１の容量が３．２〔ｐＦ〕になる。このとき、連続容量可変比は、５．３５／３．２≒１．６７になる。
［容量可変キャパシタＣ２：スイッチＳＷ短絡時］
２．０８〜３．３９〔ｐＦ〕に容量が変化する。なお、印加電圧Ｖｔが１〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ２の容量が３．３９〔ｐＦ〕、印加電圧Ｖｔが２〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ２の容量が２．０８〔ｐＦ〕になる。このとき、連続容量可変比は、３．３９／２．０８≒１．６３になる。
［容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２の合成容量：スイッチＳＷ開放時］
１．２６〜２．０８〔ｐＦ〕に容量が変化する。なお、印加電圧Ｖｔが１〔Ｖ〕のときに合成容量が２．０８〔ｐＦ〕、印加電圧Ｖｔが２〔Ｖ〕のときに合成容量が１．２６〔ｐＦ〕になる。
【００３５】
このため、容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２の連続容量可変比が１．６以上、望ましくは１．７以上であれば、スイッチＳＷを短絡、または開放して、容量可変キャパシタＣ１及び容量可変キャパシタＣ２、または容量可変キャパシタＣ２のみ、をループアンテナＡＮＴに接続することにより、容量可変キャパシタＣ２のみを接続したときは４７０〜６００の周波数帯域幅を、容量可変キャパシタＣ１及び容量可変キャパシタＣ２を接続したときは６００〜７７０の周波数帯域幅を、それぞれ確保することができる。このようにして、広帯域のアンテナ装置を提供することができる。
【００３６】
ところで、近年の携帯電話に代表される携帯端末装置のなかには、１つのチャンネルに割り当てられた周波数を１３のセグメント（帯域）に分割したうちの、１つのセグメントによって放送される地上デジタル放送（このような地上デジタル放送は、「ワンセグ」と称される。）を受信可能なものがある。複数のチャンネルで放送される地上デジタル放送を受信するために、携帯端末装置に搭載されるアンテナ装置には４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域を確保することが要求される。本発明の実施の形態１のアンテナ装置が確保することができる４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域は、地上デジタル放送の伝送に利用される周波数帯域に相当する。本発明の実施の形態１のアンテナ装置は、確保することができる周波数帯域が１０〔ＭＨｚ〕程度と狭いループアンテナＡＮＴにチューナブルデバイスＴＤを接続し、そのループアンテナＡＮＴのア
ンテナ特性を制御することによって、地上デジタル放送を受信するために必要な３００〔ＭＨｚ〕程度の帯域幅を確保することができる。なお、ループアンテナと同様、確保することができる周波数帯域が狭いが、その周波数帯域の放射効率が比較的良好な他の種類のアンテナ素子、例えば、スロットアンテナ、ヘリカルアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナであっても、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。
【００３７】
４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域を確保するために、チューナブルデバイスＴＤの容量は、１．２６〜３．３９〔ｐＦ〕の範囲で変化する必要があることを述べた。ここで、チューナブルデバイスＴＤが、この範囲での容量の変化を一つの容量可変キャパシタＣ０で実現した場合に、その容量可変キャパシタＣ０に要求される連続容量可変比について考察する。
【００３８】
図２に、一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスの等価回路を示す。図２では、チューナブルデバイスＴＤは、一つの容量可変キャパシタＣ０によって形成されており、ループアンテナＡＮＴの２つの端部は、容量可変キャパシタＣ０の両端に接続されている。また、ループアンテナＡＮＴの２つの端部はそれぞれ、高周波信号を処理する高周波集積回路ＲＦＩＣ及びＧＮＤに接続されている。
【００３９】
４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域を確保するために、容量可変キャパシタＣ０は、印加電圧Ｖｔに応じて、１．２６〜３．３９〔ｐＦ〕の値で容量が連続的に変化する必要がある（容量可変キャパシタＣ０は、その容量が３．３９〔ｐＦ〕のとき４７０〔ＭＨｚ〕、その容量が１．２６〔ｐＦ〕のとき７７０〔ＭＨｚ〕）。このとき、容量可変キャパシタＣ０の連続容量可変比、３．３９／１．２６≒２．７でなければならない。しかしながら、２．７という高い連続容量可変比を実現する容量可変キャパシタを製造することは困難であるため、図２に示した、一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスを実現することもまた、困難である。このため、本発明の実施の形態１のアンテナ装置のように、連続容量可変比が１．６以上（望ましくは１．７以上）の二つの容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２で構成されるチューナブルデバイスを想定するに至った。本発明の実施の形態１のアンテナ装置によれば、チューナブルデバイスが少なくとも二つの容量可変キャパシタによって構成されるため、アンテナ素子に要求される周波数帯域の帯域幅が広くなる程回路規模が拡大する従来のシステムと比べて、回路規模をより縮小することができる。
【００４０】
なお、容量可変キャパシタの数を３、４個と増やせば、その分、容量可変キャパシタに要求される連続容量可変比が小さくなる。このため、容量可変キャパシタの連続容量可変比に応じて、直列に接続される容量可変キャパシタの数を増減してもよい。
【００４１】
また、本発明の実施の形態１のアンテナ装置における二つの容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２に用いられる誘電体としては、１．６以上（望ましくは１．７以上）程度の連続容量可変比を実現するＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）やＰＺＴ（チタン酸鉛ジルコン）がある。ＢＳＴ及びＰＺＴは、印加電界に応じて誘電率εが変化する強誘電体である。特開２００４−３２７８７７号公報（特許文献１）に開示されている、静電気力によって電極間の距離を変化させ所望の容量を得る方式（静電方式）の容量可変キャパシタは、その静電気を発生させるために数十〔Ｖ〕の駆動電圧を必要とするのに比べ、ＢＳＴを誘電体材料としたＢＳＴキャパシタまたはＰＺＴを誘電体材料としたＰＺＴキャパシタは、３〔Ｖ〕未満の駆動電圧で誘電率εを変化させ所望の容量を得ることができる。このため、３〔Ｖ〕程度の低い駆動電圧で作動することが求められる携帯端末装置にとって、ＢＳＴキャパシタまたはＰＺＴキャパシタを備える構成のチューナブルデバイスは実装に適
したデバイスであると言える。本発明の実施の形態１のアンテナ装置のチューナブルデバイスは、ＢＳＴキャパシタまたはＰＺＴキャパシタを容量可変キャパシタとして備えているものとする。なお、連続容量可変比が１．６以上の強誘電体材料であれば、その強誘電体材料を用いた容量可変キャパシタにより、本発明のアンテナ装置のチューナブルデバイスを構成することができる。
【００４２】
また、本発明の実施の形態１のアンテナ装置のチューナブルデバイスＴＤは、二つの容量可変キャパシタが直列に接続された構成である。互いに直列に接続された二つのキャパシタを積層構造とすることが容易であるため、チューナブルデバイスの実装面積を抑えることができる。
【００４３】
また、チューナブルデバイスＴＤをＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷによって形成するにあたって、ＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷの等価直列抵抗Ｒｓを考慮する必要がある。図３に、放射効率と等価直列抵抗との関係を示す。図３では、板状ループアンテナ（外周４０〔ｍｍ〕×６〔ｍｍ〕、板形状の幅８〔ｍｍ〕）に接続されるチューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓが０から８００〔ｍΩ〕に変わる場合の、板状ループアンテナによる放射効率ηを表している。なお、板状ループアンテナの形状は、携帯端末装置に搭載されることを想定した大きさであり、このような形状の板状ループアンテナは、例えば、携帯端末装置の筐体の端部、携帯端末装置が二つの筐体で構成される場合にはその二つの筐体を接合した端部とは異なる端部、に配設される。
【００４４】
チューナブルデバイスＴＤに接続された板状ループアンテナは、地上デジタル放送に用いられる周波数帯域４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕を確保した上で、放射効率ηの低下が１〔ｄＢ〕程度に抑えられることが好ましい。図３によると、等価直列抵抗Ｒｓが２００〔ｍΩ〕未満であれば、放射効率ηの低下を１〔ｄＢ〕未満に抑えられることがわかる。このため、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓが２００〔ｍΩ〕未満になるように、チューナブルデバイスに利用するＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷを選択する必要がある。
【００４５】
例えば、これまでチューナブルデバイスに用いられることがあったバラクタダイオードやＰｉｎダイオードをスイッチＳＷとして選択する場合、これらのダイオードは、等価直列抵抗Ｒｓが５００〔ｍΩ〕以上と大きく、放射効率ηは、１〔ｄＢ〕以上低下してしまう。また、本発明の実施の形態１では、チューナブルデバイスを直列に接続したＢＳＴキャパシタによって形成するため、ＢＳＴキャパシタの等価直列抵抗が加算され、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓが大きくなり易い。また、従来利用されている抵抗値の小さいスイッチとして、電磁的な駆動手段と機械的接点を有するリレーがある。このリレーは、物理的に小型なアンテナ素子に比較して物理的な体積が大きいためアンテナの性能に影響を及ぼすと共に、配線部が長くなるためにインダクタンスが増加しアンテナ効率が劣化するという課題があり、小型アンテナ素子のスイッチとしては不適切である。
【００４６】
そこで、本発明の実施の形態１では、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓを２００〔ｍΩ〕未満にするために、低い等価直列抵抗のデバイスを製造することができるＭＥＭＳプロセスを利用して、ＭＥＭＳデバイスとしてＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷを形成することとする。以下、容量可変キャパシタ１１０ａ、１１０ｂ（Ｃ１、Ｃ２）と電気機械（ＭＥＭＳ）スイッチ１２０（ＳＷ）とで構成されたチューナブルデバイスの具体的構成について説明する。図４はこのアンテナ装置のチューナブルデバイスの上面図、下面図、図５は、図４のＡ−Ａ断面図、図６は、このスイッチの要部拡大平面図および断面図である。
【００４７】
このチューナブルデバイスは同一のシリコン基板１００上に形成されており、第１層配
線で形成された第１の容量電極１１１ａ、１１１ｂとこの上層に形成されたＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３：バリウムストロンチウムタイタネート）からなる強誘電体層１１２ａ、１１２ｂと、この上層に形成された第２層配線で構成された第２の容量電極１１３ａ、１１３ｂとで構成され、第１および第２の容量電極１１１ａ、１１１ｂで強誘電体層１１２ａ、１１２ｂが挟まれた領域が第１及び第２の容量可変キャパシタ１１０ａ、１１０ｂを構成している。これら第２層配線において第１および第２の容量可変キャパシタの第２の容量電極１１３ａ、１１３ｂは配線１１３で相互接続されており、この接続部にスイッチＳＷを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０の固定電極１２３が接続されている。なおこの強誘電体層１１２ａおよび１１２ｂは一体的に形成されているが、個別に分離形成されていてもよい。
【００４８】
また、ＭＥＭＳスイッチＳＷは、図６に示すように、上記シリコン基板１００上に形成された２酸化シリコン層などの絶縁体層で形成された片もち梁で構成されたＭＥＭＳスイッチ本体１２２と、前記ＭＥＭＳスイッチ本体１２２上に形成され、前記ＭＥＭＳスイッチ本体１２２を駆動電界に応じて変位させる圧電素子からなる駆動部１３０とを具備し、駆動電界に応じて、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２の変位が生じ、回路の開閉（ＯＮ／ＯＦ）が実現されるものである。このＭＥＭＳスイッチでは、前記容量可変キャパシタのＭＥＭＳスイッチ本体１２２の下面には可動電極１２１が形成されており、この可動電極１２１に対向して固定電極１２３が配設されている。この固定電極１２３は第１及び第２の容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２の第２の容量電極１１３ａ、１１３ｂの接続部の配線１１３に接続されている。また、この可動電極１２１は、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２の下面に形成され、シリコン基板１００の表面に前記固定電極１２３と同一層で形成された導電体層からなる信号電極１２３ｂに接続され、この信号電極１２３ｂは第１の容量可変キャパシタ１１０の第２の容量電極１１３ａに接続されている。このＭＥＭＳスイッチのＯＮ／ＯＦＦにより、第１の容量可変キャパシタのＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００４９】
また駆動部１３０は、梁状のＭＥＭＳスイッチ本体１２２の上面に形成された下層電極１３１と、上層電極１３３とで、ＰＺＴなどからなる圧電薄膜１３２を挟んだもので、下層電極１３１と上層電極１３３との間の印加電界（駆動電界）によって形成された圧電素子で構成されており、下層電極１３１側と上層電極１３３間に電圧が印加されると、圧電薄膜が長さ方向に伸張し、この力がＭＥＭＳスイッチ本体１２２を変位させ、可動電極１２１の先端部に形成された突起部１２１Ｓが固定電極１２３に接触し、スイッチがＯＮ状態となるように形成されている。なお圧電薄膜１３２は、駆動効率を上げ、信頼性を向上するためにＭＥＭＳスイッチ本体１２２を構成する梁の先端と根元部１２２ｎとを避けて形成している。なおここで根元部ｎとは固定部と可動部であるＭＥＭＳスイッチ本体１２２との境界をさすものとする。
【００５０】
またこのシリコン基板表面には、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、このチューナブルデバイスへの入力信号が入力される入力端子１００Ｔと、ＭＥＭＳスイッチの、圧電素子からなる駆動部１３０の駆動信号を入力するスイッチ駆動端子１３０Ｔと、このチューナブルデバイスの出力端子１１３Ｔと、第１及び第２の容量可変キャパシタの下層側の電極である第１の容量電極１１１ａおよび１１１ｂにそれぞれ接続される第１及び第２の容量制御端子１１１Ｔａおよび１１１Ｔｂが形成されている。
【００５１】
ここで入力端子１００Ｔから入力される入力信号は、出力端子１１３Ｔから出力される。ただし本実施の形態では、第１及び第２の容量制御端子１１１Ｔａおよび１１１Ｔｂへの印加電圧を共通にしているが、それぞれ個別にしてもよい。個別にすることにより、容量可変キャパシタＣ１、Ｃ２の個別容量値制御が可能である。
【００５２】
そしてこの入力端子１００Ｔと出力端子１１３Ｔとを介して、このチューナブルデバイ
スをアンテナ素子ＡＮＴの両端に接続する（図１）
【００５３】
次にこのチューナブルデバイスの動作について説明する。
動作の説明に先立ち、この容量可変キャパシタを構成する誘電体の特性について説明する。
ＢＳＴは図７に電圧Ｖと比誘電率εとの関係を示すように、電界の印加によって比誘電率が約２００から約４００まで変化する。そこで、この比誘電率の変化によって、各容量可変キャパシタの比誘電率ε１、ε２も同様に約２００から４００まで変化させることができる。
【００５４】
このチューナブルデバイスの動作について詳細に説明する。
ＭＥＭＳスイッチ１２０の駆動部１３０を構成する圧電素子の下層電極１３１と、上層電極１３３との間に電界を印加すると、圧電薄膜１３２が変位し、基台としてのシリコン基板１００上に形成された片持ち梁であるＭＥＭＳスイッチ本体１２２の先端は矢印ａの方向に変位し、可動電極１２１の突起部１２１Ｓは固定電極１２３に接触し、可動電極１２１と固定電極１２３は短絡される。
一方、圧電素子の駆動電極である下層電極１３１と、上層電極１３３との間への電圧印加を停止すれば、片持ち梁を構成するＭＥＭＳスイッチの先端は矢印Ａの反対方向に移動し、初期状態に戻り、突起部１２１Ｓは固定電極１２３から離れ、固定電極と可動電極との接触は開放される。
【００５５】
このようにして、２つの容量可変キャパシタのキャパシタンスの和はＣ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）であるから、Ｃ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）からＣ２まで変化させることができることになる。このことから上述したように４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕の周波数帯域幅を得ることができる。またＯＦＦ時の消費電力も極めて小さく、信頼性の高いチューナブルデバイスを形成することができる。従って小型で広帯域で高感度のアンテナ装置を得ることができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、圧電薄膜１３２を、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２を構成する梁の先端と根元部１２２ｎとを避けて形成しており、これにより、高信頼性を向上でき、しかも小さな力で変位させることができる。
【００５７】
また、このチューナブルデバイスは、１枚のシリコン基板１００上に容量可変キャパシタ及びＭＥＭＳスイッチを集積化して形成することができ、製造が容易でかつ信頼性の高いものとなっている。また２つの容量可変キャパシタ及びＭＥＭＳスイッチを集積化して形成しているため、伝送損失が少なくかつ極めて微細で実装作業性が高いものとなっている。
このチューナブルデバイスを構成するシリコン基板（半導体チップ）アンテナ回路の形成された基板上に実装し、ハイブリッドアンテナ装置を形成することができる。
【００５８】
なお、前記実施の形態ではハイブリッドアンテナ装置を形成したが、シリコン基板上にループアンテナ素子を形成し、モノリシック構造のアンテナ装置を形成することも可能である。さらにまた、スイッチのみをＭＥＭＳで構成し、アンテナ素子を形成した基板上に容量可変キャパシタチップを実装するとともにＭＥＭＳで実装するようにしてもよい。
【００５９】
なお、前記実施の形態では、圧電薄膜１３２を、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２を構成する梁の先端と根元部１２２ｎとを避けて形成したが、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２の全体に形成するようにしてもよく、材料によってはＭＥＭＳスイッチ本体１２２の変位を妨げないように形成することもでき、この場合はより大きな駆動力を生起することができる。
【００６０】
上記のように、ＭＥＭＳプロセスを用いて製造するＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷによってチューナブルデバイスを形成した結果、板状ループアンテナによる放射効率ηは、周波数帯域４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕において、図８に示す関係になる。図８に、放射効率と地上デジタル方法に用いる周波数帯域との関係を示す。板状ループアンテナによる放射効率ηは、６００〔ＭＨｚ〕において低下しているが、これは、チューナブルデバイスにおけるスイッチＳＷを開放し、ＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２を直列に接続したことによって、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓが増加するためである。しかし、この放射効率ηの低下は、１〔ｄＢ〕未満と極めて小さいため、本発明の実施の形態のアンテナ装置による地上デジタル放送波の送受信に与える影響はない。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態のアンテナ装置によれば、ＢＳＴキャパシタを直列に接続した構成のチューナブルデバイスによって、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができる。低い駆動電圧で周波数の整合を実現し、また、実装面積を抑えることができる本発明の実施の形態のアンテナ装置は、携帯端末装置に搭載されるアンテナ装置として要求される条件を満たしており、極めて有用である。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、アンテナ装置に用いられるＭＥＭＳスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態２のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０は、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すように、両持ち梁構造のＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄを配設し、これに可動電極１２１を配設したものである。ここで図９（ａ）は本実施の形態２で用いられるＭＥＭＳスイッチの上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００６３】
構成要素としては前記実施の形態１で示したチューナブルデバイスと同様であるが、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄが円形の枠体１３０で両端を支持され、直径方向に沿って張架された両持ち梁を構成する点で前記実施の形態のＭＥＭＳスイッチと異なるものである。
【００６４】
そして可動電極１２１は枠部からこの梁に沿って中心位置まで、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄの裏面側に半径分だけ形成され、先端に突起部１２１Ｓを具備している。また、固定電極は前記突起部１２１Ｓに対向する位置から前記可動電極１２１と逆の方向に半径分だけ伸長している。
【００６５】
また駆動部１３０もＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄ上に形成され、同様に同様に詳細記載を省略するが、下層電極１３１、上層電極１３３とで圧電薄膜１３２を挟んだ構成となっている。
【００６６】
このＭＥＭＳスイッチにおいても、前記実施の形態１で用いたＭＥＭＳスイッチと同様、ＯＦＦ電流も小さく、従って小型で広帯域のアンテナ装置を得ることができる。
【００６７】
また、この構造のＭＥＭＳスイッチは、スイッチングデバイスチップとして、実装が容易である。接続に際しても方向を選ぶことなく形成することができるため、ハイブリッド構造でアンテナ装置を構成する際にもレイアウトが容易である。
【００６８】
なおここでは図示しないが、チューナブルデバイスを構成する他の要素については前記実施の形態１と同様である。
【００６９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３として、アンテナ装置に用いられるＭＥＭＳスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態３のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０は、図１０（ａ）乃至（ｃ）に示すように両持ち梁を中心で固定して両持ち梁構造のＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｑを配設し、これに可動電極１２１を配設したものである。ここで図１０（ａ）は本実施の形態３で用いられるＭＥＭＳスイッチの上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００７０】
構成要素としては前記実施の形態１および２で示したチューナブルデバイスと同様であるが、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｑが円形の枠体１３０で両端を支持され、直径方向に沿って張架された両持ち梁を構成する点で前記実施の形態のＭＥＭＳスイッチと異なるものである。
【００７１】
そして可動電極１２１は枠部からこの梁に沿って中心位置まで、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｑの裏面側に２本、半径分だけ形成され、先端に突起部１２１Ｓを具備している。また、固定電極は前記突起部１２１Ｓに対向する位置から前記可動電極１２１と逆の方向に、２本半径分だけ伸長している。
【００７２】
また駆動部１３０もＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｑ上に形成され、同様に詳細記載を省略するが、下層電極１３１、上層電極１３３とで圧電薄膜１３２を挟んだ構成となっている。
【００７３】
このＭＥＭＳスイッチにおいても、前記実施の形態１で用いたＭＥＭＳスイッチと同様、ＯＦＦ電流も小さく、従って小型で広帯域のアンテナ装置を得ることができる。
【００７４】
また、この構造のＭＥＭＳスイッチは、スイッチングデバイスチップとして、実装が容易である。接続に際しても方向を選ぶことなく形成することができるため、ハイブリッド構造でアンテナ装置を構成する際にもレイアウトが容易である。
【００７５】
なおここでは図示しないが、チューナブルデバイスを構成する他の要素については前記実施の形態１と同様である。
【００７６】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４として、アンテナ装置に用いられるＭＥＭＳスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態４のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０は、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、実施の形態２と同様、両持ち梁構造のＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄを配設し、これに可動電極１２１を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の根元部１２２ｎにそれぞれ１つの孔１２５を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図１１（ａ）は本実施の形態４で用いられるＭＥＭＳスイッチの上面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００７７】
構成要素としては前記実施の形態２で示したチューナブルデバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態２の効果に加えて、ＭＥＭＳスイッチ本体１２２Ｄを構成する梁の根元部１２２ｎにそれぞれ１つの孔１２５を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い状態にすることができる。
【００７８】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５として、アンテナ装置に用いられるＭＥＭＳスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態５のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０は、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、上記実施の形態１乃至４とは異なり、本実施の形態ではＭＥＭＳスイッチ本体１２６を、枠部１３０に連接された円盤状の板状体で構成したものである。そして、この板状体からなるＭＥＭＳスイッチ本体１２６を配設し、これに可動電極１２１を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の根元部１２２ｎに円周方向に沿って複数個の孔１２５を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図１２（ａ）は本実施の形態５で用いられるＭＥＭＳスイッチの上面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００７９】
構成要素としては前記実施の形態１で示したチューナブルデバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、ＭＥＭＳスイッチ本体１２６が根元部１２２ｎにそれぞれ１つの孔１２５を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い状態にすることができる。
【００８０】
なお可動電極及び固定電極は前記実施の形態２と同様に半径方向に１つずつ相対向して配置されている。
この構成によれば、安定した変位を得ることができ、高精度で信頼性の高いＭＥＭＳスイッチを提供することが可能である。
【００８１】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６として、アンテナ装置に用いられるＭＥＭＳスイッチの変形例について説明する。
本発明の実施の形態６のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成するＭＥＭＳスイッチ１２０は、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、上記実施の形態５と同様、本実施の形態ではＭＥＭＳスイッチ本体１２６を、枠部１３０に連接された円盤状の板状体で構成したものである。そして、この板状体からなるＭＥＭＳスイッチ本体１２６を配設し、これに可動電極１２１を配設したものであるが、本実施の形態では、梁の１２２ｎに円周方向に沿って帯状の溝１２７を形成し、固定部である枠部の弾性を高め、変位し易い構造を形成したことを特徴とするものである。ここで図１３（ａ）は本実施の形態６で用いられるＭＥＭＳスイッチの上面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００８２】
構成要素としては前記実施の形態５で示したチューナブルデバイスと同様である。
この構成によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、ＭＥＭＳスイッチ本体１２６が根元部１２２ｎに、円周方向に沿って帯状の溝１２７を形成しているため、固定部である枠部の弾性を高め、より変位し易い構造を提供することができる。
【００８３】
なおここでも可動電極及び固定電極は前記実施の形態２と同様に半径方向に１つずつ相対向して配置されている。
【００８４】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７として、アンテナ装置に用いられるチューナブルデバイスの容量可変キャパシタの変形例について説明する。
本発明の実施の形態７のアンテナ装置用のチューナブルデバイスは、図１４（ａ）および（ｂ）に概念説明図を示すように、図１４（ａ）に示した従来例のチューナブルデバイスの容量可変キャパシタＣ１を図１４（ｂ）に示すように５個の容量可変キャパシタＣ１
１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の直列接続体で構成し、連続容量可変比の大きい微細容量の容量可変キャパシタを提供することを特徴とするものである。
【００８５】
すなわち、ＢＳＴ、ＰＺＴ等の強誘電体は印加直流電圧により誘電率が変化する。従って、印加直流電圧で容量値を制御する容量可変キャパシタを構成することができるが、これらの強誘電体は誘電率が大きく、しかも容量値を制御する電圧値を小さくするために誘電体層の厚さを薄くしなければならないので、微細面積化が困難な場合には小さな容量値を得るのが困難となることがある。このような場合には、複数個の容量可変キャパシタを直列接続することで、小さな容量値を得ることができる。
【００８６】
例えば、ＢＳＴを誘電体層として用いた容量可変キャパシタＣ１が、５から１０ｐＦの範囲で可変であるとすると、例えば５分の１の容量値を得たいとすると電極面積を５分の１にする必要がある。しかしながら、フォトリソグラフィでそれ以上小さなパターン形成を行うのが困難な場合には、図１４（ｂ）に示すように、５個の容量可変キャパシタＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の直列接続体で構成する。これにより、１から２ｐＦの微細容量で連続容量可変比２を得ることができる。
【００８７】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８として、前記実施の形態７のアンテナ装置を構成する容量可変キャパシタの構造について説明する。
本発明の実施の形態８のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成する第１の容量可変キャパシタは、図１５に概念断面説明図を示すように、所定の間隔を隔てて形成された３つの第１の容量電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃと、この第１の容量電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ上に一体的に形成されたＢＳＴからなる誘電体層１１２と、前記第１の容量電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃと、所定幅ａづつ重なるようにずらして形成された第２の容量電極１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃとで構成され、第１の容量電極と第２の容量電極との重なる領域Ｒ１からＲ５で互いに直列接続された容量可変キャパシタＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５を構成するものである。
この構成によれば、容易に効率よく、微細容量の容量可変キャパシタを形成することができる。
製造に際しても、ＢＳＴの形成工程が１回ですむため極めて容易に信頼性の高いデバイスを形成することができる。
有効なデバイス
の直列接続体で構成し、連続容量可変比の大きい微細容量の容量可変キャパシタを提供することを特徴とするものである。
【００８８】
すなわち、ＢＳＴ、ＰＺＴ等の強誘電体は印加直流電圧により誘電率が変化する。従って、印加直流電圧で容量値を制御する容量可変キャパシタを構成することができるが、これらの強誘電体は誘電率が大きく、微細面積化が困難な場合には小さな容量値を得るのが困難となることがある。このような場合には、複数個の容量可変キャパシタを直列接続することで、微細容量を得ることができる。
【００８９】
例えば、ＢＳＴを誘電体層として用いた容量可変キャパシタＣ１が、５から１０ｐＦの範囲で可変であるとすると、例えば５分の１の容量値を得たいとすると電極面積を５分の１にする必要がある。しかしながら、フォトリソグラフィでそれ以上小さなパターン形成を行うのが困難な場合には、図１４（ｂ）に示すように、５個の容量可変キャパシタＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の直列接続体で構成する。これにより、１から２ｐＦの微細容量で連続容量可変比２を得ることができる。
【００９０】
（実施の形態９）
次に、本発明の実施の形態９として、前記実施の形態７のアンテナ装置を構成する容量可変キャパシタの構造について説明する。
本発明の実施の形態９のアンテナ装置用のチューナブルデバイスを構成する第１の容量可変キャパシタは、図１５に概念断面説明図を示すように、積層構造で５個の容量可変キャパシタを形成したものである。
すなわち、前記実施の形態８では、５個の容量可変キャパシタを並べて配列し直列接続体を形成したがこの構造では、５個の容量可変キャパシタを積層配列し直列接続体を形成したものである。
この構成によれば、占有面積を低減することができる。また隣接電極は共通化することができるため、コンパクトな構造を得ることができる。
【００９１】
前記実施の形態のすべてにおいて、誘電体層を構成する材料としては、ＢＳＴ、ＰＺＴなどが適用可能である。
また、駆動部を構成する圧電薄膜としては、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯなどが適用可能である。
また、基板表面を被覆する絶縁膜材料としてはＳｉＯ２、ＳｉＮなどが適用可能であり、ＭＥＭＳ工程でエッチング除去する犠牲層として用いる場合にはエッチング選択比を考慮して材料を選択する必要がある。
さらにまた基板としてはシリコン（Ｓｉ）を用いるのが望ましいがＧａＡＳなどの化合物半導体基板を用いてもよい。
【００９２】
また、前記実施の形態では、ＭＥＭＳスイッチにおける可動電極１２１と固定電極１２３との接続部は金属同士で行ったが、可動電極１２１と固定電極１２３のうちいずれかの表面に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜などの薄い絶縁膜を形成してもよい。
【００９３】
また、前記実施の形態では、ＭＥＭＳスイッチの駆動部は圧電素子で構成したが、静電力をもちいてもよい。
【００９４】
（実施の形態１０）
次に、本発明の実施の形態１０として、前記実施の形態１のアンテナ装置の変形例について説明する。前記実施の形態１では、第１および第２の容量可変キャパシタに接続する制御部を同一電位で制御したが、別途電圧生成回路を設け、第１及び第２の制御部で独立して制御するようにしてもよい。
【００９５】
なお、前記実施の形態では２個の容量可変キャパシタを用いた例について説明したが、例えばｎ個の容量可変キャパシタとｎ―１個のＭＥＭＳスイッチを用いるなど、３個以上の容量可変キャパシタを用いた場合にも適用可能である。
【００９６】
上記のように、ＭＥＭＳ技術を用いて製造するＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２及びスイッチＳＷによってチューナブルデバイスを形成した結果、板状ループアンテナによる放射効率ηは、周波数帯域４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕において、図８に示す関係と同様である。板状ループアンテナによる放射効率ηは、６００〔ＭＨｚ〕において低下しているが、これは、チューナブルデバイスにおけるスイッチＳＷを開放し、ＢＳＴキャパシタＣ１、Ｃ２を直列に接続したことによって、チューナブルデバイス全体の等価直列抵抗Ｒｓが増加するためである。しかし、この放射効率ηの低下は、１〔ｄＢ〕未満と極めて小さいため、本発明の実施の形態のアンテナ装置による地上デジタル放送波の送受信に与える影響はない。
【００９７】
以上、本発明の実施の形態のアンテナ装置によれば、ＢＳＴキャパシタを直列に接続した構成のチューナブルデバイスによって、帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現
することができる。低い駆動電圧で周波数の整合を実現し、また、実装面積を抑えることができる本発明の実施の形態のアンテナ装置は、携帯端末装置に搭載されるアンテナ装置として要求される条件を満たしており、極めて有用である。
【００９８】
（実施の形態１１）
次に、本発明の実施の形態１１のアンテナ装置の等価回路を図１７に示す。本実施の形態のチューナブルデバイスでは、実施の形態１の容量絶縁膜として強誘電体薄膜を用いた容量可変キャパシタＣ１に代えて、常誘電体薄膜を用いた容量固定キャパシタＣｓを用いるようにしたことを特徴とする。すなわち、この容量固定キャパシタＣｓは、前記基板上に形成され、第１の電極と、第２の電極とで、常誘電体材料からなる誘電体薄膜を挟んだ薄膜素子であるものを含む。
【００９９】
このアンテナ装置は、図１７に示すように、互いに直列接続された固定容量キャパシタＣｓ及び容量可変キャパシタＣ２と固定容量キャパシタＣｓに並列接続されたスイッチＳＷとを備えたチューナブルデバイスＴＤと、チューナブルデバイスＴＤに両端を接続されたアンテナ素子ＡＮＴとを具備し、アンテナ素子の一方の端子は接地され、もう一方の端子は高周波集積処理回路ＲＦＩＣに接続されている。
【０１００】
４７０〔ＭＨｚ〕〜７７０〔ＭＨｚ〕程度の周波数帯域を確保するために、チューナブルデバイスＴＤの容量は、１．２６〜３．３９〔ｐＦ〕の範囲で変化する必要がある。このために、印加電圧Ｖｔを１〔Ｖ〕から２〔Ｖ〕へ変化させたときに、次の容量に固定された固定容量キャパシタＣｓ、及び次のように容量が変化する容量可変キャパシタＣ２を利用する。
［固定容量キャパシタＣｓ］
固定容量キャパシタＣｓは、４．００〔ｐＦ〕に容量が固定されている。
［容量可変キャパシタＣ２：スイッチＳＷ短絡時］
１．８２〜３．３９〔ｐＦ〕に容量が変化する。なお、印加電圧Ｖｔが１〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ２の容量が３．３９〔ｐＦ〕、印加電圧Ｖｔが２〔Ｖ〕のときに容量可変キャパシタＣ２の容量が１．８２〔ｐＦ〕になる。このとき、連続容量可変比は、３．３９／１．８２≒１．８６になる。
［固定容量キャパシタＣｓ、容量可変キャパシタＣ２の合成容量：スイッチＳＷ開放時］
１．２６〜１．８２〔ｐＦ〕に容量が変化する。なお、印加電圧Ｖｔが１〔Ｖ〕のときに合成容量が１．８２〔ｐＦ〕、印加電圧Ｖｔが２〔Ｖ〕のときに合成容量が１．２６〔ｐＦ〕になる。
【０１０１】
このため、容量可変キャパシタＣ２の連続容量可変比が１．８以上であれば、スイッチＳＷを短絡、または開放して、固定容量キャパシタＣｓ及び容量可変キャパシタＣ２、または容量可変キャパシタＣ２のみをループアンテナＡＮＴに接続することにより、容量可変キャパシタＣ２のみを接続したときは４７０〜６５０の周波数帯域幅を、容量可変キャパシタＣ１及び容量可変キャパシタＣ２を接続したときは６５０〜７７０の周波数帯域幅を、それぞれ確保することができる。このようにして、広帯域のアンテナ装置を提供することができる。
【０１０２】
この構成によれば、製造が容易で、かつ小型化が可能となる。また、第１及び第２の電極は容量可変キャパシタと同一工程で形成することができ、誘電体薄膜のみを変更すればよいため、製造が容易で、かつ小型化が可能である。さらにまた強誘電体薄膜に比べて低抵抗であるため、寄生抵抗の低減をはかることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明のアンテナ装置によれば、連続容量可変比が高いキャパシタを備える構成のチュ
ーナブルデバイスによって、複数の周波数帯域または帯域幅の広い周波数帯域における送受信を実現することができ、広帯域化と高放射効率を実現することを目的とするアンテナ装置の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１のアンテナ装置の等価回路
【図２】一つの容量可変キャパシタにより構成されるチューナブルデバイスの等価回路
【図３】放射効率と等価直列抵抗との関係
【図４】本発明の実施の形態１のアンテナ装置のチューナブルデバイスの上面図、下面図、
【図５】図４のＡ−Ａ断面図
【図６】本発明の実施の形態１のアンテナ装置のスイッチの要部拡大平面図および断面図
【図７】誘電体の比誘電率の直流印加電界特性
【図８】放射効率と地上デジタル方法に用いる周波数帯域との関係
【図９】本発明の実施の形態２のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図１０】本発明の実施の形態３のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図１１】本発明の実施の形態４のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１２】本発明の実施の形態５のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１３】本発明の実施の形態６のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１４】本発明の実施の形態７のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１５】本発明の実施の形態８のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す概念断面図
【図１６】本発明の実施の形態９のチューナブルデバイスのＭＥＭＳスイッチを示す概念断面図
【図１７】本発明の実施の形態１１のアンテナ装置の等価回路
【符号の説明】
【０１０５】
ＡＮＴ  アンテナ素子、ループアンテナ
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２  可変容量キャパシタ
ＲＦＩＣ  高周波集積処理回路
ＴＤ  チューナブルデバイス
ＳＷ  スイッチ
１００  シリコン基板
１１０ａ、１１０ｂ  容量可変キャパシタ
１１１ａ、１１１ｂ  第１の容量電極
１１２ａ、１１２ｂ  強誘電体層
１１３ａ、１１３ｂ  第２の容量電極
１２０  スイッチ
１２１  可動電極
１２１Ｓ  突起部（バンプ）
１２２  ＭＥＭＳスイッチ本体
１２２ｎ  根元部
１２３  固定電極
１３０  駆動部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図４】
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【図６】
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