(57)【要約】【課題】寄生リアクタンスが低い単極多投スイッチ及び該スイッチを組み込んだアンテナを提供すること。【解決手段】本発明のスイッチ配列は、中央位置の周囲で、基板上に配列された複数のＭＥＭＳスイッチを有し、ＭＥＭＳスイッチのそれぞれは、中央位置上で中心化された共通で仮想上の円形部分上に配置される。加えて、各ＭＥＭＳスイッチは、上記の仮想上の円形部分の周囲に沿って等間隔に好ましく配置される。また、ＭＥＭＳスイッチのそれぞれのＲＦポートを中央位置に接続する接点を設けている。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチユニットと、
少なくとも１つの第三のＭＥＭＳスイッチとを有し、
前記複数のスイッチユニットの各々は、中心点に連結された少なくとも２つのＭＥＭＳスイッチを有し、
前記少なくとも２つのＭＥＭＳスイッチは、少なくとも２つの伝送線路ポートを前記中心点へ選択的に連結するように配置され、
前記少なくとも１つの第三のＭＥＭＳスイッチは、
前記中心点に連結され、
隣接するスイッチユニットの中心点に接続されるように構成される、ことを特徴とするスイッチ配列。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチ配列であって、
前記複数のスイッチユニットの各々は、中心に配置された伝送線路を有し、
前記中心に配置された伝送線路は、前記複数のスイッチユニットの各々を隣接するスイッチユニットの前記少なくとも１つの第三のＭＥＭＳスイッチへ接続する、ことを特徴とするスイッチ配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのハイブリッド回路として組み合わせられた複数の単極単投デバイスを用いて構築された単極多投スイッチに関する。本発明に係るスイッチは、多層プリント基板において、垂直ビア（ｖｉａ）を中心点としてそのまわりに対称に配置される。本明細書は、寄生リアクタンスが低い単極多投スイッチ及び該スイッチを組み込んだアンテナについて記載する。
【背景技術】
【０００２】
一態様として、本発明は、（好ましくは１つのスイッチマトリックスとして組み合わせられた）複数の単極単投デバイスを用いて構築された既存の単極多投スイッチが伴う複数の問題を解決する。本発明の該一態様によれば、複数のスイッチが、多層プリント基板において、中心点（好ましくは垂直ビア）まわりに対称に配置される。これにより、１つの共通のポートの周囲に最低限の間隔で配置できるスイッチ数を最大とすることができる。これにより、見込まれる寄生リアクタンスが最低になると共に、見込まれる回路周波数応答が最大となる。さらに、すべての残留寄生リアクタンスを共通のポート上の１つの素子によって整合させることができるため、すべてのポートが同じ周波数応答を持つようになる。ここでは１×４スイッチについて述べるが、本発明の概念は、１×６スイッチや１×８スイッチ、或いは、より多くの展開を持つ（１×Ｎ）スイッチにも適用できる。また、本発明に係るスイッチは、切替式ビームダイバーシチアンテナを製造する目的でアンテナアレイと一体化させることもできる。
【０００３】
ここに開示したスイッチ配列は、クローバー型ビバルディ・アンテナと共に用いると、クローバー型ビバルディ・アンテナのうちいずれのアンテナがアクティブであるかを判断することができ、便利である。ここに参考文献として組み込まれる米国特許出願第０９／５２５，８３２号明細書（タイトル：「Ｖｉｖａｌｄｉ  Ｃｏｌｖｅｒｌｅａｆ  Ａｎｔｅｎｎａ」、出願日：２０００年５月１２日）は、クローバー型ビバルディ・アンテナの製造方法について開示している。
【０００４】
本願発明の用途及び使用法は、複数考えられる。あらゆる通信システム及びマイクロ波システム全般における基本構成要素として、単極多投無線周波数スイッチには多数の用途がある。通信システムはどんどん複雑になってきており、複数のダイバーシチアンテナ、複数の再構成可能な受信機、及び空間時間処理を必要とするため、より高機能な無線周波数部品に対する必要性が増している。これらの先進的な通信システムは、寄生リアクタンスが低い単極多投スイッチを必要とする。このようなスイッチは、例えば、該通信システムのアンテナ系に関連して用いられる。
【０００５】
本願の先行技術には、以下の特許文献１〜１８６も含まれる。
【特許文献１】米国特許第６，２５２，４７３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２１８，９１２号明細書
【特許文献３】米国特許公開第２００２／００３６５８６号明細書
【特許文献４】英国特許公開第１，１４５，２０８号明細書
【特許文献５】特開昭６１−２６０７０２号公報
【特許文献６】国際公開第０１／３１７３７号明細書
【特許文献７】米国特許出願第１０／９４４，０３２号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５２５，６９５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，６５７，５２５号明細書
【特許文献１０】米国特許公開第２００３／０１９３４４６号明細書
【特許文献１１】国際公開第０１／７３８９１号明細書
【特許文献１２】国際公開第０１／７３８９３号明細書
【特許文献１３】米国特許公開第２００１／００３５８０１号明細書
【特許文献１４】米国特許公開第２００３／０１２２７２１号明細書
【特許文献１５】米国特許公開第２００４／０１３５６４９号明細書
【特許文献１６】米国特許公開第２００４／０２２７５８３号明細書
【特許文献１７】米国特許公開第２００４／０２２７６６７号明細書
【特許文献１８】米国特許公開第２００４／０２２７６６８号明細書
【特許文献１９】米国特許公開第２００４／０２２７６７８号明細書
【特許文献２０】米国特許公開第２００４／０２６３４０８号明細書
【特許文献２１】米国特許第３，２６７，４８０号明細書
【特許文献２２】米国特許第３，５６０，９７８号明細書
【特許文献２３】米国特許第３，８１０，１８３号明細書
【特許文献２４】米国特許第３，９６１，３３３号明細書
【特許文献２５】米国特許第４，０４５，８００号明細書
【特許文献２６】米国特許第４，０５１，４７７号明細書
【特許文献２７】米国特許第４，１１９，９７２号明細書
【特許文献２８】米国特許第４，１２３，７５９号明細書
【特許文献２９】米国特許第４，１２４，８５２号明細書
【特許文献３０】米国特許第４，１２７，５８６号明細書
【特許文献３１】米国特許第４，１５０，３８２号明細書
【特許文献３２】米国特許第４，１７３，７５９号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，１８９，７３３号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，２１７，５８７号明細書
【特許文献３５】米国特許第４，２２０，９５４号明細書
【特許文献３６】米国特許第４，２３６，１５８号明細書
【特許文献３７】米国特許第４，２４２，６８５号明細書
【特許文献３８】米国特許第４，２６６，２０３号明細書
【特許文献３９】米国特許第４，３０８，５４１号明細書
【特許文献４０】米国特許第４，３６７，４７５号明細書
【特許文献４１】米国特許第４，３７０，６５９号明細書
【特許文献４２】米国特許第４，３８７，３７７号明細書
【特許文献４３】米国特許第４，３９５，７１３号明細書
【特許文献４４】米国特許第４，４４３，８０２号明細書
【特許文献４５】米国特許第４，５９０，４７８号明細書
【特許文献４６】米国特許第４，５９４，５９５号明細書
【特許文献４７】米国特許第４，６７２，３８６号明細書
【特許文献４８】米国特許第４，６８４，９５３号明細書
【特許文献４９】米国特許第４，７００，１９７号明細書
【特許文献５０】米国特許第４，７３７，７９５号明細書
【特許文献５１】米国特許第４，７４９，９６６号明細書
【特許文献５２】米国特許第４，７６０，４０２号明細書
【特許文献５３】米国特許第４，７８２，３４６号明細書
【特許文献５４】米国特許第４，６０３，４９４号明細書
【特許文献５５】米国特許第４，８２１，０４０号明細書
【特許文献５６】米国特許第４，８３５，５４１号明細書
【特許文献５７】米国特許第４，８４３，４００号明細書
【特許文献５８】米国特許第４，８４３，４０３号明細書
【特許文献５９】米国特許第４，８５３，７０４号明細書
【特許文献６０】米国特許第４，９０３，０３３号明細書
【特許文献６１】米国特許第４，９０５，０１４号明細書
【特許文献６２】米国特許第４，９１６，４５７号明細書
【特許文献６３】米国特許第４，９２２，２６３号明細書
【特許文献６４】米国特許第４，９５８，１６５号明細書
【特許文献６５】米国特許第５，０２１，７９５号明細書
【特許文献６６】米国特許第５，０２３，６２３号明細書
【特許文献６７】米国特許第５，０７０，３４０号明細書
【特許文献６８】米国特許第５，０８１，４６６号明細書
【特許文献６９】米国特許第５，１１５，２１７号明細書
【特許文献７０】米国特許第５，１４６，２３５号明細書
【特許文献７１】米国特許第５，１５８，６１１号明細書
【特許文献７２】米国特許第５，２０８，６０３号明細書
【特許文献７３】米国特許第５，２３５，３４３号明細書
【特許文献７４】米国特許第５，２６８，６９６号明細書
【特許文献７５】米国特許第５，２６８，７０１号明細書
【特許文献７６】米国特許第５，２７８，５６２号明細書
【特許文献７７】米国特許第５，２８７，１１６号明細書
【特許文献７８】米国特許第５，２８７，１１８号明細書
【特許文献７９】米国特許第５，４０２，１３４号明細書
【特許文献８０】米国特許第５，４０６，２９２号明細書
【特許文献８１】米国特許第５，５１９，４０８号明細書
【特許文献８２】米国特許第５，５２５，９５４号明細書
【特許文献８３】米国特許第５，５３１，０１８号明細書
【特許文献８４】米国特許第５，５３２，７０９号明細書
【特許文献８５】米国特許第５，５３４，８７７号明細書
【特許文献８６】米国特許第５，５４１，６１４号明細書
【特許文献８７】米国特許第５，５５７，２９１号明細書
【特許文献８８】米国特許第５，５８１，２６６号明細書
【特許文献８９】米国特許第５，５８９，８４５号明細書
【特許文献９０】米国特許第５，６００，３２５号明細書
【特許文献９１】米国特許第５，６１１，９４０号明細書
【特許文献９２】米国特許第５，６１９，３６５号明細書
【特許文献９３】米国特許第５，６１９，３６６号明細書
【特許文献９４】米国特許第５，６３８，９４６号明細書
【特許文献９５】米国特許第５，６４４，３１９号明細書
【特許文献９６】米国特許第５，６９４，１３４号明細書
【特許文献９７】米国特許第５，７２１，１９４号明細書
【特許文献９８】米国特許第５，７６７，８０７号明細書
【特許文献９９】米国特許第５，６０８，５２７号明細書
【特許文献１００】米国特許第５，８７４，９１５号明細書
【特許文献１０１】米国特許第５，８９２，４８５号明細書
【特許文献１０２】米国特許第５，８９４，２８８号明細書
【特許文献１０３】米国特許第５，９０５，４６５号明細書
【特許文献１０４】米国特許第５，９２３，３０３号明細書
【特許文献１０５】米国特許第５，９２６，１３９号明細書
【特許文献１０６】米国特許第５，９２９，８１９号明細書
【特許文献１０７】米国特許第５，９４３，０１６号明細書
【特許文献１０８】米国特許第５，９４５，９５１号明細書
【特許文献１０９】米国特許第５，９４９，３８２号明細書
【特許文献１１０】米国特許第５，９６６，０９６号明細書
【特許文献１１１】米国特許第５，９６６，１０１号明細書
【特許文献１１２】米国特許第６，００５，５１９号明細書
【特許文献１１３】米国特許第６，００５，５２１号明細書
【特許文献１１４】米国特許第６，００８，７７０号明細書
【特許文献１１５】米国特許第６，０１６，１２５号明細書
【特許文献１１６】米国特許第６，０２８，５６１号明細書
【特許文献１１７】米国特許第６，０２８，６９２号明細書
【特許文献１１８】米国特許第６，０３４，６４４号明細書
【特許文献１１９】米国特許第６，０３４，６５５号明細書
【特許文献１２０】米国特許第６，０３７，９０５号明細書
【特許文献１２１】米国特許第６，０４０，８０３号明細書
【特許文献１２２】米国特許第６，０４６，６５５号明細書
【特許文献１２３】米国特許第６，０４６，６５９号明細書
【特許文献１２４】米国特許第６，０５４，６５９号明細書
【特許文献１２５】米国特許第６，０６１，０２５号明細書
【特許文献１２６】米国特許第６，０７５，４８５号明細書
【特許文献１２７】米国特許第６，０８１，２３５号明細書
【特許文献１２８】米国特許第６，０８１，２３９号明細書
【特許文献１２９】米国特許第６，０９７，２６３号明細書
【特許文献１３０】米国特許第６，０９７，３４３号明細書
【特許文献１３１】米国特許第６，１１８，４０６号明細書
【特許文献１３２】米国特許第６，１１８，４１０号明細書
【特許文献１３３】米国特許第６，１２７，９０８号明細書
【特許文献１３４】米国特許第６，１５０，９８９号明細書
【特許文献１３５】米国特許第６，１５４，１７６号明細書
【特許文献１３６】米国特許第６，１６６，７０５号明細書
【特許文献１３７】米国特許第６，１７５，３３７号明細書
【特許文献１３８】米国特許第６，１７５，７２３号明細書
【特許文献１３９】米国特許第６，１８８，３６９号明細書
【特許文献１４０】米国特許第６，１９１，７２４号明細書
【特許文献１４１】米国特許第６，１９８，４３８号明細書
【特許文献１４２】米国特許第６，１９８，４４１号明細書
【特許文献１４３】米国特許第６，２０４，８１９号明細書
【特許文献１４４】米国特許第６，２１８，９１２号明細書
【特許文献１４５】米国特許第６，２１８，９９７号明細書
【特許文献１４６】米国特許第６，２４６，３７７号明細書
【特許文献１４７】米国特許第６，２５２，４７３号明細書
【特許文献１４８】米国特許第６，２８５，３２５号明細書
【特許文献１４９】米国特許第６，３０７，５１９号明細書
【特許文献１５０】米国特許第６，３１７，０９５号明細書
【特許文献１５１】米国特許第６，３２３，８２６号明細書
【特許文献１５２】米国特許第６，３３１，２５７号明細書
【特許文献１５３】米国特許第６，３６６，２５４号明細書
【特許文献１５４】米国特許第６，３７３，３４９号明細書
【特許文献１５５】米国特許第６，３８０，８９５号明細書
【特許文献１５６】米国特許第６，３８８，６３１号明細書
【特許文献１５７】米国特許第６，３９２，６１０号明細書
【特許文献１５８】米国特許第６，４０４，３９０号明細書
【特許文献１５９】米国特許第６，４０４，４０１号明細書
【特許文献１６０】米国特許第６，４０７，７１９号明細書
【特許文献１６１】米国特許第６，４１７，８０７号明細書
【特許文献１６２】米国特許第６，４２６，７２２号明細書
【特許文献１６３】米国特許第６，４４０，７６７号明細書
【特許文献１６４】米国特許第６，４７３，３６２号明細書
【特許文献１６５】米国特許第６，４８３，４８０号明細書
【特許文献１６６】米国特許第６，４９６，１５５号明細書
【特許文献１６７】米国特許第６，５１５，６３５号明細書
【特許文献１６８】米国特許第６，５１８，９３１号明細書
【特許文献１６９】米国特許第６，５３８，６２１号明細書
【特許文献１７０】米国特許第６，５５２，６９６号明細書
【特許文献１７１】独国特許公開第１９６００６０９号明細書
【特許文献１７２】欧州特許公開第０５３９２９７号明細書
【特許文献１７３】欧州特許公開第１１５８６０５号明細書
【特許文献１７４】仏国特許公開第２７８５４７６号明細書
【特許文献１７５】英国特許公開第２２８１６６２号明細書
【特許文献１７６】英国特許公開第２３２８７４８号明細書
【特許文献１７７】国際公開第９４／００８９１号明細書
【特許文献１７８】国際公開第９６／２９６２１号明細書
【特許文献１７９】国際公開第９８／２１７３４号明細書
【特許文献１８０】国際公開第９９／５０９２９号明細書
【特許文献１８１】国際公開第００／４４０１２号明細書
【特許文献１８２】米国特許第６，６４２，８８９号明細書
【特許文献１８３】米国特許第６，６２４，７２０号明細書
【特許文献１８４】米国特許第６，４２４，３１９号明細書
【特許文献１８５】米国特許第６，３３７，６６８号明細書
【特許文献１８６】国際公開第０３／０９８７３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のいずれの特許も、本願明細書に開示された種類の単極多投スイッチの必要性に関する問題を解決するものではない。上記特許は放射状デザインではあるが、（ｉ）ＭＥＭデバイスでも（ｉｉ）マイクロストリップでもない従来の導波管を用いて構築されたものである。放射状デザインであるというだけでそれがＭＥＭデバイススイッチ用及び／又はマイクロストリプスイッチ用であるとは言えない。なぜなら、必須の垂直グラウンドビアは、一般的には、マイクロストリップ回路において用いられていないからである。さらに、市販の多くのマイクロストリップスイッチは、本発明に直接適用できない。なぜなら、これらは、一般的に、ＰＩＮダイオード又はＦＥＴスイッチを用いるからである。ＰＩＮダイオード及びＦＥＴスイッチは、バイアス回路を必要とするため、バイアス回路によって形が決まってしまい、放射状デザインには不向きである。
【０００７】
無線周波数通信システム用の汎用構成要素として、単極多投スイッチが必要とされている。今日の無線周波数（ＲＦ）システムにおいて必要とされる性能を備えた該スイッチを提供する１つの方法は、ＲＦマイクロ電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＭＥＭＳ）スイッチを用いることである。この問題に対する１つの解決法は、単に、１つの基板上にＩ×ＮモノリシックＭＥＭＳスイッチを構築することである。しかしながら、これが可能でない場合や、モノリシックでは要求される特性（例えば展開数など）を得られない場合もあり得る。このような状況では、ハイブリッド方式を用いるべきである。
【０００８】
マイクロ波基板上に、ＲＦ信号線と共に、単極多投ＲＦ・ＭＥＭＳスイッチを組み立てて所望のスイッチング回路を作る方法には様々なものが存在する。おそらく最も簡便な方法を図１に示す。マイクロストリップライン５として図示された共通ポートは、複数のＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４がクラスター化されている近くの点６において終端する。ＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４は、マイクロストリップ５の中心線からその横方向両側に等しく間隔を空けて配置されることが好ましい。このとき、ポート１、２、３、及び４は、この中心点６から広がっており、各ポートには１つのＭＥＭＳスイッチが割り当てられる。図中、基板１２は、その一部のみが図示されている。これらスイッチのうちの１つ（例えば、スイッチ１０−４）を閉じ、残りのすべてのスイッチ（例えば、スイッチ１０−１〜１０−３）を開くことにより、ＲＦエネルギをマイクロストリップライン５によって提供される共通ポートから選択可能な複数のポートのうち任意のポート（この例ではポート４）へ非常に低い損失で導くことができる。また、このスイッチング回路は、共通ポートと３つの開ポートとの間及び選択ポート相互間に高い絶縁性を示す。
【０００９】
図１に示したデザインは新規なものではあると考えられるが、いくつか不備な点もある。４つすべてのＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４は、理想的には、点６の一点まわりに合理的に可能な限り接近してクラスター化されるべきである。図１で注意すべきことは、各スイッチ１０の端点６からの間隔が異なることである。図１に示す場合のように各スイッチ１０が伝送線路の長さ分離間していると、その伝送線路の長さはポートの一部に対して寄生リアクタンスとして働く。例えば、図１において、伝送線路の長さＬ又はその一部は、ポート１及び２に対する開マイクロストリップスタブのように見える。マイクロストリップ６の長さＬは、アンテナ分野では「スタブ（ｓｔｕｂ）」と呼ばれる。スタブが存在する回路において、スタブは回路のインピーダンスに影響を与える。本実施形態において、その効果は望ましいものではない可能性が高い。残念ながら、ポート３及び４から成る第二のペアをポート１及び２から成る第一のペアにこれ以上近づけることはできない可能性が高い。なぜなら、これ以上近づけると、マイクロストリップラインに非常に接近した部分が生じ、それらの間に望ましくない電磁結合が生じ得るからである。さらに、マイクロストリップスタブにより生じる寄生リアクタンスを補償したい場合、すべてのラインが同じリアクタンスを示すわけではないため、各ラインを別々にチューニングする必要がある。また、この回路の上面には、選択ポートのそれぞれに別々のチューニング素子を設けるスペースも、ＤＣバイアスライン及びＲＦ信号ラインのための余地もない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
図１は、複数の単極単投ＲＦ・ＭＥＭＳスイッチを組み合わせて１つの単極多投ハイブリットデザインとする方法の中で比較的簡単なものを示している。好ましいデザインは、他の図面を参照して説明する。
【００１１】
一態様として、本発明は、基板上に中心点まわりに配置された複数のＭＥＭＳスイッチと、複数の配線とを有し、上記複数のＭＥＭＳスイッチの各々は上記中心点を中心とする共通の仮想円上に該仮想円の円周に沿って等間隔に配置され、上記複数の配線は上記複数のＭＥＭＳスイッチの各々のＲＦポートを上記中心点と接続する、スイッチ配列を提供する。
【００１２】
別の態様として、本発明は、スイッチ配列製造方法であって、基板上に複数のＭＥＭＳスイッチを一点のまわりに円形に配置する工程と、複数のＲＦストリップラインを該基板上に該点に対して放射状に配置する工程と、上記複数のＭＥＭＳスイッチの１つが作動すると上記複数のＲＦストリップラインの１つが上記基板上の上記一点に位置する共通の接合点へ連結されるように、該複数のＲＦストリップラインを上記複数のＭＥＭＳスイッチを経由して上記接合点へ接続する工程と、を有するスイッチ配列製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を思い出して欲しい。図１のデザインは、様々なポート１〜４のスイッチが入れられたとき、マイクロストリップライン６の共通ポートから見たインピーダンスについて複数の問題を引き起こす。この問題を解決する１つの方法を図２ａ及び図２ｂに示す。
【実施例】
【００１４】
図２ａ及び図２ｂの構造は、多層プリント基板１２を含み、多層プリント基板１２の底面１３に共通のＲＦ線１４が形成され、このＲＦ線１４は、金属めっきビア２０によって、グラウンド層１８を通って、スイッチ１０−１〜１０−４から成る１×４スイッチマトリックスの中心にある中心点７へフィードされる構造である。ここで、スイッチ１０−１〜１０−４は、共通の基板（図示せず）上にハイブリッドとして作られてもよく、或いは、面９に個別に取り付けられてもよい。スイッチ１０−１〜１０−４は、複数のＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０を含む（符号１０は、「１０−数字」の形でなく単独で用いられるとき、１つの特定のスイッチではなく、これらＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ全体を指す）。スイッチ１０の数は、所望であれば、４より大きくてもよいことは明らかである。
【００１５】
ＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０は、好ましくは図示したような放射状の形で、中心点７の周囲に配置される。この形は、好ましくは共通点７を通る軸「Ａ」まわりの回転によってしか変化しない同じ部分形状を用いることによって、選択ポート１〜４の各々が同じＲＦ環境（インピーダンスなど）を見る、という利点を有する。よって、ポート１〜４の各々は、同じ（又は、少なくとも、互いに略同一の）ＲＦ性能を持つはずである。加えて、この形によれば、ＭＥＭＳデバイス１０が可能な限り接近して共通点７の周囲にクラスター化されるため、寄生リアクタンスが最小限に抑えられる。さらに、１×４スイッチマトリックスの場合、制御ラインのペア１１を互いに直角に配置し、これら制御ラインペア間の電磁結合を非常に低く抑えることができる。本実施形態は４つのポートを有するが、この基本デザインをより多くの（又は、より少ない）ポート数が設けられるように変形することができることは明らかである。
【００１６】
ＭＥＭＳスイッチ１０は、基板１２上に中心点７の周囲に円形に配置されることが好ましい。スイッチ１０は、円Ｂ上に円形に配置されることに注意。また、これらスイッチは、円Ｂの円周に沿って等間隔に配置されることが好ましい。ＭＥＭＳスイッチ１０は、回路基板１２の面９上に直接且つ個別に配置されてもよく、或いは、小型基板（図示せず）上にスイッチハイブリッドとして形成され、この小型基板が面９上にマウントされてもよい。
【００１７】
ビア２０は、例えばボール・ボンディング法を用いてスイッチ１０を配線可能なパッド８をプリント基板１２の上面に備えていることが好ましい。これらスイッチ１０は、制御ラインペア１１及びポート１〜４へも配線される。
【００１８】
図２ａにおいて、共通ポート７は、グラウンド層の裏面から垂直金属めっきビア２０を通って、基板１２の上面へフィードされ、該上面の中心点７で終端する。ＭＥＭＳスイッチ１０は、中心点７の周囲に放射状にクラスター化される。ＭＥＭＳスイッチ１０の各中心点は、ビア２０の軸Ａから半径方向に等距離離れていることが好ましい。これにより、多くのスイッチ１０を狭いエリア内に収めることができると共に、ポート間の電磁結合を最小限に抑えることができる。ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４を用いる１×４スイッチの場合、ポート１〜４へ向かうＲＦマイクロストリップラインが互いに直角に配置されることにより、ポート間の電磁結合は更に小さくなる。この構造に係る基板１２は、埋設されたグラウンド層１８を備えた多層マイクロ波基板であることが好ましい。
【００１９】
ポート１〜４に連結されたＲＦマイクロストリップラインは、例えば、アンテナ構造により駆動される素子を形成してもよく、或いは、アンテナ素子に連結されてもよい。このような素子は、例えば、ＲＦ信号の送受信に用いられる。
【００２０】
図３ａ及び図３ｂは、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態においては、複数のＤＣバイアスラインの一部が、基板１２において埋設されたグラウンド層１８と接続している複数のビア２１として実現される。これらビア２１は、ＭＥＭＳスイッチ１０上のグランド配線をビア２１へ接続するのを容易にするために、ビア２１の上面に形成されたパッド８を有し得る。バイアスラインの各ペア１１は、グラウンドライン２４と、信号ライン若しくは制御ライン２３とから成るため、ビア２１を用いることにより、性能を損なうことなく、グラウンドライン２４−１〜２４−４の各々をＲＦグラウンド層１８へ接続することができる。これにより、外部から回路への配線が減る。なぜなら、各スイッチ１０−１〜１０−４に対してＤＣ制御配線２３−１〜２３−４が１つしか必要ないからである。これは、図２ａ及び２ｂの実施形態と比べて、配線の総数が半分になっている。
【００２１】
図３ａ及び図３ｃの形が持つと考えられる別の利点を図４に示す。共通ポート７用に用いられるビアなどの貫通ビア２０は、それ自体が寄生リアクタンスを持つ場合がある。外部集中定数回路２５として補償リアクタンスＺを提供することにより、回路のＲＦ整合を最適化することができる。図４において、リアクタンスＺは、グラウンド層１８に連結された複数のビア２１のうちの１つを用いて、ビア２０をグラウンドへ連結させる。このインピーダンス整合は中心のポート７上で行われ、他のすべてのポートは対称であるため、１つの整合構造Ｚがすべてのポートに作用する。この集中定数回路を用いる方法は、整合構造の一例に過ぎず、ＲＦ設計の当業者には他の例も明らかである。ＭＥＭＳスイッチ１０のグラウンド配線は、金属めっきビア２１に直接配線されるか、或いは、ビア２１付属のパッド８に配線される。ここでは、ビア２１及びパッド８のいずれかは、埋設されたグラウンド層１８と電気的に接続している。中心のＲＦポートを提供するビア２０はグラウンド層１８に設けられた穴又は開口部１９を通り、ビア２１はグラウンド層１８と接触する。
【００２２】
図２ａ及び図２ｂの場合のように、図３ａ、３ｂ、及び４の複数のＭＥＭＳスイッチデバイス１０−１〜１０−４は、基板１２上に該基板に垂直な軸Ａまわりに配置され、各スイッチ１０は軸Ａ（中心点７）を中心として円形に配置され、各スイッチ１０は好ましくはこの円形配置を規定する仮想円Ｂの円周に沿って等間隔に配置される。このように、ＭＥＭＳスイッチ１０は、基板１２上に中心点７の周囲に円形に配置されることが好ましい。スイッチ１０は、円Ｂ上に配置されることに注意。また、スイッチ１０は、円Ｂの円周に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００２３】
図２ａ及び図３ａにおいて、ＤＣ制御ライン１１及び２２は、ＲＦライン１〜４よりもライン幅が細く図示されている。ＤＣラインのライン幅がＲＦラインのライン幅よりも細くなるほど、ＤＣラインのインピーダンスは高くなるため、ＲＦラインとの電磁結合が減少する。ＤＣラインのライン幅をＲＦラインのライン幅に対してどの程度細くするかは幾分トレードオフ事項ではあるが、ＤＣラインのライン幅は、ＲＦラインのライン幅の約２５％以下であることが好ましいと考えられる。望ましくない電磁結合を減少させるためには、ＤＣラインをＲＦラインから少なくともＲＦライン一本分離すべきである。ＭＥＭＳスイッチは、それぞれのＲＦライン、ＤＣ制御ライン、及び、グラウンドパッド若しくはグラウンドラインへ、個々のスイッチ１０とそれぞれの種々のライン及び／又はパッドとへボンディングされたワイヤ１３を用いて、配線することができる。
【００２４】
本構造のまた別の実施形態を図５ａ及び図５ｂに示す。この実施形態において、各スイッチ１０に接続されたＤＣバイアススイッチ制御ライン２３、２４の双方は、垂直金属めっきビア２１、２６を通ってフィードされる。各スイッチ１０について、これら２本のラインのうちの１本（ライン２４）は、グラウンド層１８と接触しているビア２１により接地され、他方のライン（ライン２３）は、グラウンド層１８に設けられた穴を通るビア２６によって、ＭＥＭＳスイッチ１０の制御ラインとして機能する基板１２の背面のトレース２７へ接続される。これにより、基板前面のクラッター（スイッチ配列のＲＦ能力に直接は役立たないライン）が減少する。また、スイッチング回路をより複雑なものとすることができる。さらに、ＲＦラインとＤＣバイアスライン１１の間の電磁結合を減少させることができる。
【００２５】
図５ａ及び図５ｂの実施形態においては、すべてのＤＣバイアスライン１１が金属めっきビア２１、２６を通る。これらの半分はグラウンド層１８と接触し、残りの半分はグラウンド層を通過して基板１２の背面１３のトレース２７と接触する。
【００２６】
ここまで、マイクロストリップライン１４の共通入力ポート７の周囲に形成され、複数の出力ポート（例えば、ポートが４つの実施形態ではポート１〜４）のうちの１つにＲＦエネルギをルーティングする離散ＲＦ・ＭＥＭＳデバイス１０を備えた放射状スイッチング構造という共通のテーマに基づいた複数の形について説明してきた。
【００２７】
本明細書に開示されたデバイスの動作は往復的であるため、出力ポートとして記載された種々のポートは、中心点７である共通出力ポートへフィードされる複数の代替入力ポートとしても機能し得ることは明らかである。さらに、ここまで１×４スイッチング回路が図示されてきたが、例えば１×６や１×８や更にこれ以上の数のスイッチがスイッチング回路に設けられてもよく、そのようなデザインは本明細書の開示内容を完全に理解したＲＦ設計の当業者には明らかである。しかしながら、ＲＦライン及びＤＣバイアスラインが込み入ってしまうため、あまりにも多くのポート数は実現が困難となり得る。この問題は、図６ａ及び図６ｂに示す変形例を用いることによって解決することができる。この実施形態において、ＲＦ信号及びＤＣ信号は、ライン１、２、３、及び４を共用する。ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４のＲＦポート及びＤＣポートの双方は、図６ａに示すように、一緒に接続される。信号のＤＣ部分は、各スイッチのＤＣ回路において、インダクタ３２−１〜３２−４を用いることによって、ＲＦ部分と分離することができる。ここで、インダクタとは、例えば、集中定数回路、プリント・インダクタ、又は、超高インピーダンスＲＦラインなどの誘電構造、などである。図６ｂに示すように、ＲＦ信号をＤＣグラウンドと分離するのに別のインダクタ３４が必要とされる場合もある。その場合、ビア２０への配線から離れた方のインダクタ３４の一端は、グラウンド電位のライン１５へ連結される。ＤＣ信号が他のＲＦ部品へ到達することを防ぐ必要がある場合、ＲＦラインの各々において外部ＤＣブロックキャパシタを用いることができる。これらキャパシタは、図示を省略する。図６ａ及び６ｂは、ポートが４つの場合の配列を示しているが、この変形例はスペース上の制約から他の実施形態を容易に用いることができないところで用いられることになるであろうことは明らかである。
【００２８】
本発明の他の態様において、上記の放射状スイッチング構造は、プリント・アンテナ構造と組み合わせられる。ここで、プリント・アンテナ構造は、放射状スイッチング構造と同じ基板１２を共有してもよく、しなくてもよい。図７の実施形態において、プリント・アンテナ構造４０は、素子間にフレア・ノッチアンテナ３７を形成する４つの導電性クローバー葉形素子３６を含むことが好ましい。基板の背面に配置されたＤＣバイアスライン１１ａと、同じく基板の背面に配置された共通のＲＦライン１４とは、破線で図示されている。基板前面の選択ＲＦラインは、実線で図示されている。導電性クローバー葉形素子は、従来通りのプリント回路基板製造手法を用いて、基板１２の一面に形成されることが好ましい。したがって、クローバー葉形素子３６は、例えば、銅張プリント回路基板を適切にエッチングすることによって、形成することができる。破線で示した底面のラインも、同様に、銅張プリント回路基板を適切にエッチングすることによって形成してもよい。
【００２９】
フレア・ノッチ３７の各々は、別々のマイクロストリップライン１〜４によってフィードされる。マイクロストリップライン１〜４の各々は、アンテナのノッチを横切り、ビア３９において、基板１２の反対側のグラウンド層１８（例えば図５ｂ参照）に短絡される。これらマイクロストリップラインは、既述のスイッチ配列に関して説明したポート１〜４に対応する。これらマイクロストリップラインを伝わるＲＦエネルギは、接続されたアンテナ構造から当該アンテナが向けられた方向（すなわち、励起したノッチアンテナのノッチの中心点列に沿って）へ放射される。ＤＣバイアスライン１１及び１１ａは、基板１２の底面の同じコネクタ４１へルーティングされることが好ましい。ＲＦ入力は、４つのアンテナ構造のうち、いずれのＭＥＭＳスイッチ１０（図５ａ参照。スイッチ１０は小さすぎて図７にははっきりと図示できないが、点７の周囲にクラスター化されている）が閉じられているかによって決定された１つのアンテナ構造へ（マイクロストリップ１〜４のうちの１つによって）ルーティングされる１つのフィード点４２を含むことが好ましい。バイアスライン１１は、基板１２の上面に配置され、バイアスライン１１ａは、基板１２の底面に配置される。これらは、ビアによって、基板１２を通って連結される。図７では、１つのビアの１つのパッド８だけに符号が付されている（残りのビアについては、それらの周囲に符号を書く十分なスペースがないため符号が省略されているが、いずれにしてもこれらビアは容易に視認可能である）。図７においてはビアの中心点７からの間隔が実際の場合より広いが、これは単に便宜上のものに過ぎない。
【００３０】
図７に示したものよりも複雑な実施形態を図８に示す。この実施形態は、クローバー葉形素子３６によって形成されたフレア・ノッチ３７を８つ有すると共に、中心点７においてＲＦ・ＭＥＭＳスイッチ１０（図５ａ参照。ここでも、スイッチ１０は小さすぎて図８には容易に図示できないが、それらは中心点７の周囲にクラスター化されている）の１×８アレイを１つ有する。このアンテナは、１×８ＭＥＭＳスイッチを用いて、１つの入力ポートを８つのフレア・ノッチアンテナ３７のいずれか１つにルーティングする。この図では、本構造の一般的概念のみが図示されており、必須のＤＣバイアスラインやインダクタは図示が省略されている。バイアスラインは、図７に示したものと同じものでよいが、本実施形態のノッチ３７の数は４つではなく８つであるため、バイアスラインの数は図７より多くなる。
【００３１】
図７及び図８は、単極多投ＭＥＭＳスイッチのマトリックスをアンテナ構造４０と組み合わせることによって、やや安価な部品から成る切替式ビームダイバーシチアンテナを作ることができることを示している。図７に示した構造は、４つのフレア・ノッチ３７を用いており、これらフレア・ノッチ３７は、好ましくは上記の放射状構成に配置された１×４ＭＥＭＳスイッチマトリックスによってアドレスされる。
【００３２】
ハイブリッド単極多投スイッチの好ましい実施形態については、図３ａ及び図３ｂを参照して既に説明した。本実施形態は、より容易に製造できると思われる。図８に示したクローバー型アンテナは、８つのスロットにより良好なダイバーシチ制御が可能となるため、好ましいデザインである。しかしながら、図１を参照して説明した構造に関連した問題を解決する他の実施形態及び他の方法も存在し得る。そのうちの１つを図９に示す。
【００３３】
図９の実施例は、本発明の現時点での好ましい実施形態ではないが、金属めっきビアが使えないときなどの特定の用途において十分に有益的な実施形態であり、本発明を実施する際に利用可能な実施形態である。これは、例えば、モノリシック型が採用された場合や、ビア及び内部グラウンド層が実現不可能である又は簡単には実現できない場合などである。本実施形態は、寄生リアクタンスを回避するために個々のＭＥＭＳスイッチ１０が中心点７の周囲に可能な限り接近してクラスター化されることが好ましいという概念に基づいている。また、本実施形態は、多数のポートを備えたデザインに対しては実現できないと認められる。なぜなら、マイクロストリップ伝送線路同士を接近させ過ぎると、望ましくない電磁結合が発生するからである。これら問題の双方を解決するために、あらゆる所望サイズの１×Ｎスイッチ用の基本構成要素として、１×３スイッチユニットＳＵが用いられる。各ＳＵは、伝送線路をＳＵの中心点７に連結させる一対のＭＥＭＳスイッチ１０を有する。第一のユニットの各伝送線路ポート１及び２は、ＭＥＭＳデバイス１０を通じてアクセスされ、後続の伝送線路ポート（例えば、第二のＳＵのポート３及び４）は、ＲＦ信号を中央伝送線路４６（ここでは、ポート間の電磁結合を最小限に抑えるために必要なあらゆる長さでよい）の一部に沿って次の１×３スイッチングユニットＳＵへルーティングする１以上の第三のＭＥＭＳデバイス４５を通じてアクセスされる。各スイッチングユニットＳＵは、自身の中心点７の周囲にクラスター化され、伝送線路を自身に連結させる２つの（又は、より多くの）ＭＥＭＳスイッチ１０と、到来信号を別のスイッチングユニットＳＵへわたす別のＭＥＭＳスイッチ４５とを有する。各ユニットＳＵ及びそれに続くユニットＳＵにおいて、２つの（又は、より多くの）追加的伝送線路がそれぞれが自身のＭＥＭＳデバイス１００を個別に通るようにアドレスされてもよく、或いは、信号は第三のＭＳＭＳデバイス４５を通って次のＳＵへ送られてもよい。伝送線路のうち使用されていない部分は、使用されていない間スイッチが切られるため、所望でない寄生リアクタンスを示すことはない。当然、上記の実施形態に記載したすべてのＤＣバイアス方法が、同じように本構造にも適用可能である。さらに、このように１×３基本構成要素を用いて、伝送線路のうち必要ではあるが所望でない部分を使っていないときはＯＦＦにできる他の構造は、本発明を理解した当業者には明らかであろう。別のデザインの一例は、ここに示した線形スイッチング構造とは正反対の、階層スイッチング構造である。階層構造では、１つの入力が２つの出力をフィードし、これら２つの出力の各々が別の２つの出力をフィードし、更に、これら別の２つの出力の各々が更に別の２つの出力をフィードし、これが最終的に２のｎ乗の出力が得られるまで続く。この構造は、多くの中間管理職の層を含む企業の組織図のように見えるため、階層構造と呼ばれる。
【００３４】
したがって、図９は、既述の実施形態の特徴である中心の金属めっきビア２が実現不可能である場合に用いることができる代替デザインを示している。図９のデザインは、あらゆるサイズの１×Ｎスイッチ用の基本構成要素として１×３スイッチＳＵを用いる。このデザインは、ＲＦラインのぶら下がり部分は、使用されていないとき、寄生リアクタンスを発生させるという知見から、恩恵を受けている。各１×３ユニットＳＵにおいて、当該ユニットのポートのうちの１つがそれに接続されたＭＥＭＳスイッチ１０が閉じられることによって選択された場合、第三のスイッチ４５が開かれる。いずれのスイッチ１０も選択されていない場合、第三のスイッチ４５は閉じられ、信号は次のＳＵへルーティングされる。このような形を用いることにより、ＲＦラインのうちユニットとユニットの間にある部分を、ポート間の電磁結合を最小限に抑えるのに必要な程度に長くすることができる。なぜなら、ＲＦラインのこれらの部分は、使われていないときはＯＦＦにされるからである。当然、この基本構成要素を用いる方法は、あらゆる形の１×Ｎスイッチを形成するのに用いることができる。
【００３５】
ＭＥＭＳスイッチ１０は、中心点７の周囲に円形に配置されることが好ましい。この実実施形態においても、スイッチ１０及び４５は、仮想円Ｂ上に配置されることが好ましいことに注意。スイッチ１０及び４５並びにセグメント４６は、円周Ｂに沿って等間隔に配置されることが好ましいことにも注意。
【００３６】
本明細書及び図面においては、要素へ付与さえる符号として、１０−２のような符号が存在する。最初の部分（ここでは、１０）は要素種類（ここでは、ＭＥＭＳスイッチ）を指し、２番目の部分（ここでは、２）はそれら要素の特定の１つ（ここでは、２番目のＭＥＭＳスイッチ１０）を指している。このような符号の付し方は、一目瞭然と思われるが、これまでに見たことのない読者のためにここに説明しておく。
【００３７】
ＭＥＭＳスイッチ１０−１〜１０−４及び４５には、反射減衰量を２０ｄＢ超に増加させるためにキャパシタなどのインピーダンス整合素子が一体化されて設けられてもよい。このような理由により、米国特許仮出願第６０／４７０，０２６号明細書（タイトル：「ＲＦ  ＭＥＭＳ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、出願日：２００３年５月１２日、代理人整理番号：６２０６５０−７）に開示されたＭＥＭスイッチは、本発明と共に用いるのに好ましいＭＥＭスイッチであると考えられる。
【００３８】
本発明に係る一実施形態は、基板上に中心点まわりに該中心点を中心とする共通の仮想円上に配置された複数のＭＥＭＳスイッチを有するスイッチ配列である。加えて、上記複数のＭＥＭＳスイッチの各々は、上記仮想円の円周に沿って等間隔に配置されることが好ましい。上記複数のＭＥＭＳスイッチの各々のＲＦポートを上記中心点と接続する配線が設けられる。
【００３９】
本発明を特定の実施形態と共に説明してきたが、ここまで読んだ当業者には変形例も思い付くであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲によって要件とされているもの以外、本明細書に開示された実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】複数の単極単投ＲＦ・ＭＥＭＳスイッチを組み合わせて１つの単極多投ハイブリッドデザインとする手法の１つを示す図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態の上面図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態の側面図である。
【図３ａ】本発明の別の実施形態の上面図である。
【図３ｂ】本発明の別の実施形態の側面図である。
【図４】図３ａ及び図３ｂに示した実施形態の変形例を示す図である。
【図５ａ】本発明のまた別の実施形態の上面図である。
【図５ｂ】本発明のまた別の実施形態の側面図である。
【図６ａ】本発明の更に別の実施形態の上面図である。
【図６ｂ】本発明の更に別の実施形態の側面図である。
【図７】フレア・ノッチアンテナと共に用いられたときの図５ａ及び図５ｂに示したスイッチ配列を示す図である。
【図８】８つのフレア・ノッチ要素を備えたフレア・ノッチアンテナと共に用いられたときの図５ａ及び図５ｂに示したスイッチ配列を示す図である。
【図９】図１のスイッチに対する別の改善案を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ＭＥＭＳスイッチ
１２  多層プリント基板
１４  ＲＦ線
１８  グラウンド層
２０  ビア
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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