(57)【要約】【課題】チューナブルデバイスをアンテナ共用器に利用した無線機を提供する。【解決手段】無線機２００は、送信部２１０と受信部２２０とを含む。ここで、送信部２１０および受信部２２０の構成は、それぞれ、高周波信号の送信および受信を行う部分であり、具体的には、周知な構成を有する。無線機２００は、さらに、送信部２１０とアンテナ２５０との間に設けられる第１のバンドリジェクトフィルタ２３０と、受信部２２０とアンテナ２５０との間に設けられる第２のバンドリジェクトフィルタ２４０とを含む。【選択図】図２
2012142805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューナブルフィルタであって、
基板と、
前記基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、
前記ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを備え、
各前記キャパシタ素子は、
前記ＢＳＴ膜上に設けられ、前記キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、
前記ＢＳＴ膜を介して前記第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、前記キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、
前記第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを含む、チューナブルフィルタ。
【請求項２】
前記基板は、（１１１）面を主面とするＭｇＯ基板であり、前記ＢＳＴ膜は前記基板上に直接成膜されたものであり、
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記ＢＳＴ膜上に形成されたものであり、
各前記キャパシタ素子は、プレーナ型である、請求項１記載のチューナブルフィルタ。
【請求項３】
前記ＢＳＴ膜は、前記第２の電極上に成膜され、前記第２の電極は前記キャパシタ素子の下部電極であり、
前記第１の電極は、前記キャパシタ素子の上部電極であって、各前記キャパシタ素子は積層型である、請求項１記載のチューナブルフィルタ。
【請求項４】
前記下部電極は、Ｐｔ電極である、請求項３記載のチューナブルフィルタ。
【請求項５】
電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナを介して所定の周波数帯の信号を送信するための送信器と、
前記アンテナを介して所定の周波数帯の信号を受信するための受信器と、
前記アンテナからの信号を受け、前記送信器側と前記受信器側とを分離するためのチューナブルフィルタを含むアンテナ共用器とを備え、
前記チューナブルフィルタは、
基板と、
前記基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、
前記ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、
各前記キャパシタ素子は、
前記ＢＳＴ膜上に設けられ、前記キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、
前記ＢＳＴ膜を介して前記第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、前記キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、
前記第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、
前記アンテナ共用器において受信信号を送信信号を分離するように、前記チューナブルフィルタの前記電圧印加手段を制御する制御回路をさらに備える、無線装置。
【請求項６】
複数の周波数帯の信号を受信するアンテナと、
前記アンテナからの信号を受けるチューナブルフィルタを含むアンテナ共用器とを備え、
前記チューナブルフィルタは、
基板と、
前記基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、
前記ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、
各前記キャパシタ素子は、
前記ＢＳＴ膜上に設けられ、前記キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、
前記ＢＳＴ膜を介して前記第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、前記キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、
前記第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、
前記アンテナ共用器からの信号を受け、前記複数の周波数帯のうち特定の信号を受信するように前記チューナブルフィルタの前記電圧印加手段を制御する受信処理回路をさらに備える、受信機。
【請求項７】
無線信号を送信するアンテナと、
前記アンテナに与える高周波信号を生成するための送信信号変調手段と、
前記送信信号変調手段からの信号を受けるチューナブルフィルタと、
前記チューナブルフィルタを制御するための制御手段とを備え、
前記チューナブルフィルタは、
基板と、
前記基板上に成膜されるＢＳＴ膜と、
前記ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、
各前記キャパシタ素子は、
前記ＢＳＴ膜上に設けられ、前記キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、
前記ＢＳＴ膜を介して前記第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、前記キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、
前記第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、
前記制御手段は、所定の周波数帯の特定の信号が通過するように前記チューナブルフィルタの前記電圧印加手段を制御する、送信機。
【請求項８】
前記ＢＳＴ膜は、（１１１）配向を有する、請求項７記載の送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チューナブルフィルタに関し、より特定的には、このようなチューナブルフィルタを用いたアンテナ共用器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等においては、複数の周波数帯の電波の送受信を行うためにアンテナ共用器が使用されている。
【０００３】
従来は、このようなアンテナの共用のための構成には、一般には、マイクロ波領域で動作させるためには、別々にアンテナ共用器を作製し、スイッチにより切りかえる等の方式が用いられてきた。
【０００４】
または、２つの分波器がそれぞれ中心周波数の異なる２つの弾性表面波フィルタで構成され、外部アンテナと接続するためのアンテナ用端子群と、外部回路と接続するための送信端子群と、外部回路と接続するための受信端子群とが配置される領域が、互いに交差することなく平面的に分離されているアンテナ分波器などが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
あるいは、ダイプレクサと、低域の周波数の信号を送受するための第１の弾性表面波フィルタと、第１の弾性表面波フィルタの送受信間を整合させる第１の移相回路と、高域の周波数の信号を送受するための第２の弾性表面波フィルタと、第２の弾性表面波フィルタの送受信間を整合させる第２の移相回路とを、弾性表面波フィルタを収納するパッケージの中に形成したものが提案されている（特許文献２）。
【０００６】
なお、このようなアンテナ共用器の実現のためには、チューナブルデバイスを用いることが１つの方法である。
【０００７】
ここで、チューナブルデバイスとは、外部信号（たとえば、外部からの入力電圧）に応じて、そのデバイスの所定の周波数領域（たとえば、マイクロ波領域）でのインピーダンス値を変更可能なデバイスのことをいう。
【０００８】
チューナブルデバイス技術は、例えば特許文献３−５、または非特許文献１に開示されている。ただし、アンテナ共用器への応用との観点での開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４９５８６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８８７８号公報
【特許文献３】特表２００４−５２４７７０号公報
【特許文献４】特開２００９−２６８１２２号公報
【特許文献５】特開２００８−５３５６３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A. K. Tagantsev, V. O. Sherman, K. F. Astafiev, J. Venkatesh and N. Setter, “Ferroelectric Materials for Microwave Tunable Applications”, J. Electro-ceramics, voＬ１1, pp. 5, 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のようなアンテナ共用器の構成では、小型化を志向したものではあるものの、一般には、素子点数が増加するために、十分な小型化が難しい、という問題があった。
【００１２】
ところで、一方で、携帯電話機等の基地局等の比較的高出力の高周波無線装置では、携帯電話機そのものに比べて、高電力を扱いつつ、信号の送信と受信において、同一のアンテナを共用するためには、送信信号が受信側に、また、受信信号が送信側に漏れることを防止することが必要になる。
【００１３】
しかしながら、従来のアンテナ共用器の構成では、電力ロスを低減しつつ、高いチューナビィティを両立させることが困難であるという問題があった。
【００１４】
すなわち、従来、この種の装置としては半導体ダイオードが用いられていた。これはpn接合空乏層容量を電界制御するものである。また、近年はMEMS構造可変空隙構造による可変容量キャパシタを用いたＲＦ−MEMSの研究が精力的になされている。
【００１５】
ただし、1)半導体ダイオードは、pn  あるいはp-i-n接合容量の電界制御による可変容量キャパシタであり、順方向リークが大きく大振幅電力入力が不可能である。また誘電損失も大きくなる。２）ＲＦ−ＭＥＭＳでは、ＭＥＭＳによる可動体可変容量キャパシタであり、現状では、高外部出力を達成するのが困難である。さらにＭＥＭＳでは、高外部振動環境での安定な電界高精度制御は非常に困難であり、また、そもそも素子の構成上、安定性、耐久性、信頼性の確保も難しい。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、その目的は、素子点数を減少させて、小型化が可能なチューナブルデバイスを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、高周波帯で低消費電力で高電力制御性を有するチューナブルデバイスを提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、チューナブルデバイスをアンテナ共用器に利用した受信機または無線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明の一つの局面に従うと、チューナブルフィルタであって、基板と、基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを備え、各キャパシタ素子は、ＢＳＴ膜上に設けられ、キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、ＢＳＴ膜を介して第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを含む。
【００２０】
好ましくは、基板は、（１１１）面を主面とするＭｇＯ基板であり、ＢＳＴ膜は基板上に直接成膜されたものであり、第１の電極および第２の電極は、ＢＳＴ膜上に形成されたものであり、各キャパシタ素子は、プレーナ型である。
【００２１】
好ましくは、ＢＳＴ膜は、第２の電極上に成膜され、第２の電極はキャパシタ素子の下部電極であり、第１の電極は、キャパシタ素子の上部電極であって、各キャパシタ素子は積層型である。
【００２２】
好ましくは、下部電極は、Ｐｔ電極である。
この発明の他の局面に従うと、無線装置であって、電磁波を受信するアンテナと、アンテナを介して所定の周波数帯の信号を送信するための送信器と、アンテナを介して所定の周波数帯の信号を受信するための受信器と、アンテナからの信号を受け、送信器側と受信器側とを分離するためのチューナブルフィルタを含むアンテナ共用器とを備え、チューナブルフィルタは、基板と、基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、各キャパシタ素子は、ＢＳＴ膜上に設けられ、キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、ＢＳＴ膜を介して第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、アンテナ共用器において受信信号を送信信号を分離するように、チューナブルフィルタの電圧印加手段を制御する制御回路をさらに備える。
【００２３】
この発明のさらに他の局面に従うと、受信機であって、複数の周波数帯の信号を受信するアンテナと、アンテナからの信号を受けるチューナブルフィルタを含むアンテナ共用器とを備え、チューナブルフィルタは、基板と、基板上に成膜され、（１１１）配向を有するＢＳＴ膜と、ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、各キャパシタ素子は、ＢＳＴ膜上に設けられ、キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、ＢＳＴ膜を介して第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、アンテナ共用器からの信号を受け、複数の周波数帯のうち特定の信号を受信するようにチューナブルフィルタの電圧印加手段を制御する受信処理回路をさらに備える。
【００２４】
この発明のさらに他の局面に従うと、送信機であって、無線信号を送信するアンテナと、アンテナに与える高周波信号を生成するための送信信号変調手段と、送信信号変調手段からの信号を受けるチューナブルフィルタと、チューナブルフィルタを制御するための制御手段とを備え、チューナブルフィルタは、基板と、基板上に成膜されるＢＳＴ膜と、ＢＳＴ膜上に、入力される電磁波に対して所定の帯域のフィルタとして機能するように設けれた複数のインダクタ素子および複数のキャパシタ素子とを含み、各キャパシタ素子は、ＢＳＴ膜上に設けられ、キャパシタ素子の第１の端子として機能する第１の電極と、ＢＳＴ膜を介して第１の電極との間でキャパシタを構成するように設けられ、キャパシタ素子の第２の端子として機能する第２の電極と、第１および第２の電極間にバイアス電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、制御手段は、所定の周波数帯の特定の信号が透過するようにチューナブルフィルタの電圧印加手段を制御する。
【００２５】
好ましくは、ＢＳＴ膜は、（１１１）配向を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のチューナブルフィルタによれば、小型のチューナブルデバイスを実現することが可能となる。
【００２７】
また、本発明のチューナブルフィルタによれば、高周波帯で低消費電力で高電力制御性を有するチューナブルデバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】携帯電話機などにおいて、複数の周波数、たとえば、ｆ1、ｆ2およびｆ3の受信信号を選択的に受信する受信機１００の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】携帯電話機の基地局のように、比較的高出力の信号を送受信する無線機２００の構成を示す図である。
【図３】バンドリジェクタフィルタの一例の７次バンドリジェクタフィルタ回路３００の構成を示す回路図である。
【図４】図３に示した７次バンドリジェクタフィルタ回路３００にＳパラメータからの挿入損失のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】ＢＳＴキャパシタを用いて、フィルタを設計試作した場合の回路図の例を示す図である。
【図６】図５に示した回路についてシミュレーションした回路特性を示す特性図である。
【図７】チューナブルなローパスフィルタを用いた送信機の構成を示す図である。
【図８】ＢＳＴキャパシタの基本的な特性の概念を示す図である。
【図９】このようなＢＳＴ膜を成膜するための装置構成を示す図である。
【図１０】平面型のＢＳＴキャパシタの構成の概略と、実際に作成したサンプルの上面写真を示す図である。
【図１１】図１０に示した平面型のＢＳＴキャパシタの特性の、ＢＳＴ膜を成長させるＭｇＯ基板の結晶面依存性を示す図である。
【図１２】チューナビリティのＭｇＯ基板の面方位依存性を、プレーナ型CPW線路のマイクロ波透過特性（Sパラメータ:S21挿入損失の周波数依存性）により測定した例を示す図である。
【図１３】プレーナ型のキャパシタ（インターデジタル型）の印加電圧による特性のヒステリシスを評価した結果を示す図である。
【図１４】Ｐｔ電極上に成膜したＢＳＴ膜を用いたＢＳＴ積層キャパシタの断面構造を示す図である。
【図１５】図１４に示したＢＳＴキャパシタの印加電圧による特性のヒステリシスを評価した結果を示す図である。
【図１６】ＭｇＯ（１００）面上に成長させたＢＳＴ膜とＭｇＯ（１１１）面上に成長させたＢＳＴ膜のＸ線回折の測定結果を示す図である。
【図１７】ＭｇＯ（００１）面上に成膜したＢＳＴ膜についてのＸ線回折のロッキングカーブ半値幅，Phiスキャン半値幅の膜厚依存性を示す図である。
【図１８】ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜についてのＸ線回折のロッキングカーブ半値幅，Phiスキャン半値幅の膜厚依存性を示す図である。
【図１９】Ｐｔ電極上に成膜しポリ結晶膜となっている場合のＢＳＴ膜の粒径を、Ｘ線回折により評価した結果を示す図である。
【図２０】Ｐｔ電極上に成膜しポリ結晶膜となっている場合のＢＳＴ膜について、膜厚の増加による、Ｘ線回折パターンの変化を示す図である。
【図２１】図２０において、2theta-theta測定結果から、各回折ピークの積分強度比を導出した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部分には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３０】
以下に説明するように、本発明では、高誘電率を有する（ＢａxＳｒ1-x）ＴｉＯ3（以下、ＢＳＴと略称する）をチューナブル強誘電体膜として用いることで、可変容量キャパシタを実現する。そして、このような可変容量キャパシタを用いて、チューナブルデバイスとしてチューナブルフィルタ回路およびアンテナ共用器を実現するものである。このようなチューナブルフィルタ回路およびアンテナ共用器は、電磁波の信号を送受信する送信機、受信機、無線装置に使用することができる。以下では、説明の簡単のために、電磁波としては、マイクロ波を例として説明することにする。ただし、電磁波の周波数は、必ずしも、マイクロ波帯に限定されるものではない。
【００３１】
（アンテナ共用器の例１）
図１は、携帯電話機などにおいて、複数の周波数、たとえば、ｆ1、ｆ2およびｆ3の受信信号を選択的に受信する受信機１００の構成を示す機能ブロック図である。
【００３２】
図１を参照して、受信機１００は、複数の周波数（ｆ1，ｆ2，ｆ3）の受信信号を受けるアンテナ１０と、アンテナ１０からの信号を増幅するための高周波アンプ１２と、高周波アンプ１２からの信号を選択的に透過させるためのチューナブルフィルタ１４とを備える。ここで、チューナブルフィルタ１４の構成については、後述するが、チューナブル強誘電体膜を用いる場合は、電圧制御により透過帯域を可変な帯域透過型フィルタを用いることができる。
【００３３】
受信機１００は、さらに、チューナブルフィルタ１４からの出力を受けて中間周波数にダウンコンバートするためのＩＦダウンコンバータ１６と、ＩＦダウンコンバータ１６の出力をデジタル信号に変換するためのＡ−Ｄ変換器１８と、Ａ−Ｄ変換器１８からの信号に対する所定の復調処理（デジタル復調、復号処理等）を行いベースバンド信号を得るためのベースバンド処理回路２０とを含む。ＩＦダウンコンバータ１６は、チューナブルフィルタ１４で選択された周波数に対応したダウンコンバートを行うために、電圧制御発振器ＶＣＯ（Voltage Control Oscillator：図示せず）によりダウンコンバート処理を行う。
【００３４】
ベースバンド処理回路２０は、たとえば、Si  LSIにより実現される。
したがって、チューナブルフィルタ１４を制御回路（図示せず）が制御することで、複数の周波数のうちから、特定の周波数の信号を選択的に受信することができる。
【００３５】
（アンテナ共用器の例２）
図２は、携帯電話機の基地局のように、比較的高出力の信号を送受信する無線機２００の構成を示す図である。
【００３６】
図２に示すように、無線機２００は、送信部２１０と受信部２２０とを含む。ここで、送信部２１０および受信部２２０の構成は、それぞれ、高周波信号の送信および受信を行う部分であり、具体的には、周知な構成を有する。
【００３７】
無線機２００は、さらに、送信部２１０とアンテナ２５０との間に設けられる第１のバンドリジェクトフィルタ２３０と、受信部２２０とアンテナ２５０との間に設けられる第２のバンドリジェクトフィルタ２４０とを含む。
【００３８】
たとえば、受信部２２０については、図１の場合と同様に、アンテナ２５０とバンドリジェクトフィルタ２４０の間に設けられる受信アンプ（図示せず）で増幅されバンドリジェクトフィルタ２４０を通過した受信信号を受けて中間周波数にダウンコンバートするためのＩＦダウンコンバータ（図示せず）と、ＩＦダウンコンバータの出力をデジタル信号に変換するためのＡ−Ｄ変換器（図示せず）と、Ａ−Ｄ変換器から信号をベースバンド信号に復調する復調処理（デジタル復調、復号処理等）を行うための復調処理回路（図示せず）とを含む構成とすることができる。
【００３９】
一方で、送信部２１０については、ベースバンド信号に対する変調処理（デジタル変調、変調処理等）を行うための変調処理回路（図示せず）と、変調処理回路の出力をＤ−Ａ変換するＤ−Ａ変換器（図示せず）と、Ｄ−Ａ変換器の出力を中間周波数へアップコンバートし、この中間周波数送信信号をバンドリジェクトフィルタ２３０に与えるＩＦアップコンバータ（図示せず）と、バンドリジェクトフィルタフィルタ２４０の出力を増幅してアンテナ２５０に与える送信アンプ（図示せず）とを含む構成とすることができる。
【００４０】
バンドリジェクトフィルタ（BRF：Band Reject Filter）は特定帯域の信号の通過を阻止し、それ以外の帯域の信号を通過させるためのフィルタである。たとえば、第２のバンドリジェクトフィルタ２４０は、送信信号が受信側に回り込み、受信を妨害することを防ぐために設けられ、同様に、第１のバンドリジェクトフィルタ２３０は、送信側に受信周波数を通さないために設けられる。
【００４１】
したがって、無線機２００には、バンドリジェクトフィルタのフィルタする周波数帯を制御する制御回路も設けられている。
【００４２】
図３は、バンドリジェクタフィルタの一例の７次バンドリジェクタフィルタ回路３００の構成を示す回路図である。
【００４３】
図３に示すように、７次バンドリジェクタフィルタ回路３００は、入力ノード３１０と出力ノード３２０との間に、直列に接続されるＢＳＴ膜を誘電体膜として使用したキャパシタ（以下、「ＢＳＴキャパシタ」と呼ぶ）Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２と、ＢＳＴキャパシタＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２にそれぞれ並列に接続されるインダクタＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２とを含む。
【００４４】
入力ノード３１０とＢＳＴキャパシタＣ１２とは、接続ノードｎ１１で接続され、ＢＳＴキャパシタＣ１２とＢＳＴキャパシタＣ２２とは、接続ノードｎ２１で接続され、ＢＳＴキャパシタＣ２２とＢＳＴキャパシタＣ３２とは、接続ノードｎ３１で接続され、ＢＳＴキャパシタＣ３２と出力ノード３２０とは、接続ノードｎ４１で接続される。
【００４５】
７次バンドリジェクタフィルタ回路３００は、さらに、接続ノードｎ１１と接地との間に直列に接続されるインダクタンスＬ１１およびＢＳＴキャパシタＣ１１と、接続ノードｎ２１と接地との間に直列に接続されるインダクタンスＬ２１およびＢＳＴキャパシタＣ２１と、接続ノードｎ３１と接地との間に直列に接続されるインダクタンスＬ３１およびＢＳＴキャパシタＣ３１と、接続ノードｎ４１と接地との間に直列に接続されるインダクタンスＬ４１およびＢＳＴキャパシタＣ４１とを含む。
【００４６】
図４は、図３に示した７次バンドリジェクタフィルタ回路３００にＳパラメータからの挿入損失のシミュレーション結果を示す図である。
【００４７】
図４においては、キャパシタンスのパラメータを変更したものも対比として示している。パラメータを適切に設定することで、たとえば、０．３９６ＧＨｚにおいて、入力ノードから出力ノードへの透過特性を示すＳ２１の絶対値が−７３．０６ｄＢとなっており、良好な遮断特性を示している。
【００４８】
すなわち、上述した制御回路がＢＳＴキャパシタへ適切なバイアス電圧を印加することで、所定の周波数においてバンドリジェクトフィルタとして要求されるフィルタ特性を実現できることがわかる。
【００４９】
図５は、ＢＳＴキャパシタを用いて、フィルタを設計試作した場合の回路図の例を示す図である。
【００５０】
図５に示すとおり、ノードＲＦ−ＩＮより入力された信号は、一般キャパシタ素子Ｃ１、インダクタンス素子Ｌ１、一般キャパシタ素子Ｃ２、一般キャパシタ素子Ｃ３を通過してノードＲＦ−ＯＵＴへ出力される。キャパシタ素子Ｃ１とインダクタンス素子Ｌ１との接続ノードと接地との間にＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ１が設けられ、キャパシタ素子Ｃ２とキャパシタ素子Ｃ３との接続ノードと接地との間にＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ２が設けられる。ノードＣＮ１に直流電源を接続することで、ＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ１、ＣＶ２に任意のバイアス電圧をかけることができる。また、バイアス電圧は可変抵抗ＲＶ１、ＲＶ２で調整可能である。
【００５１】
この図５のような回路構成により、ＢＳＴキャパシタにかける電圧を変えることで、ＲＦ−ＯＵＴへ出力される波形がどのように変化するかをシミュレートすることができる。
【００５２】
図６は、図５に示した回路についてシミュレートした回路特性を示す特性図である。
印加電圧を変化させて、ＢＳＴキャパシタの容量が２００ｐＦとなるように調整した場合と、８２ｐＦとなるように調整した場合とで、透過特性（ＳパラメータのＳ２１）が変化しており、チューナブルなフィルタとして動作していることが確認できる。
【００５３】
図６の特性により、チューナブルフィルタを用いて、ローパスフィルタを実現できることがわかる。
【００５４】
図７は、チューナブルなローパスフィルタを用いた送信機の構成を示す図である。
図７（ａ）を参照して、送信機５００は、ベースバンド信号処理回路（図示せず）からの信号を受けて、Ｄ−Ａ変換処理を行うＤ−Ａ変換器２０と、Ｄ−Ａ変換器２０からの信号をアップコンバートし変調処理をするアップコンバータ・変調器２２と、アップコンバータ変調器２２からの高周波信号を増幅する送信アンプ２４と、送信アンプ２４からの信号を制御器３０からの制御信号に応じた周波数をカットオフ周波数としてローパスフィルタ処理を行うチューナブルフィルタ２６と、チューナブルフィルタ２６からの信号を送信するためのアンテナ２８とを含む。
【００５５】
図７のような構成とすることで、たとえば、同一のハードウェアとして製造した送信機５００を、制御器３０でのソフトウェアでの制御の設定を変更するのみで、高帯域用、中帯域用、低帯域用といったように、送信帯域の異なった仕様の送信機として出荷することが可能となる。
【００５６】
図７（ｂ）は、図７（ａ）のチューナブルフィルタ２６の構成を説明するための回路図である。マイクロ波の入力のＲＦ−ＩＮからマイクロ波の出力のＲＦ−ＯＵＴとの間に、インダクタンス素子Ｌ１とＬ２とが直接に接続される。
【００５７】
入力ＲＦ−ＩＮとインダクタンス素子Ｌ１との接続ノードと接地との間に、制御信号に応じて容量の変化するＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ１が接続され、インダクタンス素子Ｌ１とインダクタンス素子Ｌ２との接続ノードと接地との間に、制御信号に応じて容量の変化するＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ２が接続され、インダクタンス素子Ｌ２と出力ＲＦ−ＯＵＴとの接続ノードと接地との間に、制御信号に応じて容量の変化するＢＳＴキャパシタ素子ＣＶ３が接続される。したがって、チューナブルフィルタ２６は、ローパスフィルタとして動作する。
【００５８】
なお、チューナブルフィルタ２６の段数は、図７に示したものに限定されることなく、使用される帯域等に応じて、適宜、変更することが可能である。
【００５９】
また、チューナブルフィルタ２６は、用途に応じて、ローパスフィルタに限られず、帯域透過型フィルタやハイパスフィルタとすることもできる。
【００６０】
（ＢＳＴキャパシタの基本的な特性と成膜方法）
図８は、ＢＳＴキャパシタの基本的な特性の概念を示す図である。
【００６１】
誘電体としてＢＳＴ膜を用いた場合、膜に印加される電圧に応じて、誘電率は印加電圧０Ｖにおいて極大を示す。
【００６２】
ここで、ＢＳＴ膜の周波数同調性（チューナビリティ）とは、以下の式で定義される。
【００６３】
【数１】
2012142805.tif 000003
【００６４】
図９は、このようなＢＳＴ膜を成膜するための装置構成を示す図である。
図９に示すように、成膜装置は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置である。スパッタガスとしては、ＡｒとＯ2の混合ガスを用いた酸化雰囲気中で行っている。たとえば、スパッタ中のガスの流量比は、Ａｒ：Ｏ2＝９０（ｓｃｃｍ）：１０（ｓｃｃｍ）である。スパッタ時のチャンバ内の圧力は、２００ｍＴｏｒｒ、基板温度は７００℃である。
【００６５】
ターゲットとしては、（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3の焼結体を用いている。生成される膜のＢａとＳｒの組成比を変更する場合は、このターゲットの組成比を変更すればよい。ターゲット・基板間距離は９０ｍｍであり、スパッタ中にターゲット・基板間に投入されるＲＦパワーは、８０Ｗである。なお、後に説明するように、基板としては、ＭｇＯ基板またはＳｉ基板上にシリコン酸化膜およびＰｔ膜を成膜したものを使用している。
【００６６】
ここで、Ｐｔ膜自身の配向は、（１１１）方向である。
（ＭｇＯ基板上に成膜した平面型ＢＳＴキャパシタの特性）
以下では、まず、基板上に作成された平面型のＢＳＴキャパシタの特性について説明する。
【００６７】
図１０は、平面型のＢＳＴキャパシタの構成の概略と、実際に作成したサンプルの上面写真を示す図である。
【００６８】
まず、図１０（ａ）は、平面型のＢＳＴキャパシタの構成の概略を示す図であり、図１０（ｂ）は、実際に作成したサンプルの上面写真を示す。
【００６９】
図１０（ａ）に示すように、ＭｇＯ基板１０上に、ＢＳＴ膜２０を成膜したものの上に、さらにコプレーナ型の接地線３２および信号線３４を形成した構成（以下、「コプレナー線路（CPW:CoPlanar Waveguide）構造」）を示す図である。接地線３２と信号線３４との間には、ＤＣバイアスが印加される構成となっている。
【００７０】
図１０（ｂ）に示したサンプルでは、接地線３２と信号線３４とが対向している距離は２５００μｍであり、接地線３２と信号線３４とのギャップ（コプレーナー線路間のギャップ）は５μｍである。
【００７１】
図１１は、図１０に示した平面型のＢＳＴキャパシタの特性の、ＢＳＴ膜を成長させるＭｇＯ基板の結晶面依存性を示す図である。
【００７２】
まず、図１１（ａ）は、ＭｇＯ（１００）面上に成膜したＢＳＴ膜と、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜との差動位相シフトを示す図である。
【００７３】
ここで、差動位相シフトΔΦは、以下の式で表され、ＢＳＴ膜のチューナビリティを示す。
【００７４】
【数２】
2012142805.tif 000004
【００７５】
図１１（ａ）に示されるとおり、２０ＧＨｚにおける差動位相シフトは、ＭｇＯ（１００）面上に成膜したＢＳＴ膜では、−３０．１degであるのに対して、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜では、−６２．５degであって、約２倍に向上している。
【００７６】
また、図１１（ｂ）は、ＭｇＯ（１００）面上に成膜したＢＳＴ膜と、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜との性能指数（ＦＯＭ：Figure Of Merit）を示す図である。ここで、性能指数とは、以下の式で表される。
【００７７】
【数３】
2012142805.tif 000005
【００７８】
図１１（ｂ）に示されるように、同じ印加電圧３０Ｖにおいて、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜の方が、広い周波数にわたって、性能指数が高いことがわかる。
【００７９】
図１２は、チューナビリティのＭｇＯ基板の面方位依存性をプレーナ型のキャパシタ（インターデジタル型）により測定した例を示す図である。
【００８０】
図１２（ａ）に示すように、チューナビィティの測定は、プレーナ型のキャパシタ（インターデジタル型）により行った。電極間の対向距離は、１００μｍであり、電極間のギャップは５μｍである。左右それぞれ５本ずつのくし型電極が、相互に対向するように配置されている。
【００８１】
図１２（ｂ）に示すように、ＭｇＯ（１００）面上に成長させた場合のチューナビィティが１７．０％のとき、ＭｇＯ（１１１）面上に成長させた場合のチューナビィティが３２．８％のとなり、ほぼ、チューナビィティは２倍に向上している。
【００８２】
図１３は、プレーナ型のキャパシタ（インターデジタル型）の印加電圧による特性のヒステリシスを評価した結果を示す図である。
【００８３】
図１３（ａ）に示すように、マイナス側からプラス側に電圧を印加した場合も、逆に、プラス側からマイナス側に電圧を印加した場合も、キャパシタンスの電圧依存性は同一であってヒステリシスは観測されない。
【００８４】
また、図１３（ｂ）に示すように、誘電損についても、ヒステリシスは観測されない。
（Ｐｔ電極上に成膜した積層型ＢＳＴキャパシタの特性）
以上の説明は、ＭｇＯ基板上に成長させたＢＳＴ膜を用いたＢＳＴキャパシタについてのものであった。
【００８５】
以後は、Ｐｔ電極上に成膜したポリ結晶のＢＳＴ膜を用いたＢＳＴキャパシタの特性について説明する。成膜条件等は、ＭｇＯ基板上に成膜する場合と同様である。
【００８６】
まず、図１４は、このように、Ｐｔ電極上に成膜したＢＳＴ膜を用いたＢＳＴキャパシタの断面構造を示す図である。
【００８７】
図１４に示すように、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2膜を成膜した上で、下部電極としてＰｔ／Ｔｉ電極を、たとえば、真空蒸着法で、３０ｎｍ堆積する。その上に、ＢＳＴ膜を成膜し、さらに、Ａｕ／Ｃｒ電極を、たとえば、真空蒸着法により成膜して、上部電極としている。
【００８８】
図１５は、図１４に示したＢＳＴキャパシタの印加電圧による特性のヒステリシスを評価した結果を示す図である。図１５に示した例では、ＢＳＴの膜厚は、約１０００ｎｍである。
【００８９】
図１５（ａ）に示すように、マイナス側からプラス側に電圧を印加した場合も、逆に、プラス側からマイナス側に電圧を印加した場合も、キャパシタンスの電圧依存性は、ほぼ同一であってヒステリシスは、ほとんど観測されない。
【００９０】
また、図１５（ｂ）に示すように、誘電損についても、ヒステリシスは観測されない。
特に、図１５（ａ）に示すように、積層型のＢＳＴキャパシタでは、チューナビィティが４７％と、プレーナ型に比べて著しく向上している。
（ＭｇＯ基板上のＢＳＴ膜およびＰｔ電極上のＢＳＴ膜の結晶性の評価）
図１６は、ＭｇＯ（１００）面上に成長させたＢＳＴ膜とＭｇＯ（１１１）面上に成長させたＢＳＴ膜のＸ線回折の測定結果を示す図である。
【００９１】
図１６(ａ)に示すように、ＭｇＯ（１００）面上に成長させたＢＳＴ膜は、ランダムな配向を示す。これに対して、図１６（ｂ）に示すように、ＭｇＯ（１１１）面上に成長させたＢＳＴ膜は、（１１１）方向への単一な配向を示す。
【００９２】
図１７は、ＭｇＯ（００１）面上に成膜したＢＳＴ膜についてのＸ線回折のロッキングカーブ半値幅，Phiスキャン半値幅の膜厚依存性を示す図である。
【００９３】
ここで、ロッキングカーブ測定およびPhiスキャンでは、結晶の揺らぎを評価することに相当する。ロッキングカーブでは，結晶成長方向(基板垂直)の揺らぎを、Phiスキャンでは、結晶回転方向の揺らぎを評価している。これらの値が小さいほど、揺らぎの少ない、結晶方位の揃っている結晶であるといえる。
【００９４】
図１７に示されるように、ＭｇＯ（００１）面上に成膜した場合、膜厚とともに、これらの値は、一旦減少した後、さらに、膜厚を増加させると、再び、増加に転じている。
【００９５】
図１８は、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜したＢＳＴ膜についてのＸ線回折のロッキングカーブ半値幅，Phiスキャン半値幅の膜厚依存性を示す図である。
【００９６】
ＭｇＯ（００１）面上の場合と異なり、ＭｇＯ（１１１）面上に成膜した場合は、膜厚とともに、これらの値は、単調に減少している。
【００９７】
図１９は、Ｐｔ電極上に成膜しポリ結晶膜となっている場合のＢＳＴ膜の粒径を、Ｘ線回折により評価した結果を示す図である。粒径の評価は、2theta-theta測定、In-Plane測定から面垂直方向(面外)，面内方向の粒径を比較した。
【００９８】
図１９に示されるとおり、面外、面内ともに膜厚に対する差は小さい。
図２０は、Ｐｔ電極上に成膜しポリ結晶膜となっている場合のＢＳＴ膜について、膜厚の増加による、Ｘ線回折パターンの変化を示す図である。
【００９９】
図２０に示されるように、膜厚に対して、ＢＳＴに起因する回折強度比が異なっていることが分かる。特に膜厚の増加に伴い、１１１回折強度の増加が著しいことから、（１１１）配向の体積が増加していることが分かる。
【０１００】
図２１は、図２０において、2theta-theta測定結果から、各回折ピークの積分強度比を導出した結果を示す図である。
【０１０１】
図２１に示されるとおり、膜厚の増加に伴い、（１００）配向はほぼ一定であるのに対し、（１１０）配向は減少し、（１１１）配向は増加する傾向があることが分かる。
【０１０２】
以上の結果から、ＢＳＴキャパシタにおいては、結晶の配向が（１１１）配向である場合には、成長の下地が、ＭｇＯ基板であるか、Ｐｔ電極であるかに関らず、チューナビリティの向上に寄与することが示唆される。すなわち、図２１に示されるように、ＢＳＴ膜について、（１１１）配向の体積比が優位となる膜厚では、図１５に示したとおり、チューナビリティの向上が認められる。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  アンテナ、１２  高周波アンプ、１４  チューナブルフィルタ、１６  ダウンコンバータ、１８  変換器、２０  ベースバンド処理回路、３０  制御器、３２  接地線、３４  信号線、１００  受信機、２００  無線機、２１０  送信部、２２０  受信部、２３０  第１のバンドリジェクトフィルタ、２４０  第２のバンドリジェクトフィルタ、２５０  アンテナ、３００  次バンドリジェクタフィルタ回路、３１０  入力ノード、３２０  出力ノード、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ４１  キャパシタ、ＣＮ１  ノード、Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ４１  インダクタンス、Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２  インダクタ、ｎ１１，ｎ２１，ｎ３１，ｎ４１  接続ノード。
【図１】
2012142805.tif 000006
【図２】
2012142805.tif 000007
【図３】
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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１１】
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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１８】
2012142805.tif 000019
【図１９】
2012142805.tif 000020
【図２０】
2012142805.tif 000021
【図２１】
2012142805.tif 000022
【図４】
2012142805.tif 000023
【図１０】
2012142805.tif 000024
【図１２】
2012142805.tif 000025
【図１７】
2012142805.tif 000026