(57)【要約】【課題】高周波特性である挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる移相器を提供する。【解決手段】移相器３ｂにおいて、基板１１と、基板１１上に設けられ高周波信号が流れる高周波信号線１２と、高周波信号線１２の両側にそれぞれ位置付けられ基板１１上に設けられた一対の接地導体１３、１４と、高周波信号線１２が伸びる方向に所定の間隔で並べられた複数のマイクロマシンスイッチ１５Ａとを備え、それらのマイクロマシンスイッチ１５Ａは、高周波信号線１２上に設けられた誘電体と、一対の接地導体１３、１４のどちらか一方に少なくとも一端が固定され誘電体に対向して誘電体から離間し、誘電体に対向する対向領域の一部だけが電圧印加により誘電体に接触する可動片とをそれぞれ有している。【選択図】図１
2008131096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、高周波信号が流れる高周波信号線と、
前記高周波信号線の両側にそれぞれ位置付けられ前記基板上に設けられた一対の接地導体と、
前記高周波信号線が伸びる方向に所定の間隔で並べられた複数のマイクロマシンスイッチと、
を備え、
前記複数のマイクロマシンスイッチは、
前記高周波信号線上に設けられた誘電体と、
前記一対の接地導体のどちらか一方に少なくとも一端が固定され前記誘電体に対向して前記誘電体から離間し、前記誘電体に対向する対向領域の一部だけが電圧印加により前記誘電体に接触する可動片と、
をそれぞれ有していることを特徴とする移相器。
【請求項２】
前記可動片は、前記誘電体に対向する突起であって前記電圧印加により前記誘電体に接触する突起部を有していることを特徴とする請求項１記載の移相器。
【請求項３】
前記可動片は、前記一対の接地導体の一方と前記高周波信号線との間に位置する前記基板の表面領域、及び前記一対の接地導体の他方と前記高周波信号線との間に位置する前記基板の表面領域にそれぞれ対向する一対の突起であって前記電圧印加により前記基板にそれぞれ当接する一対の突起部を有していることを特徴とする請求項１記載の移相器。
【請求項４】
前記可動片は、隣接する一対の部材であって前記電圧印加によりどちらか一方だけが前記誘電体に接触する一対の可動部材により構成されていることを特徴とする請求項１記載の移相器。
【請求項５】
ビームを放射する複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続され、前記アンテナ素子に供給される高周波信号の位相をそれぞれ変化させる複数の請求項１乃至４のいずれか一に記載の移相器と、
前記ビームを走査するように前記移相器を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移相器及びアンテナ装置に関し、特に、高周波信号用のマイクロマシンスイッチを備える移相器及びその移相器を備えるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナ装置等のアンテナ装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナによりビームを形成し、そのビームを所定の走査方向に電子走査する電子走査型のアンテナ装置である。このフェーズドアレーアンテナ装置は、例えば、航空機、船舶及び自動車等に衛星通信用のアンテナ装置として搭載される。
【０００３】
このようなフェーズドアレーアンテナ装置は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子や、それらのアンテナ素子にそれぞれ接続された複数の増幅器及び複数の移相器等を備えている。このフェーズドアレーアンテナ装置は、増幅器及び移相器により高周波信号の振幅及び位相を調整し、複数のアンテナ素子からビームを放射する。このとき、フェーズドアレーアンテナ装置は、移相器毎の位相量を高速で切り替え、アレーアンテナを静止させたままで、ビームだけを任意に走査する。
【０００４】
ここで、この移相器を構成する素子の一例として高周波スイッチが用いられている。この高周波スイッチには、ＰＩＮ−ＤＩＯＤＥやＧａＡｓＦＥＴ等の半導体を用いたものが一般的であるが、特に高い周波数帯では、損失の小さいマイクロマシンスイッチが用いられるようになってきている。マイクロマシンスイッチを応用した移相器の一例としては、高周波信号線路上に所定の間隔で複数のマイクロマシンスイッチを配置した分布型移相器が用いられる。この分布型移相器に用いられるマイクロマシンスイッチとしては、構造がシンプルなことや製作の容易さ等の面から、一般的に、静電容量型のスイッチ（キャパシティブスイッチ）が用いられる。
【０００５】
静電容量型のマイクロマシンスイッチは、高周波信号が流れる高周波信号線上に設けられた誘電体膜と、その誘電体膜に接触可能に形成された可動片とを有している（例えば、特許文献１参照）。このマイクロマシンスイッチは、可動片が誘電体膜から離間しているオフ状態において、可動片と高周波信号線との間に電圧が印加されると、可動片が変形して誘電体膜に接触し、オン状態となる。このようなオン・オフ状態となる複数のマイクロマシンスイッチにより、高周波信号線を通過する高周波信号の位相が調整される。
【特許文献１】特開２００１−３４７５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、分布型移相器の場合、前述のマイクロマシンスイッチでは、スイッチ容量のオン・オフ比が大きいため、移相器の高周波特性である挿入損失及び反射損失を劣化させてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波特性である挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる移相器及びアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、移相器において、基板と、基板上に設けられ、高周波信号が流れる高周波信号線と、高周波信号線の両側にそれぞれ位置付けられ基板上に設けられた一対の接地導体と、高周波信号線が伸びる方向に所定の間隔で並べられた複数のマイクロマシンスイッチと、を備え、複数のマイクロマシンスイッチは、高周波信号線上に設けられた誘電体と、一対の接地導体のどちらか一方に少なくとも一端が固定され誘電体に対向して誘電体から離間し、誘電体に対向する対向領域の一部だけが電圧印加により誘電体に接触する可動片とをそれぞれ有していることである。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、アンテナ装置において、ビームを放射する複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子にそれぞれ接続され、アンテナ素子に供給される高周波信号の位相をそれぞれ変化させる複数の前述の第１の特徴に係る移相器と、ビームを走査するように移相器を制御する制御回路とを備えることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波特性である挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる移相器及びアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図１２を参照して説明する。
【００１２】
［移相器の構成］
まず、移相器３ｂの構成について図１乃至図３を参照して説明する。
【００１３】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る移相器３ｂは、実装用の基板１１と、基板１１上に設けられ高周波信号が流れる高周波信号線１２と、高周波信号線１２の両側にそれぞれ位置付けられ基板１１上に設けられた一対の接地導体１３、１４と、高周波信号線１２が伸びる方向に並べられた複数のマイクロマシンスイッチ１５Ａとを備えている。
【００１４】
基板１１は、絶縁性を有する基板、例えば、ガラス基板や高抵抗を有するシリコン基板、半絶縁性ＧａＡｓ基板等により形成されている。なお、シリコン基板やＧａＡｓ基板の表面には、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜（図示せず）が設けられる。
【００１５】
高周波信号線１２は、高周波信号の伝送路であり、基板１１の一辺（図１中の左辺）から対向する他の一辺（図１中の右辺）に渡って配設されている。なお、高周波信号線１２は、例えばＴｉ／Ａｕ膜等により形成されている。
【００１６】
一対の接地導体１３、１４は、高周波信号線１２から所定距離だけ離間させて高周波信号線１２を挟むようにそれぞれ設けられている。これらの接地導体１３、１４が高周波信号線１２と共にコプレーナ伝送線路を構成すると共に、所定のブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３毎にＤＣカットキャパシタ１６が配置されている。ここで、一対の接地導体１３、１４と高周波信号線１２との間の各離間距離を変化させることにより、コプレーナ伝送線路としてのインピーダンスを調整することができる。なお、一対の接地導体１３、１４は例えばＴｉ／Ａｕ膜等により形成されている。
【００１７】
各マイクロマシンスイッチ１５Ａは、図２及び図３に示すように、高周波信号線１２上に設けられた誘電体１５ａと、その誘電体１５ａに対向して接離可能に設けられ、誘電体１５ａに対向する対向領域Ｒ１の一部だけが電圧印加により誘電体１５ａに接触する可動片１５ｂとをそれぞれ有している。これらのマイクロマシンスイッチ１５Ａは、高周波信号線１２を通過する高周波信号の位相を調整するためのスイッチであり、高周波信号線１２上に所定の間隔（ピッチ間隔）で並べて設けられている。
【００１８】
誘電体１５ａは、高周波信号線１２上に薄膜状に設けられ、可動片１５ｂに対向している。この誘電体１５ａは、例えば、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜又はシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜の単層膜、もしくはそれらを積層した複合膜等により形成されている。なお、第１の実施の形態においては、誘電率が高く、製造上安定して誘電体１５ａを形成することができるシリコン窒化膜を用いる。
【００１９】
可動片１５ｂは、可撓性を有する板状に形成されており、両持梁構造により一対の接地導体１３、１４に固定されている。詳しくは、可動片１５ｂの一端が接地導体１３に固定され、可動片１５ｂの他端が接地導体１４に固定されている。これにより、可動片１５ｂは、一対の接地導体１３、１４に電気的に接続されている。
【００２０】
この可動片１５ｂは、誘電体１５ａに対向する突起であって電圧印加により誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触する突起部Ｔ１を有している。この突起部Ｔ１は、可動片１５ｂに一体的に形成されており、さらに、突起部Ｔ１の対向面Ｍ２の面積が誘電体１５ａの対向面Ｍ１の面積より小さくなるように形成されている。また、可動片１５ｂは、その突起部Ｔ１を誘電体１５ａの対向面Ｍ１から数μｍのギャップ（間隔）だけ離間させて配設されている。
【００２１】
このような可動片１５ｂは、高周波信号線１２との間に電圧が印加された場合、高周波信号線１２側に撓んで変形し、対向領域Ｒ１の一部を形成する突起部Ｔ１の対向面Ｍ２が高周波信号線１２上の誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する。なお、可動片１５ｂは、可塑性を有し電気伝導性に優れた金属、例えばＴｉ／Ａｕ膜やＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ膜等により形成されている。
【００２２】
［移相器の動作］
次いで、移相器３ｂの動作について説明する。
【００２３】
移相器３ｂは、各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオフ状態及びオン状態のいずれか一方にそれぞれ切り替え、高周波信号線１２を通過する高周波信号の位相を調整する。例えば、高周波信号の位相を４５度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ１が移相器３ｂに印加される（図１参照）。これに応じて、移相器３ｂは、４５°ｂｉｔのブロックＢ１の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。また、高周波信号の位相を９０度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ２が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、９０°ｂｉｔのブロックＢ２の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。
【００２４】
さらに、高周波信号の位相を１３５度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、４５°ｂｉｔのブロックＢ１及び９０°ｂｉｔのブロックＢ２の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。また、高周波信号の位相を１８０度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ３が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、１８０°ｂｉｔのブロックＢ３の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。高周波信号の位相を２２５度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ３が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、４５°ｂｉｔのブロックＢ１及び１８０°ｂｉｔのブロックＢ３の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。
【００２５】
加えて、高周波信号の位相を２７０度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、９０°ｂｉｔのブロックＢ２及び１８０°ｂｉｔのブロックＢ３の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。高周波信号の位相を３１５度だけ変える調整を行う場合には、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３が移相器３ｂに印加される。これに応じて、移相器３ｂは、４５°ｂｉｔのブロックＢ１、９０°ｂｉｔのブロックＢ２及び１８０°ｂｉｔのブロックＢ３の各マイクロマシンスイッチ１５Ａをオン状態に切り替える。
【００２６】
ここで、マイクロマシンスイッチ１５Ａのオフ状態（ノーマル状態）は、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されておらず、図２に示すように、可動片１５ｂが変形せず、突起部Ｔ１が高周波信号線１２上の誘電体１５ａに対して所定の間隔を維持し、誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触していない状態である。この状態の可動片１５ｂの位置が可動片１５ｂのノーマル位置である。
【００２７】
また、マイクロマシンスイッチ１５Ａのオン状態は、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加され、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の一部、すなわち可動片１５ｂの突起部Ｔ１の対向面Ｍ２が高周波信号線１２上の誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着した状態である。詳述すると、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されると、それらの間に静電引力が発生する。この静電引力により可動片１５ｂが高周波信号線１２側に引き寄せられ、突起部Ｔ１の対向面Ｍ２が高周波信号線１２上の誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する。その後、電圧の印加が断たれると、可動片１５ｂはバネ復帰力によりオフ状態のノーマル位置に復帰する。
【００２８】
このような移相器３ｂにおいて、１つのマイクロマシンスイッチ１５Ａを１単位とした場合、図４に示すような等価回路が求められる。図４に示すように、１単位のマイクロマシンスイッチ１５Ａの容量Ｃｂは、スイッチオフ時の容量Ｃｂｕとスイッチオン時の容量Ｃｂｄとに可変する。
【００２９】
マイクロマシンスイッチ１５Ａのスイッチオフ時の容量は、Ｃｂｕ＝ε０Ｗｗ／ｇ＋ｔｄ／εｒであり、マイクロマシンスイッチ１５Ａのスイッチオン時の容量は、Ｃｂｄ＝ε０εｒＷｗ／ｔｄであり、それらのスイッチ容量のオン・オフ比は、Ｃｂｄ／Ｃｂｕとなる。ここで、ε０は真空の誘電率であり、εｒは誘電体１５ａの比誘電率であり、ｔｄは誘電体１５ａの厚さであり、ｇは誘電体１５ａから可動片１５ｂまでのギャップであり、Ｗは高周波信号線１２の幅であり、ｗは可動片１５ｂの幅（高周波信号線１２が伸びる方向の幅）である。
【００３０】
移相器３ｂのスイッチオフ時のインピーダンスは、Ｚｕ＝√ｓＬ／（ｓＣ＋Ｃｂｕ）であり、移相器３ｂのスイッチオン時のインピーダンスは、Ｚｄ＝√ｓＬ／（ｓＣ＋Ｃｂｄ）である。この移相器３ｂの位相変化量は、Δφ［ｒａｄ．／ｍ］＝ｓωＺ０ｆ√εｅｆｆ／ｃ（１／Ｚｕ−１／Ｚｄ）である。ここで、Ｌはインダクタンスであり、ｓは各可動片１５ｂのピッチ間隔であり、Ｚ０ｆはコプレーナ伝送線路の特性インピーダンスであり、εｅｆｆは基板１１の実効誘電率であり、ωは２πｆであり、ｆは所望の周波数であり、ｃは真空での伝送速度である。なお、可動片１５ｂ、すなわちマイクロマシンスイッチ１５Ａのピッチ間隔ｓは、移相器３ｂのインピーダンスＺｕ、Ｚｄ及び位相変化量Δφを決定するパラメータの一つである。
【００３１】
移相器３ｂの損失特性及び反射特性は、前述の式の各種パラメータ（Ｃｂｕ、Ｃｂｄ及びｓ）により決定される。例えば、スイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕが過度に大きくなると、それぞれのインピーダンスＺｕとインピーダンスＺｄとの差異が大きくなり、通過位相差も大きくなる。ところが、それらの２つの状態での損失特性及び反射特性は大きく変化して劣化してしまう。すなわち、挿入損失及び反射損失が劣化してしまう。このため、スイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを例えば２．０〜４．０の範囲内に入るように小さくする必要があるが、ギャップｓを小さくすると、スイッチオフ時の容量Ｃｂｕが増大し、挿入損が劣化してしまう。また、誘電体１５ａの厚さの増大や誘電体１５ａの比誘電率の低減を行った場合でも、スイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを２．０〜４．０の範囲内に抑えることは難しい。
【００３２】
そこで、マイクロマシンスイッチ１５Ａの可動片１５ｂに、誘電体１５ａに対向する突起部Ｔ１を設けることによって、スイッチオン時には、対向領域Ｒ１の一部である突起部Ｔ１の対向面Ｍ２だけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触することになる。このとき、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着することはない。これにより、オン状態の可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する場合に比べ、オン状態の可動片１５ｂと誘電体１５ａとの接触面積が小さくなるので、スイッチ容量のオン・オフ比を２．０〜４．０の範囲内に抑えることが可能になる。
【００３３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る移相器３ｂによれば、マイクロマシンスイッチ１５Ａの可動片１５ｂに、誘電体１５ａに対向する突起部Ｔ１を設けることによって、スイッチオン時に可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着せず、対向領域Ｒ１の一部である突起部Ｔ１の対向面Ｍ２だけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触することになる。これにより、オン状態の可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する場合に比べ、オン状態の可動片１５ｂと誘電体１５ａとの接触面積が小さくなり、マイクロマシンスイッチ１５Ａのスイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを抑えることが可能になるので、挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる。
【００３４】
［移相器の製造方法］
次に、移相器３ｂのスイッチ部位の製造方法について図５乃至図１２を参照して説明する。
【００３５】
まず、基板１１を準備する。基板１１は、絶縁性基板又は半導体基板により形成されている。この基板１１としては、例えば、ガラス基板やサファイア基板、シリコン酸化膜を有するシリコン基板等を用いる。
【００３６】
図５に示すように、基板１１上の全面に導電層２１を形成する。ここでは、導電層２１は、例えばＴｉ／Ａｕ膜により形成される。続いて、導電層２１上にパターニング用のフォトレジスト膜２２を形成する。このフォトレジスト膜２２は、高周波信号線１２及び一対の接地導体１３、１４の形状をパターンニングするマスクとして使用される。
【００３７】
次いで、フォトレジスト膜２２を使用して導電層２１にエッチングを行い、その後、フォトレジスト膜２２を除去し、図６に示すように、導電層２１から高周波信号線１２及び一対の接地導体１３、１４を形成する。
【００３８】
次に、図７に示すように、基板１１上の全面に、高周波信号線１２及び一対の接地導体１３、１４を覆う誘電層２３を形成する。誘電層２３としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を用いる。続いて、図７に示すように、誘電層２３上にパターンニング用のフォトレジスト膜２４を形成する。このフォトレジスト膜２４は、高周波信号線１２上に誘電層２３を残存させるため、高周波信号線１２上に設けられる。
【００３９】
次いで、フォトレジスト膜２４を使用して誘電層２３をエッチングし、その後、フォトレジスト膜２４を除去し、図８に示すように、誘電層２３から高周波信号線１２上に誘電体１５ａを形成する。
【００４０】
次に、図９に示すように、基板１１上の全面に、突起部Ｔ１を有する可動片１５ｂを複数個形成するための犠牲層２５を形成する。犠牲層２５としては、例えばフォトレジスト膜を用いる。この犠牲層２５には、突起部Ｔ１を形成するための複数の凹部Ｋ１と、各可動片１５ｂと一対の接地導体１３、１４との接続部分を形成するための複数の開口部Ｋ２、Ｋ３が設けられている。なお、各凹部Ｋ１は高周波信号線１２に沿って一直線上に設けられており、各開口部Ｋ２も接地導体１３に沿って一直線上に設けられており、各開口部Ｋ３も接地導体１４に沿って一直線上に設けられている。
【００４１】
次いで、図１０に示すように、犠牲層２５上に金属層２６を形成し、その金属層２６上にパターンニング用のフォトレジスト膜２７を形成する。このフォトレジスト膜２７は可動片１５ｂをパターンニングするマスクとして使用される。
【００４２】
次に、フォトレジスト膜２７を使用して金属層２６をエッチングし、その後、フォトレジスト膜２７を除去し、図１１に示すように、金属層２６から複数の可動片１５ｂを形成する。最後に、図１２に示すように、犠牲層２５を除去し、図２及び図３に示すようなマイクロマシンスイッチ１５Ａを複数個有する移相器３ｂが完成する（図１参照）。
【００４３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る製造方法によれば、特別な製造方法を用いることなく、既存の半導体製造プロセスを使用して簡易に複数のマイクロマシンスイッチ１５Ａを有する移相器３ｂを製造することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図１３及び図１４を参照して説明する。
【００４５】
本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分に同じ符号を付し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。特に、製造方法も、フォトレジスト膜２２や犠牲層２５等の形状が異なるだけで、第１の実施の形態と基本的に同じである。
【００４６】
図１３及び図１４に示すように、第２の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ１５Ｂでは、可動片１５ｂは、接地導体１３と高周波信号線１２との間に位置する基板１１の表面領域Ｒ２、及び接地導体１４と高周波信号線１２との間に位置する基板１１の表面領域Ｒ３にそれぞれ対向する突起であって電圧印加により基板１１にそれぞれ当接する一対の突起部Ｔ２、Ｔ３を有している。加えて、可動片１５ｂを駆動させるための駆動電極３１が基板１１の表面領域Ｒ２に設けられており、可動片１５ｂを駆動させるための駆動電極３２が基板１１の表面領域Ｒ３に設けられている。これらの駆動電極３１、３２には、それぞれ誘電体３１ａ、３２ａにより覆われている。
【００４７】
一対の突起部Ｔ２、Ｔ３は、可動片１５ｂに一体的に形成されている。これらの突起部Ｔ２、Ｔ３は、それらの高さが高周波信号線１２の厚さと誘電体１５ａの厚さの合計と同等となるように形成されている。すなわち、一対の突起部Ｔ２、Ｔ３の高さは、可動片１５ｂが静電引力により高周波信号線１２上の誘電体１５ａに接触する前に、一対の突起部Ｔ２、Ｔ３が基板１１の表面に当接するように設定されている。
【００４８】
このようなマイクロマシンスイッチ１５Ｂは、駆動電極３１、３２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されると、オン状態になり、その後、電圧の印加が断たれると、オフ状態になる。ここで、マイクロマシンスイッチ１５Ｂのオフ状態（ノーマル状態）は、駆動電極３１、３２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されておらず、図１３に示すように、可動片１５ｂが変形せず、高周波信号線１２上の誘電体１５ａに対して所定の間隔を維持し、誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触していない状態である。この状態の可動片１５ｂの位置が可動片１５ｂのノーマル位置である。
【００４９】
また、マイクロマシンスイッチ１５Ｂのオン状態は、駆動電極３１、３２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加され、可動片１５ｂの一対の突起部Ｔ２、Ｔ３が基板１１の表面に当接し、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の一部だけが高周波信号線１２上の誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触した状態である。詳述すると、駆動電極３１、３２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されると、それらの間に静電引力が発生する。この静電引力により可動片１５ｂが高周波信号線１２側に引き寄せられ、一対の突起部Ｔ２、Ｔ３が基板１１の表面に当接し、その後、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の一部だけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触する。その後、電圧の印加が断たれると、可動片１５ｂはバネ復帰力によりオフ状態のノーマル位置に復帰する。
【００５０】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、マイクロマシンスイッチ１５Ｂの可動片１５ｂに、一対の接地導体１３、１４と高周波信号線１２との間に位置する基板１１の表面領域Ｒ２、Ｒ３にそれぞれ対向する一対の突起部Ｔ２、Ｔ３を設けることによって、スイッチオン時に可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着せず、対向領域Ｒ１の一部だけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触することになる。これにより、オン状態の可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する場合に比べ、オン状態の可動片１５ｂと誘電体１５ａとの接触面積が小さくなり、マイクロマシンスイッチ１５Ｂのスイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを抑えることが可能になるので、挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図１５及び図１６を参照して説明する。
【００５２】
本発明の第３の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分に同じ符号を付し、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。特に、製造方法も、フォトレジスト膜２２や犠牲層２５等の形状が異なるだけで、第１の実施の形態と基本的に同じである。
【００５３】
図１５及び図１６に示すように、第３の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ１５Ｃでは、可動片１５ｂは、隣接する一対の部材であって電圧印加によりどちらか一方だけが誘電体１５ａに接触する一対の可動部材４１、４２により構成されている。これにより、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１は、可動部材４１の対向領域Ｒ１ａと可動部材４２の対向領域Ｒ１ｂとなる。
【００５４】
一対の可動部材４１、４２は、可撓性を有する板状にそれぞれ形成されている。これらの可動部材４１、４２は、互いに平行に配置して数μｍ離間させ、さらに、誘電体１５ａの対向面Ｍ１から数μｍのギャップ（間隔）だけ離間させて、それぞれ配設されている。加えて、一対の可動部材４１、４２は、両持梁構造により一対の接地導体１３、１４にそれぞれ固定されている。これにより、一対の可動部材４１、４２は、一対の接地導体１３、１４に電気的にそれぞれ接続されている。
【００５５】
ここで、可動部材４１の幅（高周波信号線１２が伸びる方向の幅）は、可動部材４２の幅より小さく設定されており、可動部材４１の長さ（高周波信号線１２が伸びる方向に直交する方向の長さ）は、可動部材４２の幅より大きく設定されている。これにより、可動部材４１のバネ定数は、可動部材４２のバネ定数よりも小さくなるので、可動部材４１を駆動する駆動電圧は、可動部材４２を駆動する駆動電圧よりも小さくなる。
【００５６】
なお、バネ定数は、ｋ［Ｎ／ｍ］＝３２Ｅｔ３ｗ／Ｌｍ３＋８σ（１−ν）ｔｗ／Ｌｍである。ここで、Ｅは可動片１５ｂのヤング率であり、ｔは可動片１５ｂの厚さであり、σは可動片１５ｂの残留応力であり、νは可動片１５ｂのポアソン比であり、Ｌｍは可動片１５ｂの長さであり、ｗは可動片１５ｂの幅である。このバネ定数ｋは、可動片１５ｂの長さＬｍが大きくなる程小さくなる。また、駆動電圧は、Ｖｐ［Ｖ］＝√（８Ｋｇ３）／（２７ε０ｗＷ）である。ここで、ｋはバネ定数であり、ｇはギャップであり、ｔは真空の誘電率であり、ｗは可動片１５ｂの幅であり、Ｗは駆動電極（高周波信号線１２の幅）である。
【００５７】
このようなマイクロマシンスイッチ１５Ｃは、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されると、オン状態になり、その後、電圧の印加が断たれると、オフ状態になる。なお、印加する電圧の値は、可動部材４１だけが変形する電圧値である。
【００５８】
ここで、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのオフ状態（ノーマル状態）は、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されておらず、図１５に示すように、可動片１５ｂの一対の可動部材４１、４２が変形せず、高周波信号線１２上の誘電体１５ａに対して所定の間隔を維持し、誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触していない状態である。この状態の可動片１５ｂの位置が可動片１５ｂのノーマル位置である。
【００５９】
また、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのオン状態は、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加され、可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の一部、すなわち可動片１５ｂの可動部材４１の対向領域Ｒ１ａが高周波信号線１２上の誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着した状態である。詳述すると、高周波信号線１２と可動片１５ｂとの間に電圧が印加されると、それらの間に静電引力が発生する。この静電引力により可動片１５ｂの可動部材４１が高周波信号線１２側に引き寄せられ、可動部材４１の対向領域Ｒ１ａが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する。このとき、可動部材４２は変形していない。その後、電圧の印加が断たれると、可動部材４１はバネ復帰力によりオフ状態のノーマル位置に復帰する。
【００６０】
なお、可動片１５ｂの幅（高周波信号線１２が伸びる方向の幅）は、オフ状態からオン状態になると小さく変化することになる。これは、電圧印加により可動部材４１だけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に向かって変形するためである。すなわち、可動片１５ｂの幅は、オフ状態で可動部材４１の幅と可動部材４２の幅との合計であり、オン状態でほぼ可動部材４１の幅である。このように、スイッチオン時の可動片１５ｂの幅は、スイッチオフ時の幅より小さくなる。これにより、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのスイッチオン時の容量Ｃｂｄを小さくすることが可能になるので、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのスイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを抑えることができる。
【００６１】
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、マイクロマシンスイッチ１５Ｃの可動片１５ｂを一対の可動部材４１、４２により構成することによって、スイッチオン時に可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着せず、対向領域Ｒ１の一部である対向領域Ｒ１ａだけが誘電体１５ａの対向面Ｍ１に接触することになる。これにより、オン状態の可動片１５ｂの対向領域Ｒ１の全体が誘電体１５ａの対向面Ｍ１に密着する場合に比べ、オン状態の可動片１５ｂと誘電体１５ａとの接触面積が小さくなり、加えて、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのスイッチオン時の容量Ｃｂｄも小さくなり、マイクロマシンスイッチ１５Ｃのスイッチ容量のオン・オフ比Ｃｂｄ／Ｃｂｕを抑えることが可能になるので、挿入損失及び反射損失の劣化を抑えることができる。
【００６２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について図１７を参照して説明する。
【００６３】
本発明の第４の実施の形態では、前述の第１乃至３のいずれか一の実施の形態に係る移相器３ｂを備えるアンテナ装置、例えばフェーズドアレーアンテナ装置の一例について説明する。
【００６４】
［フェーズドアレーアンテナ装置の構成］
まず、フェーズドアレーアンテナ装置の構成について図１７を参照して説明する。
【００６５】
図１７に示すように、第４の実施の形態に係るフェーズドアレーアンテナ装置１は、複数のアンテナ素子２と、それらのアンテナ素子２に対応させてそれぞれ電気的に接続された複数の高周波モジュール３と、それら全ての高周波モジュール３に電気的に接続された電力分配合成器４と、その電力分配合成器４に電気的に接続された送受信機５と、全ての高周波モジュール３に電気的に接続された制御回路６とを備えている。
【００６６】
各アンテナ素子２は、例えば、正方形格子状や正三角格子状等に平面上に配列されている。これらのアンテナ素子２が、入力される高周波信号（ＲＦ信号）に応じてビームを放射するアレーアンテナを構成している。各アンテナ素子２の指向性の和がアレーアンテナの指向性となる。
【００６７】
高周波モジュール３は、高周波信号の振幅を増幅する増幅器３ａと、高周波信号の位相を変える移相器３ｂとを備えている。この高周波モジュール３は、制御回路６による制御に応じて、増幅器３ａ及び移相器３ｂにより高周波信号の振幅及び移相を調整する。この高周波信号は、送信時、電力分配合成器４から入力され、受信時、アンテナ素子２から入力される。
【００６８】
増幅器３ａは、送信系の高出力増幅器及び受信系の低雑音増幅器により構成されている。これらの高出力増幅器及び低雑音増幅器は、送信動作及び受信動作に応じて切り替えられる。高出力増幅器は、送信時、電力分配合成器４から移相器３ｂを介して入力された高周波信号の振幅を増幅し、増幅後の高周波信号をアンテナ素子２に出力する。また、低雑音増幅器は、受信時、アンテナ素子２から入力された高周波信号の振幅を増幅し、増幅後の高周波信号を移相器３ｂに出力する。
【００６９】
移相器３ｂは、送信時、電力分配合成器４から入力された高周波信号の位相を調整し、調整後の高周波信号を増幅器３ａに出力し、受信時、増幅器３ａから入力された高周波信号の位相を調整し、調整後の高周波信号を電力分配合成器４に出力する。
【００７０】
電力分配合成器４は、送信時、送受信機５から入力された高周波信号を各高周波モジュール３に分配し、受信時、各高周波モジュール３から入力された高周波信号を受信信号として合成し、その受信信号を送受信機５に出力する。なお、送受信機５は、送信時、電力分配合成器４に高周波信号を出力し、受信時、電力分配合成器４から受信信号を受け取る。
【００７１】
制御回路６は、ＣＰＵ（中央処理装置）等を有する計算機を備えている。この制御回路６は、全ての高周波モジュール３の駆動を制御する。例えば、制御回路６は、所望のビームを発生させるために必要な位相量を算出し、算出した位相量に基づいて、全高周波モジュール３の各移相器３ｂの駆動を制御する。また、制御回路６は、送信動作及び受信動作に応じて、増幅器３ａ内のスイッチ等を制御し、増幅器３ａ内の高出力増幅器と低雑音増幅器とを切り替える。これにより、送信時には、高出力増幅器がアンテナ素子２と移相器３ｂとの間に接続され、受信時には、低雑音増幅器がアンテナ素子２と移相器３ｂとの間に接続される。
【００７２】
［フェーズドアレーアンテナ装置の動作］
次いで、フェーズドアレーアンテナ装置１の動作について説明する。
【００７３】
フェーズドアレーアンテナ装置１は、各高周波モジュール３の増幅器３ａ及び移相器３ｂにより高周波信号の振幅及び位相を調整し、調整後の高周波信号を各アンテナ素子２に供給し、各アンテナ素子２からビームを放射する。このとき、フェーズドアレーアンテナ装置１は、制御回路６により移相器３ｂ毎の位相量を高速で切り替え、各アンテナ素子２を静止させたままで、所望の放射パターンを有するビームを希望の方向に走査する。
【００７４】
詳述すると、送信時には、高周波信号が送受信機５から電力分配合成器４に入力され、その高周波信号が電力分配合成器４により各高周波モジュール３に分配される。各高周波モジュール３では、入力された高周波信号の位相が移相器３ｂにより調整され、その振幅が増幅器３ａ内の高出力増幅器により増幅される。その後、位相調整及び振幅増幅後の各高周波信号がそれぞれ対応する各アンテナ素子２に入力され、それらのアンテナ素子２から所望の放射パターンを有するビームが放射される。
【００７５】
一方、受信時には、ビームのエコー波が各アンテナ素子２により高周波信号として受信される。アンテナ素子２毎に入力された各高周波信号は、それぞれ対応する各高周波モジュール３に入力される。各高周波モジュール３では、入力された高周波信号の振幅が増幅器３ａ内の低雑音増幅器により増幅され、その位相が移相器３ｂにより調整される。その後、振幅増幅及び位相調整後の各高周波信号が電力分配合成器４に入力され、電力分配合成器４により受信信号として合成され、その受信信号が送受信機５に入力される。
【００７６】
以上説明したように、第４の実施の形態によれば、前述の第１乃至３のいずれか一の実施の形態に係る移相器３ｂを用いてフェーズドアレーアンテナ装置１を構成することによって、移相器３ｂの損失が低減されるので、同じアンテナ利得を得る場合、従来のものに比べ、高周波モジュール３の数量を低減することができる。この結果、フェーズドアレーアンテナ装置１全体を小型軽量化することができ、さらに、消費電力の低減を実現することができる。
【００７７】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００７８】
例えば、前述の実施の形態においては、可動片１５ｂの両端を一対の接地導体１３、１４に固定し、可動片１５ｂを両持梁構造により基板１１上に設けているが、これに限るものではなく、例えば、可動片１５ｂの一端だけを一対の接地導体１３、１４のどちらか一方に固定し、可動片１５ｂを片持梁構造により基板１１上に設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る移相器の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す移相器が備えるマイクロマシンスイッチの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２に示すマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。
【図４】図２及び図３に示すマイクロマシンスイッチの等価回路を示す回路図である。
【図５】図２及び図３に示すマイクロマシンスイッチの製造方法を説明するための第１の工程断面図である。
【図６】第２の工程断面図である。
【図７】第３の工程断面図である。
【図８】第４の工程断面図である。
【図９】第５の工程断面図である。
【図１０】第６の工程断面図である。
【図１１】第７の工程断面図である。
【図１２】第８の工程断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る移相器が備えるマイクロマシンスイッチの概略構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る移相器が備えるマイクロマシンスイッチの概略構成を示す断面図である。
【図１６】図１５に示すマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係るフェーズドアレーアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…アンテナ装置（フェーズドアレーアンテナ装置）、２…アンテナ素子、３ｂ…移相器、６…制御回路、１１…基板、１２…高周波信号線、１３，１４…接地導体、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…マイクロマシンスイッチ、１５ａ…誘電体、１５ｂ…可動片、Ｒ１…対向領域，Ｒ２，Ｒ３…表面領域、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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