JP5121313B2 - ハイパスフィルタ内蔵スイッチ、ハイパスフィルタ/ローパスフィルタ切替型移相器、可変共振器、通過帯域可変バンドパスフィルタ、阻止帯域可変バンドリジェクトフィルタ - Google Patents
ハイパスフィルタ内蔵スイッチ、ハイパスフィルタ/ローパスフィルタ切替型移相器、可変共振器、通過帯域可変バンドパスフィルタ、阻止帯域可変バンドリジェクトフィルタ Download PDFInfo
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Description
第1の単極双投スイッチと第2の単極双投スイッチが共にHPFに接続されているとき、第1の入出力端子と第2の入出力端子との間を通過する高周波信号の位相は進み状態となる。一方、第1の単極双投スイッチと第2の単極双投スイッチが共にLPFに接続されているとき、第1の入出力端子と第2の入出力端子との間を通過する高周波信号の位相は遅れ状態となる。このように第1の単極双投スイッチおよび第2の単極双投スイッチを切り替えることにより、通過する高周波信号の通過位相を変化させる(例えば、非特許文献1参照)。
そして、制御電源により制御電極に電圧を印加すると、制御電極と片持ち梁との間に電位差が生じ、片持ち梁が制御電極側に引き寄せられ、可動電極と固定電極とが接し、第1の高周波線路と第2の高周波線路とがつながり高周波信号を流すことができる(例えば、非特許文献2参照)。
図1は、この発明に係る実施の形態1による片持ち梁構造スイッチの断面図である。
この発明に係る実施の形態1による片持ち梁構造スイッチ1は、図1に示すように、MEMS技術を用いて基板2上に形成され、支持端4aが基板2に支持され且つ自由端4b側に可動電極5が設けられる片持ち梁4からなる第1の高周波線路3、可動電極5と対向する位置に固定電極6が設けられる第2の高周波線路7、片持ち梁4を撓ませるための電圧が印加される制御電極8、制御電極8に電圧を印加する制御電源9、および片持ち梁4の支持端4aをGNDに接続する並列インダクタ10を備える。
片持ち梁構造スイッチ1では、制御電源9から制御電極8に電圧を印加すると可動電極5が固定電極6に接し、第1の高周波線路3と第2の高周波線路7とが接続される。この状態をON状態と称す。他方、制御電極8に印加した電圧を取り去ると可動電極5が固定電極6から離れ、第1の高周波線路3と第2の高周波線路7とが切断される。この状態をOFF状態と称す。
次に、上述の実施の形態1による片持ち梁構造スイッチ1を2つ用いたπ型HPF内蔵スイッチについて説明する。
この発明に係る実施の形態1によるπ型HPF内蔵スイッチは、基板2上に形成され、図2に示すように、第1の片持ち梁構造スイッチ1a、第2の片持ち梁構造スイッチ1b、第1の片持ち梁構造スイッチ1aと第2の片持ち梁構造スイッチ1bの片持ち梁4の支持端4a同士を接続する直列キャパシタ12、第1の片持ち梁構造スイッチ1aの第2の高周波線路7に接続する第1の入出力端子13a、および第2の片持ち梁構造スイッチ1bの第2の高周波線路7に接続する第2の入出力端子13bを備える。
第1の片持ち梁構造スイッチ1aまたは第2の片持ち梁構造スイッチ1bをOFF状態にすると、第1の入出力端子13aと第2の入出力端子13bとの間は遮断される。
一方、第1の片持ち梁構造スイッチ1aおよび第2の片持ち梁構造スイッチ1bを共にON状態にすると、第1の並列インダクタ10a、第2の並列インダクタ10bおよび直列キャパシタ12によりπ型HPFが構成される。
図3は、この発明に係る実施の形態2による2極の片持ち梁構造スイッチの断面図である。
この発明に係る実施の形態2による2極の片持ち梁構造スイッチ21は、図3に示すように、基板2上に形成され、支持端4aが基板2に支持され且つ自由端4b側に可動電極5Aが設けられる片持ち梁4Aからなる第1の高周波線路3A、第1の高周波線路3Aの支持端4aに連なる支持端4aが基板2に支持され且つ自由端4b側に可動電極5Bが設けられる片持ち梁4Bからなる第2の高周波線路3B、可動電極5Aと対向する位置に固定電極6Aが設けられる第3の高周波線路7A、可動電極5Bと対向する位置に固定電極6Bが設けられる第4の高周波線路7B、片持ち梁4Aを撓ませるための電圧が印加される第1の制御電極8A、片持ち梁4Bを撓ませるための電圧が印加される第2の制御電極8B、制御電極8A、8Bに電圧を印加する2つの制御電源9A、9B、および連なっている支持端4aをGNDに接続する並列インダクタ10を備える。
次に、上述の実施の形態2による2極の片持ち梁構造スイッチ21を1つ用いたT型HPF内蔵スイッチについて説明する。
この発明に係る実施の形態2によるT型HPF内蔵スイッチは、基板2上に形成され、図4に示すように、2極の片持ち梁構造スイッチ21、一端が2極の片持ち梁構造スイッチ21の第3の高周波線路7Aに接続する第1の直列キャパシタ23a、一端が2極の片持ち梁構造スイッチ21の第4の高周波線路7Bに接続する第2の直列キャパシタ23b、第1の直列キャパシタ23aの他端が接続する第1の入出力端子13a、および第2の直列キャパシタ23bの他端が接続する第2の入出力端子13bを備える。
第1のスイッチ22aまたは第2のスイッチ22bをOFF状態にすると、第1の入出力端子13aと第2の入出力端子13bとの間は遮断される。
一方、第1のスイッチ22aおよび第2のスイッチ22bを共にON状態にすると、第1の直列キャパシタ23a、並列インダクタ10および第2の直列キャパシタ23bによりT型HPFを構成する。
図5は、この発明に係る実施の形態3による片持ち梁構造スイッチの断面図である。
この発明に係る実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31は、基板2上に形成され、図5に示すように、支持端4aが基板2に支持され自由端4b側に可動電極5が設けられた片持ち梁4からなる第1の高周波線路3、可動電極5と対向する位置に固定電極6が設けられた第2の高周波線路7、片持ち梁4を撓ませるための電圧が印加される制御電極8、および制御電極8に電圧を印加する制御電源9を備える。
次に、2つの上述の実施の形態1による片持ち梁構造スイッチ1および2つの実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いたHPF/LPF切替型移相器について説明する。
この発明に係る実施の形態3によるHPF/LPF切替型移相器は、基板2上に形成され、図6に示すように、実施の形態1による第1の片持ち梁構造スイッチ1a、実施の形態1による第2の片持ち梁構造スイッチ1b、第1の片持ち梁構造スイッチ1aと第2の片持ち梁構造スイッチ1bの片持ち梁4の支持端4a同士を接続する直列キャパシタ12、第1の片持ち梁構造スイッチ1aの第2の高周波線路7に接続する第1の入出力端子13a、および第2の片持ち梁構造スイッチ1bの第2の高周波線路7に接続する第2の入出力端子13bを備える。
第1の片持ち梁構造スイッチ1aおよび第2の片持ち梁構造スイッチ1bをON状態、第3の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31bをOFF状態に切り替えたとき、第1の並列インダクタ10a、第2の並列インダクタ10bおよび直列キャパシタ12によりπ型HPFが構成される。このとき、第1の入出力端子13aと第2の入出力端子13b間を通過する高周波信号の位相は進み状態となる。
なお、上述の実施の形態3によるHPF/LPF切替型移相器は、LPFがT型LPFであるが、π型LPFであっても同様な効果が得られる。
図7は、この発明に係る実施の形態4によるHPF/LPF切替型移相器の構成図である。
この発明に係る実施の形態4によるHPF/LPF切替型移相器は、実施の形態2による2極の片持ち梁構造スイッチと2つの実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態4によるHPF/LPF切替型移相器は、基板2上に形成され、図7に示すように、2極の片持ち梁構造スイッチ21、一端が2極の片持ち梁構造スイッチ21の第3の高周波線路7Aに接続される第1の直列キャパシタ23a、一端が2極の片持ち梁構造スイッチ21の第4の高周波線路7Bに接続される第2の直列キャパシタ23b、第1の直列キャパシタ23aの他端が接続される第1の入出力端子13a、および第2の直列キャパシタ23bの他端が接続される第2の入出力端子13bを備える。
なお、2極の片持ち梁構造スイッチ21の支持端4aは並列インダクタ10を介してGNDに接続されている。
2極の片持ち梁構造スイッチ21の第1のスイッチ22aおよび第2のスイッチ22bをON状態、第1の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第2の片持ち梁構造スイッチ31bをOFF状態に切り替えたとき、第1の直列キャパシタ23a、並列インダクタ10および第2の直列キャパシタ23bによりT型HPFが構成される。このとき、第1の入出力端子13aと第2の入出力端子13b間を通過する高周波信号の位相は進み状態となる。
なお、上述の実施の形態4によるHPF/LPF切替型移相器では、LPFがπ型LPFであるが、T型LPFであっても同様な効果が得られる。
図8は、この発明に係る実施の形態5による可変共振器の構成図である。
この発明に係る実施の形態5による可変共振器は、2つの上述の実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態5による可変共振器は、基板2上に形成され、図8に示すように、高周波信号が入出力する第1の入出力端子13a、第1の入出力端子13aと高周波線路41を介して接続される第2の入出力端子13b、片持ち梁4の支持端4aがGNDに接続される第1の片持ち梁構造スイッチ31a、第1の片持ち梁構造スイッチ31aの片持ち梁4の支持端4aに片持ち梁4の支持端4aが接続される第2の片持ち梁構造スイッチ31b、一端が第1の片持ち梁構造スイッチ31aの第2の高周波線路7に接続され且つ他端が高周波線路41に接続される第1の並列キャパシタ42a、一端が第2の片持ち梁構造スイッチ31bの第2の高周波線路7に接続され且つ他端が高周波線路41に接続される第2の並列キャパシタ42b、および一端が高周波線路41に接続され且つ他端がGNDに接続される並列インダクタ43を備える。
なお、第1の片持ち梁構造スイッチ31aと第1の並列キャパシタ42aにより構成する回路を第1の直列キャパシタスイッチ、第2の片持ち梁構造スイッチ31bと第2の並列キャパシタ42bにより構成する回路を第2の直列キャパシタスイッチと称す。
第1の片持ち梁構造スイッチ31aをON状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bをOFF状態に切り替えたとき、並列インダクタ43と第1の並列キャパシタ42aにより第1の並列共振器が構成される。また、第1の片持ち梁構造スイッチ31aをOFF状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bをON状態に切り替えたとき、並列インダクタ43と第2の並列キャパシタ42bにより第2の並列共振器が構成される。そして、第1の並列キャパシタ42aと第2の並列キャパシタ42bとの静電容量が異なると、第1の並列共振器と第2の並列共振器との共振周波数が異なるので、第1の片持ち梁構造スイッチ31aと第2の片持ち梁構造スイッチ31bを交互にON/OFFを切り替えると共振周波数が可変される可変共振器が実現できる。
なお、上述の実施の形態5による可変共振器は2つの直列キャパシタスイッチで構成されているが、3つ以上の直列キャパシタスイッチで構成されていても、同様な効果が得られる。
図9は、この発明に係る実施の形態6による可変共振器の構成図である。
この発明に係る実施の形態6による可変共振器は、2つの上述の実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態6による可変共振器は、基板2上に形成され、図9に示すように、高周波信号が入出力する第1の入出力端子13a、第1の入出力端子13aと高周波線路41を介して接続される第2の入出力端子13b、片持ち梁4の支持端4aが高周波線路41に接続される第1の片持ち梁構造スイッチ31a、第1の片持ち梁構造スイッチ31aの片持ち梁4の支持端4aに片持ち梁4の支持端4aが接続される第2の片持ち梁構造スイッチ31b、一端が第1の片持ち梁構造スイッチ31aの第2の高周波線路7に接続され且つ他端がGNDに接続される第1の並列キャパシタ42a、一端が第2の片持ち梁構造スイッチ31bの第2の高周波線路7に接続され且つ他端がGNDに接続される第2の並列キャパシタ42b、および一端が高周波線路41に接続され且つ他端がGNDに接続される並列インダクタ43を備える。
なお、第1の片持ち梁構造スイッチ31aと第1の並列キャパシタ42aにより構成する回路を第1の直列キャパシタスイッチ、第2の片持ち梁構造スイッチ31bと第2の並列キャパシタ42bにより構成する回路を第2の直列キャパシタスイッチと称す。
第1の片持ち梁構造スイッチ31aをON状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bをOFF状態に切り替えたとき、並列インダクタ43と第1の並列キャパシタ42aにより第1の並列共振器が構成される。また、第1の片持ち梁構造スイッチ31aをOFF状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bをON状態に切り替えたとき、並列インダクタ43と第2の並列キャパシタ42bにより第2の並列共振器が構成される。そして、第1の並列キャパシタ42aと第2の並列キャパシタ42bとの静電容量が異なると、第1の並列共振器と第2の並列共振器との共振周波数が異なるので、第1の片持ち梁構造スイッチ31aと第2の片持ち梁構造スイッチ31bを交互にON/OFFを切り替えると共振周波数が可変される可変共振器が実現できる。
なお、上述の実施の形態6による可変共振器は2つの直列キャパシタスイッチで構成されているが、3つ以上の直列キャパシタスイッチで構成されていても、同様な効果が得られる。
図10は、この発明に係る実施の形態7による可変共振器の構成図である。
この発明に係る実施の形態7による可変共振器は、4つの上述の実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態7による可変共振器は、基板2上に形成され、図10に示すように、高周波信号が入出力する第1の入出力端子13a、第1の入出力端子13aと高周波線路41を介して接続される第2の入出力端子13b、片持ち梁4の支持端4aがGNDに接続される第1の片持ち梁構造スイッチ31a、第1の片持ち梁構造スイッチ31aの片持ち梁4の支持端4aに片持ち梁4の支持端4aが接続される第2の片持ち梁構造スイッチ31b、一端が第1の片持ち梁構造スイッチ31aの第2の高周波線路7に接続される第1の並列インダクタ43a、一端が第2の片持ち梁構造スイッチ31bの第2の高周波線路7に接続される第2の並列インダクタ43b、片持ち梁4の支持端4aが第1の並列インダクタ43aの他端に接続され且つ第2の高周波線路7が高周波線路41に接続される第3の片持ち梁構造スイッチ31c、片持ち梁4の支持端4aが第2の並列インダクタ43bの他端に接続され且つ第2の高周波線路7が高周波線路41に接続される第4の片持ち梁構造スイッチ31d、および一端が高周波線路41に接続され且つ他端がGNDに接続される並列キャパシタ42を備える。
なお、第1の片持ち梁構造スイッチ31a、第1の並列インダクタ43aおよび第3の片持ち梁構造スイッチ31cにより構成する回路を第1の直列インダクタスイッチ、第2の片持ち梁構造スイッチ31bと第2の並列インダクタ43bおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31dにより構成する回路を第2の直列インダクタスイッチと称す。
第1の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第3の片持ち梁構造スイッチ31cをON状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31dをOFF状態に切り替えたとき、並列キャパシタ42と第1の並列インダクタ43aとにより第1の並列共振器が構成される。また、第1の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第3の片持ち梁構造スイッチ31cをOFF状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31dをON状態に切り替えたとき、並列キャパシタ42と第2の並列インダクタ43bとにより第2の並列共振器が構成される。そして、第1の並列インダクタ43aと第2の並列インダクタ43bとのインダクタンスが異なると、第1の並列共振器と第2の並列共振器との共振周波数が異なるので、第1の片持ち梁構造スイッチ31aと第3の片持ち梁構造スイッチ31cとを対にし、第2の片持ち梁構造スイッチ31bと第4の片持ち梁構造スイッチ31dとを対にして、対毎に交互にON/OFFを切り替えると共振周波数が可変される可変共振器が実現できる。
なお、上述の実施の形態7による可変共振器は2つの直列インダクタスイッチで構成されているが、3つ以上の直列インダクタスイッチで構成されていても、同様な効果が得られる。
図11は、この発明に係る実施の形態8による通過帯域可変バンドパスフィルタの構成図である。
この発明に係る実施の形態8による通過帯域可変バンドパスフィルタは、4つの上述の実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態8による通過帯域可変バンドパスフィルタは、基板2上に形成され、図11に示すように、高周波信号が入出力する第1の入出力端子13a、第1の入出力端子13aと第1の高周波線路51aを介して一端が接続される直列インダクタ52、一端が直列インダクタ52の他端と接続される直列キャパシタ53、および直列キャパシタ53の他端と第2の高周波線路51bを介して接続される第2の入出力端子13bを備える。
第1の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第3の片持ち梁構造スイッチ31cをON状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31dをOFF状態に切り替えたとき、第1の並列インダクタ43aと第1の並列キャパシタ42aにより構成される第1の並列共振器、直列インダクタ52と直列キャパシタ53により構成される直列共振器、および第2の並列インダクタ43bと第3の並列キャパシタ42cにより構成される第2の並列共振器により第1のπ型のバンドパスフィルタが構成される。
また、上述の実施の形態8によるバンドパスフィルタでは、並列共振器を直列キャパシタスイッチと並列インダクタとにより構成しているが、実施の形態7で説明した直列インダクタスイッチと並列キャパシタとにより構成しても同様な効果が得られる。
図12は、この発明に係る実施の形態9による阻止帯域可変バンドリジェクトフィルタの構成図である。
この発明に係る実施の形態9による阻止帯域可変バンドリジェクトフィルタは、4つの上述の実施の形態3による片持ち梁構造スイッチ31を用いる。
この発明に係る実施の形態9による阻止帯域可変バンドリジェクトフィルタは、基板2上に形成され、図12に示すように、高周波信号が入出力する入出力端子13、入出力端子13とGNDとの間に直列接続の第1の並列インダクタ61aおよび第1の並列キャパシタ62a、一端が入出力端子13と接続する直列キャパシタ63、一端が直列キャパシタ63の他端と接続され且つ他端がGNDに接続される抵抗64、直列キャパシタ63の他端とGND間に抵抗64と並列して直列接続の第2の並列インダクタ61bおよび第2の並列キャパシタ62bを備える。
第1の片持ち梁構造スイッチ31aおよび第3の片持ち梁構造スイッチ31cをON状態、第2の片持ち梁構造スイッチ31bおよび第4の片持ち梁構造スイッチ31dをOFF状態に切り替えたとき、第1の並列インダクタ61aと第1の並列キャパシタ62aで構成される第1の直列共振器、第1の直列インダクタ65aと直列キャパシタ63で構成される第1の並列共振器、および第2の並列インダクタ61bと第2の並列キャパシタ62bで構成される第2の直列共振器からなるπ型の第1のバンドリジェクトフィルタを構成する。
Claims (4)
- 片持ち梁の自由端に設けられる可動電極と上記可動電極に対向する固定電極とを上記片持ち梁を変形することにより開閉する2つの片持ち梁構造スイッチを備えるハイパスフィルタ内蔵スイッチであって、
上記片持ち梁構造スイッチは、片持ち梁の支持端がGNDと並列インダクタを介して接続され、
一方の片持ち梁構造スイッチの固定電極が設けられた高周波線路に接続される第1の入出力端子と、
他方の片持ち梁構造スイッチの固定電極が設けられた高周波線路に接続される第2の入出力端子と、
一方の片持ち梁構造スイッチの片持ち梁の支持端と他方の片持ち梁構造スイッチの片持ち梁の支持端とを接続する直列キャパシタと、
を備えることを特徴とするハイパスフィルタ内蔵スイッチ。 - 片持ち梁の自由端に設けられる可動電極と上記可動電極に対向する固定電極とを上記片持ち梁を変形することにより開閉する2つの片持ち梁構造スイッチを備えるハイパスフィルタ内蔵スイッチであって、
上記2つの片持ち梁構造スイッチは、上記片持ち梁の支持端で互いに接続され、且つ上記片持ち梁の支持端がGNDと並列インダクタを介して接続され、
一端が一方の片持ち梁構造スイッチの固定電極が設けられた高周波線路に接続される第1の直列キャパシタと、
一端が他方の片持ち梁構造スイッチの固定電極が設けられた高周波線路に接続される第2の直列キャパシタと、
上記第1の直列キャパシタの他端に接続される第1の入出力端子と、
上記第2の直列キャパシタの他端に接続される第2の入出力端子と、
を備えることを特徴とするハイパスフィルタ内蔵スイッチ。 - 請求項1または2に記載のハイパスフィルタ内蔵スイッチを備えることを特徴とするハイパスフィルタ/ローパスフィルタ切替型移相器。
- 片持ち梁の自由端に設けられる可動電極と上記可動電極に対向する固定電極とを上記片持ち梁を変形することにより開閉する片持ち梁構造スイッチおよび上記固定電極が設けられた高周波線路に一端が接続される並列キャパシタからなる複数の直列キャパシタスイッチを備える可変共振器であって、
高周波信号が入出力する第1の入出力端子と、
上記第1の入出力端子に接続される第2の入出力端子と、
上記第1の入出力端子をGNDに接続する並列インダクタと、
を備え、
上記並列キャパシタは、他端がGNDに接続され、
上記片持ち梁構造スイッチは、上記片持ち梁の支持端が上記第1の入出力端子に接続されることを特徴とする可変共振器。
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