(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体（１３、１８）により形成された遅延素子と、前記導体に接続された少なくとも１つの能動電子構成要素（１０、２１）とを含む電子回路であって、
前記導体（１３、１８）は、そのインダクタンスを最小とするために隣接する導体セクションにおける電流の方向が互いに逆となるように、前記導体が平行な導体セクションを持つループに形成されており、
前記導体（１３、１８）は、絶縁層（１４）上の導電性材料によって形成されており、
前記絶縁層は、半導体材料（１５）によって囲まれており、前記導体および前記半導体材料の間の容量性結合を低くするために、前記絶縁層（１４）の厚さが１０μｍを超えていること
を特徴とする電子回路。
【請求項２】
前記能動電子構成要素（１０）は、入力（１１）および出力（１２）を有するインバータ（１０）を含み、および
前記導体（１３）が設けられて前記入力（１１）と前記出力（１２）とを接続し、それにより発振器が創り出されることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項３】
前記絶縁層（１４）は、酸化物材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項４】
前記インバータ（１０）および前記導体（１３）は、ガラス／セラミックの上に半導体／金属を備える半導体プロセスによって作成されることを特徴とする請求項２に記載の電子回路。
【請求項５】
前記絶縁層（１４）は、空気で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項６】
前記絶縁層（１４）の厚さが、２０μｍを超えることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項７】
前記導体（１３）の厚さが、１μｍを超えることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項８】
前記インバータ（１０）が、半導体材料で作成されることを特徴とする請求項２に記載の電子回路。
【請求項９】
前記インバータ（１０）は、絶縁体上のシリコンを含むプロセスによって作成されることを特徴とする請求項２に記載の電子回路。
【請求項１０】
前記導体（１３）の長さが、０．２ｍを超えることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項１１】
電子制御式アンテナと、受信機（１７）と、前記受信機に接続されたいくつかのアンテナ素子（１６）とを備えた電子回路において、
個々のアンテナ素子（１６）は、請求項１に記載の電子回路を介して前記受信機に接続されており、前記電子回路は、自動的に選択可能な遅延素子（１８）を含んでおり、その結果、異なるアンテナ素子（１６）からの電気信号が、入射する電磁波の波頭に対するアンテナ素子の位置に応じて異なるように遅延されることを特徴とする電子回路。
【請求項１２】
前記遅延素子（１８）が、異なる長さの導体を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子回路。
【請求項１３】
個々のアンテナ素子（１６）がデマルチプレクサ（１９）を介して前記遅延素子（１８）に接続され、
個々のアンテナ素子（１６）がマルチプレクサ（２１）を介して前記受信機（１７）に接続されており、および
前記デマルチプレクサ（１９）は、受信された電気信号の特性に依存して個々の遅延素子（１８）が切り替えられるように、制御ユニット（２０）に動作可能に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の電子回路。
【請求項１４】
前記デマルチプレクサ（１９）、前記マルチプレクサ（２１）、および前記制御ユニット（２０）が、前記遅延素子（１８）とともに、集積回路として作成されたセルユニット（２２）中に設けられており、および
アンテナ素子（１６）は、セルユニット（２２）と関連づけられていることを特徴とする請求項１３に記載の電子回路。
【請求項１５】
前記受信機（１７）は、前記アンテナ素子を制御する制御情報を転送するために中央処理装置（２４）に接続されており、
前記中央処理装置（２４）は、前記アンテナ素子（１６）と関連づけられた制御ユニット（２０）に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の電子回路。
【請求項１６】
個々のアンテナ素子（１６）が、増幅器（２３）を介して前記デマルチプレクサ（１９）に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の電子回路。
【請求項１７】
個々のアンテナ素子（１６）は、ミキサ（２６）を介して前記デマルチプレクサ（１９）に接続され、および
前記ミキサ（２６）は発振器（２５）にも接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の電子回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の範囲）
本発明は、少なくとも１つの能動電子構成要素とその構成要素に接続された遅延素子とを備えた電子回路に関する。
【０００２】
（現況技術）
多くの様々なタイプの電子回路では、特定の時定数または遅延を有する構成要素または構成が使用されている。集積形態で実現される電子回路には、その他の構成要素から分離された遅延構成要素がある。このような電子回路の一例には、発振器がある。
【０００３】
発振器を設ける周知の方法は、インバータ機能を備えたゲート回路、例えば単純なインバータに、何らかの形の時間遅延を介してフィードバックを行うというものである。時間遅延は、様々な方法で、例えば専用の遅延回路によって実施することができる。
【０００４】
高い動作周波数を使用する適用分野においては、特に周波数の安定した発振器の必要性が高いときには、水晶発振器が代わりに用いられる。正確に作られた水晶は、明確かつ安定した周波数で機械的に振動するので、その機械的振動が電気的振動に変換される。
【０００５】
水晶発振器を使用することの問題点は、それらが比較的大きいことである。集積回路の中には、発振器のために専用回路を使用しなければならないものや、集積回路の外側から水晶を接続しなければならないタイプもあり、このことが問題となっている。
【０００６】
既知の発振器では、ＲＣネットワーク、すなわち抵抗およびキャパシタンスをともに備えた電気的ネットワーク中で通常生じる遅延が使用されている。
【０００７】
より高い周波数範囲内では、電磁信号を送受信するためのアンテナを、強い指向性効果をもたらすように信号を活用する特殊な実施形態で使用する。これに関して現在最も普及しているタイプのアンテナは、パラボラアンテナである。いわゆる電子制御式アンテナまたはフェーズアレイアンテナ（phase array antennas）がますます一般的になりつつある。
【０００８】
フェーズアレイアンテナは、同じ放射素子の一群を組み込んでいる。導体ネットワークを用いてこれらの素子に同相で動作するように制御給電することにより、良好な指向性を有する電磁ビームを実現することができる。導体ネットワークは、各素子ごとに１つずつ、電子制御式位相反転器と、おそらくは増幅器とを組み込むこともでき、これらを用いてビームの方向を変化させることができ、機械的に可動な構成要素を必要としない。
【０００９】
電子制御式位相反転器は複雑かつ高価な機器であり、そのため、このタイプのアンテナは商業的には大きな成功を収めていない。このタイプのアンテナの使用を制限するもう１つの要因は、位相反転器の周波数依存性である。フェーズアレイアンテナが最もよく使用される領域はレーダの領域である。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、簡単に実施することができ、かつその他の回路と集積形態で組み合わせることができる電子回路を製造することである。この目的は、請求項１に記載の本発明の特徴を取り入れることによって達成される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、全ての構成要素を集積形態で実現することができるような発振器を得ることができる。本発明の別の態様によれば、位相反転器の欠点のない電子制御式アンテナを得ることができる。この目的は、個々のアンテナ素子からの電子信号が、入射する電磁波の波頭に対するアンテナ素子の位置に依存して様々に遅延されるという事実によって達成される。表面に分布したアンテナ素子の１つのマトリクスから発出するので、信号は個々のアンテナ素子から選択的に遅延させることができ、したがって、この信号はアンテナが感応する方向に影響を及ぼすことができる。この遅延は、アンテナ素子に接続された状態で設けられた集積回路内で生じることが好ましい。一実施形態によれば、様々な長さの導体が、アンテナ素子と受信ユニットの間に設けられる。ある長さの導体は、入射する電磁波の波頭に対するアンテナの位置に依存して、制御ユニットによってオンに切り替えられる。その与えられた位置は、受信した電気信号の検出可能特性に影響を及ぼす。導体の架設および制御ユニットは、セルユニット中のその他の電子構成要素と結合される。
【００１２】
以下の記述、図面、および従属クレームは、本発明のさらなる利点および特殊な特徴を詳細に説明するものである。
【００１３】
（発明）
図１による実施形態では、その入力１１が長い導体１３を介してその出力１２に接続されたインバータ結合１０が概略的に示してある。長さｌの導体に対しては、vcを導体内での電磁波の伝搬速度とすると、以下の数式によって時間周期Ｔが求められる。
【００１４】
【数１】
0004502501.tif 000002
【００１５】
vc＝毎秒２００,０００ｋｍ、所与の長さｌが０．５ｍであれば、周波数は２００ＭＨｚとなる。これは、インバータ結合自体の遅延が数ピコ秒程度であることを条件としている。インバータ結合内の伝搬遅延が例えば１０％と小さい場合、不正確さは水晶発振器の不正確さと同等になる。所望の遅延を得るために必要なこの長さは、多くの場合には阻害要因として働く。導体内での実際の遅延は、導体の分布抵抗および導体の分布キャパシタンスにも依存する。
【００１６】
理想的な導体では、時間周期、したがって周波数のすべての変動は、インバータ結合の動作特性のみに依存する。インバータ結合１０内での遅延が、主として導体の長さに依存する導体１３中の遅延より小さい場合には、インバータ結合は精度にほとんど影響しない。導体は、集積プロセス、例えばＣＭＯＳプロセスにおいて金属導体として実施される。
【００１７】
導体１３は幅ｗで実施され、何らかの形態の絶縁層１４の上に載っている。絶縁層は、金属酸化物およびフィールド酸化物をともに含み、厚さｂを有する。半導体材料１５、例えばシリコン（silicon）が、導体を保持する部分を取り囲む。インバータ結合１０およびその他の半導体回路は半導体材料により実施することができ、それによりこれらは発振器へのアクセスを与えられる。
【００１８】
一実施形態では、絶縁層は、酸化ケイ素で構成される。絶縁層は、ガラスまたは他のセラミック素材で実施することもできる。別法として、絶縁層を、空気層として実施することもできる。このような実施形態では、導体は、使用する半導体またはベース素材から現れる支柱状構造の上に載る。
【００１９】
導体は、可能な限りインダクタンスを発生させないように実施されるべきものである。導体は、複数の平行導体セクションを有するループとなり、隣接する導体セクション内の電流が互いに反対向きになるようになっていることが好ましい。２つの平行ループを反対向きに、または２重ループとして設けることも可能である。
【００２０】
実際の導体では、時間遅延は、以下の式による導体の分布抵抗および分布キャパシタンスの結果として発生するものである。分布特性は、図２によって示すことができる。導体の全長はｌである。図２で、Ｃは導体の全キャパシタンスであり、Ｒは導体の全抵抗である。抵抗は一般に以下の式によって求められる。
【００２１】
【数２】
0004502501.tif 000003
【００２２】
上式において、
ε＝絶縁（酸化物）層の誘電率、
ρ＝導体物質内での抵抗、
ａ＝導体の厚さ、
ｂ＝絶縁（酸化物）層の厚さ、および
ｗ＝導体の最も狭い幅である。
【００２３】
この関連として、時間遅延は以下の式で求められる。
【００２４】
【数３】
0004502501.tif 000004
【００２５】
この時間遅延は、小さな時間区分における時間遅延としてもあらわすことができ、以下の式が得られる。
【００２６】
【数４】
0004502501.tif 000005
【００２７】
以前に使用した定数を、新しい定数Ｋrcにまとめると、以下の式が得られる。
【００２８】
【数５】
0004502501.tif 000006
【００２９】
この定数は、温度および電圧に強く依存し、そのため、最小にすべきである。時間遅延はプロセッサの線幅？？に依存しないことに留意すべきである。無限小の時間区分まで遷移した後で、以下の式が得られる。
【００３０】
【数６】
0004502501.tif 000007
【００３１】
曲線ＴAを有する図３は、導体内での伝搬速度に依存する遅延を示している。曲線ｔRCは、導体の抵抗ＲおよびキャパシタンスＣに依存する遅延を示している。導体内での伝搬速度はあまり大きな影響を受けない。
【００３２】
上記の式から分かるように、ｔRCの影響が小さくなると、絶縁層が厚くなり、用いられる導体も厚くなる。図３の破線は、絶縁層および導体が厚くなると、曲線ｔRCがどのような影響を受けるかを示している。ｔRCからの影響が小さい領域を使用すれば、発振器は良好な安定性を有することができ、その発振周波数は、基本的に導体の長さによって完全に制御される。絶縁層１４は、酸化物層の場合よりかなり厚い厚さｂで実施されることが好ましい。１０μｍを超える厚さが適切であり、発振器が約１ＧＨｚの周波数で使用される場合には、１０〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。導体１３の厚さｗは、よく見られるプロセスでは約１μｍであり、幅ではなく厚さを増加させると、発振器の特性および性能が改善される。
【００３３】
導体の長さに関しては、誘導特性にも特に注目する必要がある。したがって、導体を螺旋形（spiral form）またはそれに類する形で実施するのに適していない。その長さは、発振器の所望の波長にも適合すべきである。導体の長さは、好ましくは半波長の倍数であることが好ましく、波長の半分であればより好ましい。
【００３４】
図４による実施形態では、本発明は、セルユニット２２に接続されたアンテナ素子１６を含む。図４において破線で示されてあるセルユニット２２は、個々に切替え可能な遅延素子１８を有しており、これにより、アンテナ素子１６で受信された信号は、いくつかのセルユニット２２に対して共通に動作する受信機１７に向けて送られる。受信された信号は増幅器２３で増幅される。
【００３５】
遅延素子１８は、図４による実施形態では、デマルチプレクサ１９およびマルチプレクサ２１によって切り替えることができる。導体の形態をした遅延素子１８は、デマルチプレクサ１９とマルチプレクサ２１を接続し、個々の遅延素子１８は、デマルチプレクサ１９および／またはマルチプレクサ２１を調節することによって切り替えられる。調節は、いくつかのセルユニット２２に共通の中央処理装置（ＣＰＵ）２４に接続された制御ユニット２０によって行われる。
【００３６】
特に持続性の容量結合および誘導結合に関する問題をへらし、とりわけ、それにより着信信号がほぼ１２ＧＨｚの大きさの周波数を有することができるように、着信信号は、ローカル発振器２５からの信号と合わされ、ミキサ２６に送信されることが好ましい。ミキサ２６から、信号はうまく数ＧＨｚ程度の周波数を有することとなる。
【００３７】
様々な制御ユニット２０、および場合によってはローカル発振器２５が、好ましくはバス接続２７によってＣＰＵ２４に接続されている。ＣＰＵ２４に様々な発振器２５の同期手段を含めると適切になり得る。同期は、制御ユニット２０を介しても生じうる。代替実施形態（図示せず）では、発振器はセルユニットに含まれない。その代わりに、一般的な発振器がＣＰＵ中に位置することが好ましい。使用する発振器の実施形態は、様々な周波数帯域に合わせて調節可能なものにすべきである。
【００３８】
セルユニット２２に含まれる全ての構成要素は、半導体材料に一体化され実施されうる。使用する半導体プロセスは、特に増幅器２３に関する高周波数特性と、遅延素子中に含まれうる導体に影響を及ぼす特性とを考慮して選択しなければならない。雑音比は、０．５ｄＢｕ程度でなければならない。非常に容量の小さなスイッチを求めるべきである。導体は、集積プロセス、例えばＣＭＯＳプロセスにおいて、金属導体として実施される。
【００３９】
受信機１７は、従来通りサテライト受信機として実施することができる。衛星受信機は、従来のパラボラアンテナを電動制御するための制御機器を備えることができる。受信機１７は同様の制御機器を含み、制御出力２８が制御情報をＣＰＵ２４に転送する。制御情報は、新しい送信側を発見することに関連して特定の円弧を電気制御式アンテナで掃引（sweep）する命令を含むことができる。送信側が発見されると、アンテナが送信側に対して物理的にある角度に向いた、または変位した場合に送信側を追跡することができるように、制御情報は引き続きアンテナの調節を制御することになる。好ましくは各セルユニット２２から出る信号導体２９は、受信信号をアンテナから受信機１７まで伝える。アンテナからの信号の品質およびいくつかの特性は、セルユニット２２内の様々な制御ユニット２０に影響を及ぼすために、ＣＰＵ２４をどのように制御するかということに影響を及ぼす。アンテナの良好な調整の望ましい可能性を実現できるようにするために必要な遅延素子１８の数は、目下のアプリケーションによって様々である。通常のサテライト受信機アプリケーションでは、遅延素子１８は数百個で十分であろう。増幅器２３の特性も、どの程度の数の遅延素子１８が必要であるかということに影響を及ぼす。増幅器の増幅特性および信号−雑音関係がきわめて良好であれば、指向調節遅延素子１８の数を抑制することができる。
【００４０】
上記の構成によるアンテナは、図５に示すように実施することができる。一表面上に、多数のセルユニット２２が設けられている。あらゆるセルユニット２２は、２つ１組で取り付けられた４つのアンテナ素子１６Ａ〜１６Ｄに接続されている。対向する２つの第１のアンテナ素子１６Ａおよび１６Ｂは、水平偏波信号の受信専用であり、対向する２つの第２のアンテナ素子１６Ｃおよび１６Ｄは、垂直偏波信号の受信専用である。様々なタイプの信号を受信するために、その他の構成をとることもできる。あらゆるアンテナ素子１６Ａ〜１６Ｄは数ミリメートルの長さおよび幅にすることができ、異なる形をとることができる。アンテナ素子１６Ａ〜１６Ｄは、金属であることが好ましい。適当な数のアンテナ素子を有するアンテナの外形寸法は、アンテナ表面が０．１〜１．０ｍ2程度となるようにすることができる。
【００４１】
バス接続２７は、各セルユニット２２を通って、または通過して伸びていることが好ましい。様々なアンテナ素子１６Ａ〜１６Ｄは、直接、または制御ユニット２０によって適切に制御されたマルチプレクサを介して増幅器２３に取り付けることができる。
【００４２】
図６は、どのようにして導体１８を実施することができるかを概略的に示している。各導体１８は幅ｗで実施され、何らかの形態の絶縁層１４の上に載っている。絶縁層は、通常、金属酸化物およびフィールド酸化物をともに含み、厚さｂを有する。半導体材料１５、例えばシリコンが、導体を保持する部分を取り囲む。この半導体材料において、増幅器２３およびさらに別の半導体回路を実施することができる。
【００４３】
一実施形態では、絶縁層は、酸化シリコンで構成される。絶縁層は、ガラスで実施することもできる。別法として、絶縁層を、空気層として実施することもできる。このような実施形態では、導体は、使用する半導体材料またはベース素材から現れる支柱状構造の上に載る。
【００４４】
１０μｍを超える厚さが適切であり、装置が数ＧＨｚ程度の周波数で使用される場合には１０〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。導体の厚さは、よく見られるプロセスでは約１μｍであり、幅ではなく厚さを増加させると、遅延素子の特性および性能が改善される。
【図面の簡単な説明】
次に、添付の図面を参照して、実施形態の例を援用しながら本発明についてより詳細に述べる。
【図１】  発振器の形態をした本電子回路の発明による実施形態を示す概略図である。
【図２】  導体の分布抵抗および分布キャパシタンスを示す概略図である。
【図３】  導体中の遅延を導体の長さの関数として示す図である。
【図４】  アンテナ周辺機器を備えたセルユニットの形態をした電子回路の本発明による別の実施形態を示す原理ブロック図である。
【図５】  複数のセルユニットをどのようにしてアンテナ表面の一部分に設けるかを示す概略図である。
【図６】  本発明の一部である導体の形態をした遅延素子の一実施形態を示す概略図である。
【図１】
0004502501.tif 000008
【図２】
0004502501.tif 000009
【図３】
0004502501.tif 000010
【図４】
0004502501.tif 000011
【図５】
0004502501.tif 000012
【図６】
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