共振回路、フィルタ回路および発振回路
【課題】共振周波数を可変としつつも所望の特性を得ることができる。
【解決手段】本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備える。
【解決手段】本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を用いる通信機内に用いられる共振回路、およびこの共振回路を用いた、フィルタ回路および発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共振回路は振動する波長の半分もしくは１／４の長さが必要であり、各種方式が “RF MEMSとその応用”（ 小西、大和田著、ケイラボ出版、ISBN4-89808-064-2）などに報告されている。MEMS （MicroElectroMechanical System）共振器を用いると周波数可変機能をもつ共振回路が小さく作れることが期待されている（特開2001-119257公報、S. Roundy, et al,”Toward self-tuning adaptive vibration based micro-generators”, SPIE vol. 5649, 2005）。MEMS共振器を共振回路に応用するためにはMEMS共振器を電気信号が通る時の結合度（共振素子と入出力線路との結合度）が重要となる。しかし、従来におけるMEMS共振器を適用した共振回路では共振回路の周波数（共振周波数）を可変にすると、結合度が変わってしまい、所望の特性が得られない問題点があった。このため従来の共振回路では、実際の所望帯域への自由な可変機能を提供できない問題点があった。
【特許文献１】特開2001-119257公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、共振周波数を可変としつつも所望の特性を得ることのできる共振回路、フィルタ回路および発振回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備え、前記帯状電極は、前記入力信号に含まれる、前記複数の押さえ部間における帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号で共振して、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記出力線路の一端に与える。
【０００５】
本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面に近接する出力線路と、外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて、前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構と、を備え、前記帯状電極は、前記共振阻止機構によって押さえられていない状態では、前記入力信号に含まれる、前記帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号によって共振し、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記第２の一端に与える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、共振周波数を可変としつつも所望の特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る共振回路の第１の実施形態を示す平面図である。図２は、図１の共振回路のA-A線における断面図である。
【０００９】
この共振回路は、半導体基板１０６、共振素子１０１、支持部材１０２（１）、１０２（２）、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）、入力線路１０４（１）、出力線路１０４（２）、移動機構１００（１）、１００（２）を備える。半導体基板１０６は基板の一例である。この共振回路は外部制御装置１０５に接続されている。以下この共振回路について詳細に説明する。
【００１０】
半導体基板１０６上において、帯状電極である共振素子１０１が、その両端において、支持部材１０２（１）、１０２（２）によって、基板面から所定の高さHに支持されている。共振素子１０１は例えばアルミニウム、銅、またはポリシリコンなどの導電性材料により形成されている。支持部材１０２（１）、１０２（２）は、例えばポリシリコンなどの導電性材料、または絶縁性材料によって形成されている。共振素子１０１と基板面との間は中空になっている。支持部材１０２（１）、１０２（２）と、基板１０６とは電気的に分離されている。
【００１１】
共振素子１０１上に水平方向調整部（押さえ部）１０３（１）、１０３（２）が設けられている。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は例えばそれ自身の重みにより共振素子１０１の一部（接触部分）を基板面に垂直な方向に押さえる。共振素子１０１は、その強度に依存して、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の重さによりたわむ場合もある。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）と共振素子１０１とは電気的に分離されている。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は、例えば導電性部材と絶縁性部材との組み合わせにより構成される。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の具体的な構成例は後述する。
【００１２】
移動機構１００（１）、１００（２）は、外部制御装置１０５からの外部制御信号に応答して水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を共振素子１０１上で図１の矢印方向に移動させる。移動機構１００（１）、１００（２）は水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）をそれぞれ異なる移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）で移動させる。移動機構１００（１）は駆動パッド１００ａおよび駆動パッド１００ｂからなり、移動機構１００（２）は駆動パッド１００ｃおよび駆動パッド１００ｄからなる。移動機構１００（１）、１００（２）の詳細は後述する。
【００１３】
外部制御装置１０５は外部制御信号によって移動機構１００（１）、１００（２）を制御する。外部制御装置１０５は基板１０６の外に設けられても基板１０６上に設けられてもよいが、本実施の形態では外部制御装置１０５は基板１０６の外に設けられているとする。
【００１４】
共振素子１０１を挟むようにして、入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）が共振素子１０１に近接して配置される。
【００１５】
入力線路１０４（１）は一端において受ける入力信号を他端に伝送する。この他端は、共振素子１０１の長さ方向における一方の側面Ｓ１のうち、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間における部分に近接する。動作時、入力線路１０４（１）の他端は共振素子１０１と容量結合する。
【００１６】
出力線路１０４（２）は、一端から受ける出力信号を他端に伝送する。出力線路１０４（２）の一端は、共振素子１０１における上記一方の側面Ｓ１と反対側の他方の側面Ｓ２のうち、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間における部分に近接する。動作時、出力線路１０４（２）の一端は共振素子１０１と容量結合する。
【００１７】
入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）はアルミニウム等の導電性材料により形成され、例えば共振素子１０１と同一層に形成される。図では、入力線路１０４（１）の他端と、出力線路１０４（２）の一端とが対向している形態が示されるが、あくまでこれは一例であり、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間であれば、図示の位置に制限されない。
【００１８】
動作時、共振素子１０１は、入力線路１０４（１）の他端からの入力信号に含まれる共振周波数の信号によって共振し（機械振動を起こし）、この共振周波数をもつ信号を出力線路１０４（２）の一端に与える。共振素子１０１の共振周波数は、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の間に挟まれた共振素子部分の長さ（共振素子長）によって決まる。したがって、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を移動機構１００（１）、１００（２）を用いて変えることによって共振周波数を所望の値に設定可能である。また、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることによって、共振素子１０１と、入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）との結合度も所望の値に設定可能である。以下これらについてさらに詳しく述べる。
【００１９】
図３および図４にはそれぞれ共振回路を平面から見た状態が示される。ただし、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は図３と図４とでそれぞれ別々の位置にある。また、図面の見やすさのため、他の要素の図示は省略している。図３および図４において、共振素子１０１のハッチングが施された部分（共振部分）Ｋ１、Ｋ２は、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）（図１参照）によって挟まれた部分である。Ｌ１、Ｌ２は、共振部分Ｋ１、Ｋ２の長さであり、各々の共振素子長に相当する。Ｌ１はＬ２より長いため、図３の共振回路は、図４の共振回路よりも共振周波数が小さい。このように２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで共振周波数を任意の値に設定できる。
【００２０】
図５は、共振素子１０１の共振部分（図３、図４のＫ１、Ｋ２）からみた入出力線路１０４（１）、１０４（２）の位置と、結合度との関係を示すグラフである。結合度は、（共振素子１０１から出力線路１０４（２）へ出力電力）／（入力線路１０４（１）から共振素子１０１への入力電力）として表される。位置Ｃは、共振部分の中央を示し、結合度Ｍは、共振部分からみて入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置Ｃに位置しているときの結合度である。グラフから理解されるように、共振長の中心で励振した場合がもっとも結合が強く（結合度が高く）、中心から離れた位置で励振するほど結合度が弱くなる。図３では、共振長の中央に入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置するため最も高い結合度が得られる。一方、図４では、共振長の中央から変位した位置に入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置するために図３よりも弱い結合度が得られる。このように、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで、結合度を任意の値に設定することが可能となる。
【００２１】
以上のように、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで、共振周波数と結合度とを同時に調整することが可能となる。以上に説明した共振回路はトランジスタなどと組み合わせて他の回路への応用が可能である。この共振回路は、IC（Integrated Circuit：集積回路）１つで無線機を構成する場合などシステム・オン・チップ（ＳＯＰ）／システム・イン・チップ（ＳＩＰ）を実現する上で有効な技術となる。
【００２２】
図６は、図１の移動機構の詳細を説明する図である。ただし、図６に示す各要素のスケールは図１と異なっている。また、図６に示す移動機構の構成はあくまで一例であり本発明はこの構成に限定されない。図６に示す水平方向調整部１０３は、図１における水平方向調整部１０３（１）または水平方向調整部１０３（２）を示し、また図６における移動機構１００は、図１における移動機構１００（１）または移動機構１００（２）を示すとする。
【００２３】
移動機構１００は、駆動パッド４０１ａ、４０１ｂを含む。駆動パッド４０１ａは図１の移動機構１００ａまたは１００ｃに相当し、駆動バッド４０１ｂは図１の移動機構１００ｂまたは１００ｄに相当する。外部制御装置１０５は、電圧源４０２ａ、４０２ｂと、電圧源４０２ａ、４０２ｂを制御する制御部４０６とを含む。電圧源４０２ａは駆動パッド４０１ａと水平方向調整部１０３とに接続され、電圧源４０２ｂは駆動パッド４０１ｂと水平方向調整部１０３に接続されている。駆動パッド４０１ａ、４０１ｂは、水平方向調整部１０３の両側において、水平方向調整部１０３と同一の層または異なる層に配置される。制御部４０６は、電圧源４０２ａ、４０２ｂのいずれか一方から駆動パッドと水平方向調整部１０３との間に電圧を発生させるように電圧源４０２ａ、４０２ｂを制御する。いずれの電圧源から電圧を発生せるかに応じて水平方向調整部１０３の移動方向が決まる。また、制御部４０６は、電圧源に発生させる電圧値を制御し、この電圧値を変えることで水平方向調整部１０３の移動量を変えることができる。
【００２４】
図７は、図６の水平方向調整部１０３が初期位置（電圧源４０２ａ、４０２ｂのいずれからも電圧が印加されていないときの位置）にあるときの、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
【００２５】
水平方向調整部１０３は金属部材４０７と金属部材４０７の一端（先端）下部に設けられた絶縁素子４０３とを有する。水平方向調整部１０３の他端はアンカーと呼ばれる支持部材４０４によって支持される。水平方向調整部１０３の先端における絶縁素子４０３は共振素子１０１を上から押さえている。水平方向調整部の他の構成例を図８に示す。水平方向調整部１１３は、絶縁体部分１２１と、短い金属の電極１２２とから構成される。紙面に向かって垂直な方向における、絶縁部分１２１の長さＷｉと電極１２２の長さＷｍとはＷｉ≦Ｗｍの関係があるとする。
【００２６】
ところで、以上までに説明した共振回路において、大きな共振周波数の変更を可能とするためには入出力線路１０４（１）、１０４（２）の近傍にまで水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を移動可変でなければならない。しかし、入出力線路１０４（１）、１０４（２）と水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）とはそれぞれ同じ長さ方向をもつため、お互いの距離が近づきすぎると大きな容量結合が発生してしまう可能性がある。両者の容量結合が大きくなると、入力線路１０４（１）から出力線路１０４（２）に通過する信号の一部が他に漏れ出すため通過損失が大きくなり、また他に流れた信号が別な回路に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、この対策として、図９に示すように、水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）において、共振素子１０１と接触する部分以外を共振素子１０１と反対側に折り曲げて、入出力線路１０４（１）、１０４（２）から離れるようにする。このようにすることで、入出力線路１０４（１）、１０４（２）と水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）との容量結合を小さく抑えることが可能となる。なお図９において図面の見やすさのため他の要素の図示は省略している。
【００２７】
また、共振回路において所望の共振周波数を確実に得るための方法として、図１０に示すように共振素子１０１の下方において半導体基板１０６上に突起部１０７ａを設けてもよい。各突起部１０７ａは、各々の頂点が所定の間隔になるように配置されている。この構成では、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を突起部１０７の真上に移動させる。図示しないが、本例では、共振素子１０１は、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の重さによりたわむ。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）により上から押さえられた共振素子１０１の部分は、下からは突起部１０７ａにより支えられ、この結果共振素子１０１は強く押さえられ、所望の共振周波数を確実に得ることができる。なお、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）に挟まれる共振素子１０１の部分も、突起部１０７ａに接するが、この部分の押さえの力は弱いため、得られる共振周波数は影響を受けにくく、問題は生じない。図１０では突起部１０７ａを均等な間隔で配置したが、図１１に示すように、所望の固定の共振周波数に合わせて、突起部１０７ｂを不均等な間隔で配置してもよい。また、図１０および図１１では、突起部１０７ａおよび突起部１０７ｂの先端が尖っているが、必ずしも尖っている必要はない。平坦でも丸みを帯びた形状でも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図１２は、本発明に係る共振回路の第２の実施形態を示す平面図である。図１３は、図１２の共振回路のＣ−Ｃ線における断面図である。図１および図２と同等部分には同一の符号を付してある。この共振回路は、図１と異なり、水平方向調整部及び移動機構は備えず、代わりに、垂直方向調整部１０８を備えている。この共振回路の共振周波数は支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の部分の長さによって決まる。
【００２９】
図１２に示すように、支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の部分の略中央上には垂直方向調整部１０８が設けられる。垂直方向調整部１０８の下面には突起部１０８ａが設けられている。図１３に示すとおり、垂直方向調整部１０８は、後述する変位機構によって、基板面に垂直な方向に移動可能に構成される。垂直方向調整部１０８と変位機構との組み合わせは共振阻止機構に相当する。変位機構によって垂直方向調整部１０８を基板面へ向けて変位させると、支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１部分の中央が突起部分１０８ａによって押され、これにより入出力線路１０４からの静電力による働きが止められる。これにより共振素子１０１が、上記共振周波数で共振しない状態を作ることが可能となる。つまり入力線路１０４（１）から出力線路１０４（２）へ上記共振周波数の信号が通過しなくなるため、スイッチのオフ状態と同じ状態を作ることが可能となる。ここでは支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の中央を押さえるとしたが完全に中央でなくても略中央であれば上記効果を得ることができる。なお、突起部１０８ａは必須ではなく、突起部１０８ａがない場合でも本発明は有効である（後述する図１４参照）。ただし、この場合、共振素子１０１を押す力が、設計によっては弱くなることもある。しかし、弱結合で共振する場合の停止状態を作る場合には、共振を止めるのに十分な力となることから、プロセス簡略化のためには有効な方法となる。また、図１３では突起部１０８ａの先端が尖っているが、必ずしも尖っている必要はない。また、本実施形態では、垂直方向調整部１０８が共振素子１０１を押した状態において、垂直方向調整部１０８が入出力線路１０４（１）、１０４（２）に触れないように入出力線路１０４（１）、１０４（２）を配置しているとする。ただし垂直方向調整部１０８が入出力線路１０４（１）、１０４（２）に触れたとしても、上記共振周波数での共振は止められるためこの場合も本発明は有効である。
【００３０】
図１４は、変位機構および垂直方向調整部の具体例を説明する断面図である。ただし、ここでは、図示の簡単のため、図１２および図１３と異なる構成をもつ共振回路の断面を示している。ただし図１２および図１３の場合も同様または類似の構成で変位機構および垂直方向調整部を構成可能である。
【００３１】
図１４に示すように、垂直方向調整部１０８は絶縁体部分４０５ａと、金属電極４０５ｂと、金属電極４０５ｂの先端下部に設けられた絶縁素子４０５ｃとを有する。金属電極４０５ｂの下方に設けられた駆動パッド４０１は変位機構に相当する。絶縁体部分４０５ａと、金属電極４０５ｂと、金属電極４０５ｂと、駆動パッド４０１との組み合わせは共振阻止機構に相当する。駆動パッド４０１と金属電極４０５ｂとの間に外部制御装置１０５から電圧源（図示せず）を介して電圧を印加可能である。駆動パッド４０１と金属電極４０５ｂとの間に電圧を印加することで垂直方向調整部１０８の先端を図中矢印方向に移動できる。すなわち、垂直方向調整部１０８は、その一端がアンカーと呼ばれる支持部材４０４に支持され、その一端を支点に他端（先端）が変位する。先端が変位して共振素子１０１に接触すると、これが共振素子１０１の機械振動の抵抗となり、共振しない状態が実現される。つまり、共振阻止機構は、外部制御装置からの外部制御信号に応答して、支持部材に挟まれた共振素子１０１の部分の中央または略中央を押さえて、共振しない状態を実現する。
【００３２】
図１５は、図１２および図１３に示した共振回路に、図９の移動機構（図示せず）および水平方向調整部を設けた共振回路を示す平面図である。図１６は図１５のＤ−Ｄ線における断面図である。ただし、図１３と異なり、共振素子１０１の下方において、基板１０６上に、突起部１０７を設けている。突起部１０７は、突起部１０８ａに対応する位置に設けられる。突起部１０８ａにより共振素子１０１を上から押し、下からは突起部１０７により共振素子１０１を支えることで共振素子１０１を強く押さえることができる。図１５および図１６の構成によれば、共振周波数の調整と、結合度０（共振しない状態）を含む結合度の調整とを同時に行うことができる。ここで、突起部１０８ａは、図１６を参照して、理想的には水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）間における共振素子１０１部分の中央を押すが、本例のように支持部材１０２（１）、１０２（２）間における共振素子１０１部分の略中央（固定位置）を押すこととしても、実際上は問題のない程度に共振しない状態を得ることができる。
【００３３】
図１７は本発明に係るフィルタ回路の第１の具体例を示すものである。
【００３４】
このフィルタ回路は、簡単には図１に示した共振回路を２つと、MIM（Metal-Insulator-Metal）キャパシタとを含んでいる。より詳しくは、第１の共振回路と第２の共振回路とがMIMキャパシタ１０９を介して接続されている。第１の共振回路は、入力線路１０４（１）、水平方向調整部１０３（１）−Ｘ、１０３（２）−Ｘ、共振素子１０１−Ｘ、および図面の簡単のため図示しない移動機構等の他の要素を含む。第２の共振回路は、水平方向調整部１０３（１）−Ｙ、１０３（２）−Ｙ、共振素子１０１−Ｙ、出力線路１０４（２）、および図面の簡単のため図示しない移動機構等の他の要素を含む。MIMキャパシタ１０９における２個所の金属部分（Ｍ）は、第１の共振回路の出力線路（図面に向かって左側の金属部分Ｍ）、第２の共振回路の入力線路（図面に向かって右側の金属部分Ｍ）にも相当する。MIMキャパシタはインピーダンス回路の一例である。つまり、インピーダンス回路の一端が第１の共振回路における出力線路の他端に接続され、インピーダンス回路の他端が第２の共振回路における入力線路の一端に接続されている。
【００３５】
２つの共振回路同士の結合度は、MIMキャパシタ１０９の容量値、第１の共振回路とMIMキャパシタ１０９との間の容量値、第２の共振回路とMIMキャパシタ１０９との間の容量値との合計である。このフィルタ回路によって、２つの共振回路の縮退が解けてフィルタ特性を実現することが可能となる。
【００３６】
また、このフィルタ回路における結合度（共振素子１０１−Xと入力線路１０４（１）およびMIMキャパシタ１０９との結合度、２つの共振回路同士の結合度、共振素子１０１−Yと出力線路１０４（２）およびMIMキャパシタ１０９との結合度の少なくともいずれかの結合度）を変えることによってフィルタの帯域幅を調整できる。また、結合度０（所望の共振周波数で共振しない状態）を実現する垂直方向調整部をもつ共振器を用いてフィルタ回路を構成してもよく、この場合にはスイッチ回路を併せ持つフィルタ回路を実現することができる。
【００３７】
図１８は、本発明に係る共振回路を用いた発振回路の例を示す図である。
【００３８】
この発振回路は、共振回路２０１と増幅回路２０２と負荷抵抗２０３とからなる。共振回路２０１は、共振素子１０１、入出力線路１０４（１）、１０４（２）、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）以外にも、移動機構等の他の要素も含むが、ここでは図面の簡単のため図示を省略している。負荷抵抗２０３は、負荷抵抗、インダクタ、キャパシタのうちの１つ以上の受動素子からなるインピーダンス回路の一例である。共振回路２０１における出力線路１０４（２）の他端に出力端子２０４と負荷抵抗２０３の一端とが並列に接続されている。負荷抵抗２０３の他端は増幅回路２０２の入力に接続されている。増幅回路２０２の出力は、共振回路２０１における入力線路１０４（１）の一端に接続されている。負荷抵抗２０３の値に比べて増幅器２０２の負性抵抗が大きくなる条件にすることで発振を起こすことが可能となる。また、共振回路の共振周波数を変えることによって、発振する周波数を変えることが可能となる。
【００３９】
図１９は、増幅回路２０２の一例を示す。増幅回路２０２は、入力端子３０１と、キャパシタ３０２と、バイアス端子３０３と、インダクタ３０４と、トランジスタ３０５と、バイアス端子３０６と、インダクタ３０７と、キャパシタ３０８と、出力端子３０９とを備える。入力端子３０１からの信号がキャパシタ３０２を介してトランジスタ３０５のベースに入力され、トランジスタ３０５により増幅された信号がキャパシタ３０８を介して出力端子３０９へ出力される。トランジスタ３０５のベースにはバイアス端子３０３からインダクタ３０４を介してバイアス電圧が与えられ、トランジスタ３０５のコレクタにはバイアス端子３０６からインダクタ３０７を介してバイアス電圧が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図1に示した実施形態の断面図である。
【図３】本発明の共振回路の原理を示す構成図である。
【図４】図３に示した構成図から結合を可変した場合の構成図である。
【図５】入出力線路位置と共振素子上の位置との関係による結合変化の関係を表す図である。
【図６】移動機構の構成例を示す平面的である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】水平方向調整部の他の構成例を示す図である。
【図９】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の共振回路の一実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の共振回路の一実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１４】変位機構の具体例を示す断面図である。
【図１５】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１７】本発明の共振回路を用いたフィルタ回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１８】本発明の共振回路を用いた発振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１９】増幅回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００（１）、１００（２）…移動機構
１０１…共振素子（帯状電極）
１０２…支持部材
１０３（１）、１０３（２）…水平方向調整部（押さえ部）
１０４（１）…入力線路
１０４（２）…出力線路
１０５…外部制御装置
１０６…半導体基板（基板）
１０７ａ、１０７ｂ…突起部
１０８…垂直方向調整部
１０８ａ…突起部
１０９…MIMキャパシタ
１２１…絶縁体部分
１２２…短い金属の電極
２０１…共振回路
２０２…増幅器
２０３…負荷抵抗
２０４…出力端子
３０１…入力端子
３０２…キャパシタ
３０３…バイアス端子
３０４…インダクタ
３０５…トランジスタ
３０６…バイアス端子
３０７…インダクタ
３０８…コンデンサ
３０９…出力端子
４０１ａ、４０１ｂ…駆動パッド
４０２ａ、４０２ｂ…電圧源
４０３…絶縁素子
４０４…支持部材
４０５ａ…絶縁体部分
４０５ｂ…金属電極
４０５ｃ…絶縁素子
４０６…制御部
４０７…金属部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を用いる通信機内に用いられる共振回路、およびこの共振回路を用いた、フィルタ回路および発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共振回路は振動する波長の半分もしくは１／４の長さが必要であり、各種方式が “RF MEMSとその応用”（ 小西、大和田著、ケイラボ出版、ISBN4-89808-064-2）などに報告されている。MEMS （MicroElectroMechanical System）共振器を用いると周波数可変機能をもつ共振回路が小さく作れることが期待されている（特開2001-119257公報、S. Roundy, et al,”Toward self-tuning adaptive vibration based micro-generators”, SPIE vol. 5649, 2005）。MEMS共振器を共振回路に応用するためにはMEMS共振器を電気信号が通る時の結合度（共振素子と入出力線路との結合度）が重要となる。しかし、従来におけるMEMS共振器を適用した共振回路では共振回路の周波数（共振周波数）を可変にすると、結合度が変わってしまい、所望の特性が得られない問題点があった。このため従来の共振回路では、実際の所望帯域への自由な可変機能を提供できない問題点があった。
【特許文献１】特開2001-119257公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、共振周波数を可変としつつも所望の特性を得ることのできる共振回路、フィルタ回路および発振回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備え、前記帯状電極は、前記入力信号に含まれる、前記複数の押さえ部間における帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号で共振して、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記出力線路の一端に与える。
【０００５】
本発明の一態様としての共振回路は、基板と、帯状電極と、前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面に近接する入力線路と、第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面に近接する出力線路と、外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて、前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構と、を備え、前記帯状電極は、前記共振阻止機構によって押さえられていない状態では、前記入力信号に含まれる、前記帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号によって共振し、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記第２の一端に与える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、共振周波数を可変としつつも所望の特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る共振回路の第１の実施形態を示す平面図である。図２は、図１の共振回路のA-A線における断面図である。
【０００９】
この共振回路は、半導体基板１０６、共振素子１０１、支持部材１０２（１）、１０２（２）、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）、入力線路１０４（１）、出力線路１０４（２）、移動機構１００（１）、１００（２）を備える。半導体基板１０６は基板の一例である。この共振回路は外部制御装置１０５に接続されている。以下この共振回路について詳細に説明する。
【００１０】
半導体基板１０６上において、帯状電極である共振素子１０１が、その両端において、支持部材１０２（１）、１０２（２）によって、基板面から所定の高さHに支持されている。共振素子１０１は例えばアルミニウム、銅、またはポリシリコンなどの導電性材料により形成されている。支持部材１０２（１）、１０２（２）は、例えばポリシリコンなどの導電性材料、または絶縁性材料によって形成されている。共振素子１０１と基板面との間は中空になっている。支持部材１０２（１）、１０２（２）と、基板１０６とは電気的に分離されている。
【００１１】
共振素子１０１上に水平方向調整部（押さえ部）１０３（１）、１０３（２）が設けられている。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は例えばそれ自身の重みにより共振素子１０１の一部（接触部分）を基板面に垂直な方向に押さえる。共振素子１０１は、その強度に依存して、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の重さによりたわむ場合もある。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）と共振素子１０１とは電気的に分離されている。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は、例えば導電性部材と絶縁性部材との組み合わせにより構成される。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の具体的な構成例は後述する。
【００１２】
移動機構１００（１）、１００（２）は、外部制御装置１０５からの外部制御信号に応答して水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を共振素子１０１上で図１の矢印方向に移動させる。移動機構１００（１）、１００（２）は水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）をそれぞれ異なる移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）で移動させる。移動機構１００（１）は駆動パッド１００ａおよび駆動パッド１００ｂからなり、移動機構１００（２）は駆動パッド１００ｃおよび駆動パッド１００ｄからなる。移動機構１００（１）、１００（２）の詳細は後述する。
【００１３】
外部制御装置１０５は外部制御信号によって移動機構１００（１）、１００（２）を制御する。外部制御装置１０５は基板１０６の外に設けられても基板１０６上に設けられてもよいが、本実施の形態では外部制御装置１０５は基板１０６の外に設けられているとする。
【００１４】
共振素子１０１を挟むようにして、入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）が共振素子１０１に近接して配置される。
【００１５】
入力線路１０４（１）は一端において受ける入力信号を他端に伝送する。この他端は、共振素子１０１の長さ方向における一方の側面Ｓ１のうち、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間における部分に近接する。動作時、入力線路１０４（１）の他端は共振素子１０１と容量結合する。
【００１６】
出力線路１０４（２）は、一端から受ける出力信号を他端に伝送する。出力線路１０４（２）の一端は、共振素子１０１における上記一方の側面Ｓ１と反対側の他方の側面Ｓ２のうち、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間における部分に近接する。動作時、出力線路１０４（２）の一端は共振素子１０１と容量結合する。
【００１７】
入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）はアルミニウム等の導電性材料により形成され、例えば共振素子１０１と同一層に形成される。図では、入力線路１０４（１）の他端と、出力線路１０４（２）の一端とが対向している形態が示されるが、あくまでこれは一例であり、移動範囲Ｋ（１）、Ｋ（２）同士の間であれば、図示の位置に制限されない。
【００１８】
動作時、共振素子１０１は、入力線路１０４（１）の他端からの入力信号に含まれる共振周波数の信号によって共振し（機械振動を起こし）、この共振周波数をもつ信号を出力線路１０４（２）の一端に与える。共振素子１０１の共振周波数は、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の間に挟まれた共振素子部分の長さ（共振素子長）によって決まる。したがって、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を移動機構１００（１）、１００（２）を用いて変えることによって共振周波数を所望の値に設定可能である。また、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることによって、共振素子１０１と、入力線路１０４（１）および出力線路１０４（２）との結合度も所望の値に設定可能である。以下これらについてさらに詳しく述べる。
【００１９】
図３および図４にはそれぞれ共振回路を平面から見た状態が示される。ただし、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）は図３と図４とでそれぞれ別々の位置にある。また、図面の見やすさのため、他の要素の図示は省略している。図３および図４において、共振素子１０１のハッチングが施された部分（共振部分）Ｋ１、Ｋ２は、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）（図１参照）によって挟まれた部分である。Ｌ１、Ｌ２は、共振部分Ｋ１、Ｋ２の長さであり、各々の共振素子長に相当する。Ｌ１はＬ２より長いため、図３の共振回路は、図４の共振回路よりも共振周波数が小さい。このように２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで共振周波数を任意の値に設定できる。
【００２０】
図５は、共振素子１０１の共振部分（図３、図４のＫ１、Ｋ２）からみた入出力線路１０４（１）、１０４（２）の位置と、結合度との関係を示すグラフである。結合度は、（共振素子１０１から出力線路１０４（２）へ出力電力）／（入力線路１０４（１）から共振素子１０１への入力電力）として表される。位置Ｃは、共振部分の中央を示し、結合度Ｍは、共振部分からみて入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置Ｃに位置しているときの結合度である。グラフから理解されるように、共振長の中心で励振した場合がもっとも結合が強く（結合度が高く）、中心から離れた位置で励振するほど結合度が弱くなる。図３では、共振長の中央に入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置するため最も高い結合度が得られる。一方、図４では、共振長の中央から変位した位置に入出力線路１０４（１）、１０４（２）が位置するために図３よりも弱い結合度が得られる。このように、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで、結合度を任意の値に設定することが可能となる。
【００２１】
以上のように、２つの水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の位置を変えることで、共振周波数と結合度とを同時に調整することが可能となる。以上に説明した共振回路はトランジスタなどと組み合わせて他の回路への応用が可能である。この共振回路は、IC（Integrated Circuit：集積回路）１つで無線機を構成する場合などシステム・オン・チップ（ＳＯＰ）／システム・イン・チップ（ＳＩＰ）を実現する上で有効な技術となる。
【００２２】
図６は、図１の移動機構の詳細を説明する図である。ただし、図６に示す各要素のスケールは図１と異なっている。また、図６に示す移動機構の構成はあくまで一例であり本発明はこの構成に限定されない。図６に示す水平方向調整部１０３は、図１における水平方向調整部１０３（１）または水平方向調整部１０３（２）を示し、また図６における移動機構１００は、図１における移動機構１００（１）または移動機構１００（２）を示すとする。
【００２３】
移動機構１００は、駆動パッド４０１ａ、４０１ｂを含む。駆動パッド４０１ａは図１の移動機構１００ａまたは１００ｃに相当し、駆動バッド４０１ｂは図１の移動機構１００ｂまたは１００ｄに相当する。外部制御装置１０５は、電圧源４０２ａ、４０２ｂと、電圧源４０２ａ、４０２ｂを制御する制御部４０６とを含む。電圧源４０２ａは駆動パッド４０１ａと水平方向調整部１０３とに接続され、電圧源４０２ｂは駆動パッド４０１ｂと水平方向調整部１０３に接続されている。駆動パッド４０１ａ、４０１ｂは、水平方向調整部１０３の両側において、水平方向調整部１０３と同一の層または異なる層に配置される。制御部４０６は、電圧源４０２ａ、４０２ｂのいずれか一方から駆動パッドと水平方向調整部１０３との間に電圧を発生させるように電圧源４０２ａ、４０２ｂを制御する。いずれの電圧源から電圧を発生せるかに応じて水平方向調整部１０３の移動方向が決まる。また、制御部４０６は、電圧源に発生させる電圧値を制御し、この電圧値を変えることで水平方向調整部１０３の移動量を変えることができる。
【００２４】
図７は、図６の水平方向調整部１０３が初期位置（電圧源４０２ａ、４０２ｂのいずれからも電圧が印加されていないときの位置）にあるときの、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
【００２５】
水平方向調整部１０３は金属部材４０７と金属部材４０７の一端（先端）下部に設けられた絶縁素子４０３とを有する。水平方向調整部１０３の他端はアンカーと呼ばれる支持部材４０４によって支持される。水平方向調整部１０３の先端における絶縁素子４０３は共振素子１０１を上から押さえている。水平方向調整部の他の構成例を図８に示す。水平方向調整部１１３は、絶縁体部分１２１と、短い金属の電極１２２とから構成される。紙面に向かって垂直な方向における、絶縁部分１２１の長さＷｉと電極１２２の長さＷｍとはＷｉ≦Ｗｍの関係があるとする。
【００２６】
ところで、以上までに説明した共振回路において、大きな共振周波数の変更を可能とするためには入出力線路１０４（１）、１０４（２）の近傍にまで水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を移動可変でなければならない。しかし、入出力線路１０４（１）、１０４（２）と水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）とはそれぞれ同じ長さ方向をもつため、お互いの距離が近づきすぎると大きな容量結合が発生してしまう可能性がある。両者の容量結合が大きくなると、入力線路１０４（１）から出力線路１０４（２）に通過する信号の一部が他に漏れ出すため通過損失が大きくなり、また他に流れた信号が別な回路に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、この対策として、図９に示すように、水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）において、共振素子１０１と接触する部分以外を共振素子１０１と反対側に折り曲げて、入出力線路１０４（１）、１０４（２）から離れるようにする。このようにすることで、入出力線路１０４（１）、１０４（２）と水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）との容量結合を小さく抑えることが可能となる。なお図９において図面の見やすさのため他の要素の図示は省略している。
【００２７】
また、共振回路において所望の共振周波数を確実に得るための方法として、図１０に示すように共振素子１０１の下方において半導体基板１０６上に突起部１０７ａを設けてもよい。各突起部１０７ａは、各々の頂点が所定の間隔になるように配置されている。この構成では、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）を突起部１０７の真上に移動させる。図示しないが、本例では、共振素子１０１は、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）の重さによりたわむ。水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）により上から押さえられた共振素子１０１の部分は、下からは突起部１０７ａにより支えられ、この結果共振素子１０１は強く押さえられ、所望の共振周波数を確実に得ることができる。なお、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）に挟まれる共振素子１０１の部分も、突起部１０７ａに接するが、この部分の押さえの力は弱いため、得られる共振周波数は影響を受けにくく、問題は生じない。図１０では突起部１０７ａを均等な間隔で配置したが、図１１に示すように、所望の固定の共振周波数に合わせて、突起部１０７ｂを不均等な間隔で配置してもよい。また、図１０および図１１では、突起部１０７ａおよび突起部１０７ｂの先端が尖っているが、必ずしも尖っている必要はない。平坦でも丸みを帯びた形状でも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図１２は、本発明に係る共振回路の第２の実施形態を示す平面図である。図１３は、図１２の共振回路のＣ−Ｃ線における断面図である。図１および図２と同等部分には同一の符号を付してある。この共振回路は、図１と異なり、水平方向調整部及び移動機構は備えず、代わりに、垂直方向調整部１０８を備えている。この共振回路の共振周波数は支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の部分の長さによって決まる。
【００２９】
図１２に示すように、支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の部分の略中央上には垂直方向調整部１０８が設けられる。垂直方向調整部１０８の下面には突起部１０８ａが設けられている。図１３に示すとおり、垂直方向調整部１０８は、後述する変位機構によって、基板面に垂直な方向に移動可能に構成される。垂直方向調整部１０８と変位機構との組み合わせは共振阻止機構に相当する。変位機構によって垂直方向調整部１０８を基板面へ向けて変位させると、支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１部分の中央が突起部分１０８ａによって押され、これにより入出力線路１０４からの静電力による働きが止められる。これにより共振素子１０１が、上記共振周波数で共振しない状態を作ることが可能となる。つまり入力線路１０４（１）から出力線路１０４（２）へ上記共振周波数の信号が通過しなくなるため、スイッチのオフ状態と同じ状態を作ることが可能となる。ここでは支持部材１０２（１）、１０２（２）に挟まれた共振素子１０１の中央を押さえるとしたが完全に中央でなくても略中央であれば上記効果を得ることができる。なお、突起部１０８ａは必須ではなく、突起部１０８ａがない場合でも本発明は有効である（後述する図１４参照）。ただし、この場合、共振素子１０１を押す力が、設計によっては弱くなることもある。しかし、弱結合で共振する場合の停止状態を作る場合には、共振を止めるのに十分な力となることから、プロセス簡略化のためには有効な方法となる。また、図１３では突起部１０８ａの先端が尖っているが、必ずしも尖っている必要はない。また、本実施形態では、垂直方向調整部１０８が共振素子１０１を押した状態において、垂直方向調整部１０８が入出力線路１０４（１）、１０４（２）に触れないように入出力線路１０４（１）、１０４（２）を配置しているとする。ただし垂直方向調整部１０８が入出力線路１０４（１）、１０４（２）に触れたとしても、上記共振周波数での共振は止められるためこの場合も本発明は有効である。
【００３０】
図１４は、変位機構および垂直方向調整部の具体例を説明する断面図である。ただし、ここでは、図示の簡単のため、図１２および図１３と異なる構成をもつ共振回路の断面を示している。ただし図１２および図１３の場合も同様または類似の構成で変位機構および垂直方向調整部を構成可能である。
【００３１】
図１４に示すように、垂直方向調整部１０８は絶縁体部分４０５ａと、金属電極４０５ｂと、金属電極４０５ｂの先端下部に設けられた絶縁素子４０５ｃとを有する。金属電極４０５ｂの下方に設けられた駆動パッド４０１は変位機構に相当する。絶縁体部分４０５ａと、金属電極４０５ｂと、金属電極４０５ｂと、駆動パッド４０１との組み合わせは共振阻止機構に相当する。駆動パッド４０１と金属電極４０５ｂとの間に外部制御装置１０５から電圧源（図示せず）を介して電圧を印加可能である。駆動パッド４０１と金属電極４０５ｂとの間に電圧を印加することで垂直方向調整部１０８の先端を図中矢印方向に移動できる。すなわち、垂直方向調整部１０８は、その一端がアンカーと呼ばれる支持部材４０４に支持され、その一端を支点に他端（先端）が変位する。先端が変位して共振素子１０１に接触すると、これが共振素子１０１の機械振動の抵抗となり、共振しない状態が実現される。つまり、共振阻止機構は、外部制御装置からの外部制御信号に応答して、支持部材に挟まれた共振素子１０１の部分の中央または略中央を押さえて、共振しない状態を実現する。
【００３２】
図１５は、図１２および図１３に示した共振回路に、図９の移動機構（図示せず）および水平方向調整部を設けた共振回路を示す平面図である。図１６は図１５のＤ−Ｄ線における断面図である。ただし、図１３と異なり、共振素子１０１の下方において、基板１０６上に、突起部１０７を設けている。突起部１０７は、突起部１０８ａに対応する位置に設けられる。突起部１０８ａにより共振素子１０１を上から押し、下からは突起部１０７により共振素子１０１を支えることで共振素子１０１を強く押さえることができる。図１５および図１６の構成によれば、共振周波数の調整と、結合度０（共振しない状態）を含む結合度の調整とを同時に行うことができる。ここで、突起部１０８ａは、図１６を参照して、理想的には水平方向調整部１１１（１）、１１１（２）間における共振素子１０１部分の中央を押すが、本例のように支持部材１０２（１）、１０２（２）間における共振素子１０１部分の略中央（固定位置）を押すこととしても、実際上は問題のない程度に共振しない状態を得ることができる。
【００３３】
図１７は本発明に係るフィルタ回路の第１の具体例を示すものである。
【００３４】
このフィルタ回路は、簡単には図１に示した共振回路を２つと、MIM（Metal-Insulator-Metal）キャパシタとを含んでいる。より詳しくは、第１の共振回路と第２の共振回路とがMIMキャパシタ１０９を介して接続されている。第１の共振回路は、入力線路１０４（１）、水平方向調整部１０３（１）−Ｘ、１０３（２）−Ｘ、共振素子１０１−Ｘ、および図面の簡単のため図示しない移動機構等の他の要素を含む。第２の共振回路は、水平方向調整部１０３（１）−Ｙ、１０３（２）−Ｙ、共振素子１０１−Ｙ、出力線路１０４（２）、および図面の簡単のため図示しない移動機構等の他の要素を含む。MIMキャパシタ１０９における２個所の金属部分（Ｍ）は、第１の共振回路の出力線路（図面に向かって左側の金属部分Ｍ）、第２の共振回路の入力線路（図面に向かって右側の金属部分Ｍ）にも相当する。MIMキャパシタはインピーダンス回路の一例である。つまり、インピーダンス回路の一端が第１の共振回路における出力線路の他端に接続され、インピーダンス回路の他端が第２の共振回路における入力線路の一端に接続されている。
【００３５】
２つの共振回路同士の結合度は、MIMキャパシタ１０９の容量値、第１の共振回路とMIMキャパシタ１０９との間の容量値、第２の共振回路とMIMキャパシタ１０９との間の容量値との合計である。このフィルタ回路によって、２つの共振回路の縮退が解けてフィルタ特性を実現することが可能となる。
【００３６】
また、このフィルタ回路における結合度（共振素子１０１−Xと入力線路１０４（１）およびMIMキャパシタ１０９との結合度、２つの共振回路同士の結合度、共振素子１０１−Yと出力線路１０４（２）およびMIMキャパシタ１０９との結合度の少なくともいずれかの結合度）を変えることによってフィルタの帯域幅を調整できる。また、結合度０（所望の共振周波数で共振しない状態）を実現する垂直方向調整部をもつ共振器を用いてフィルタ回路を構成してもよく、この場合にはスイッチ回路を併せ持つフィルタ回路を実現することができる。
【００３７】
図１８は、本発明に係る共振回路を用いた発振回路の例を示す図である。
【００３８】
この発振回路は、共振回路２０１と増幅回路２０２と負荷抵抗２０３とからなる。共振回路２０１は、共振素子１０１、入出力線路１０４（１）、１０４（２）、水平方向調整部１０３（１）、１０３（２）以外にも、移動機構等の他の要素も含むが、ここでは図面の簡単のため図示を省略している。負荷抵抗２０３は、負荷抵抗、インダクタ、キャパシタのうちの１つ以上の受動素子からなるインピーダンス回路の一例である。共振回路２０１における出力線路１０４（２）の他端に出力端子２０４と負荷抵抗２０３の一端とが並列に接続されている。負荷抵抗２０３の他端は増幅回路２０２の入力に接続されている。増幅回路２０２の出力は、共振回路２０１における入力線路１０４（１）の一端に接続されている。負荷抵抗２０３の値に比べて増幅器２０２の負性抵抗が大きくなる条件にすることで発振を起こすことが可能となる。また、共振回路の共振周波数を変えることによって、発振する周波数を変えることが可能となる。
【００３９】
図１９は、増幅回路２０２の一例を示す。増幅回路２０２は、入力端子３０１と、キャパシタ３０２と、バイアス端子３０３と、インダクタ３０４と、トランジスタ３０５と、バイアス端子３０６と、インダクタ３０７と、キャパシタ３０８と、出力端子３０９とを備える。入力端子３０１からの信号がキャパシタ３０２を介してトランジスタ３０５のベースに入力され、トランジスタ３０５により増幅された信号がキャパシタ３０８を介して出力端子３０９へ出力される。トランジスタ３０５のベースにはバイアス端子３０３からインダクタ３０４を介してバイアス電圧が与えられ、トランジスタ３０５のコレクタにはバイアス端子３０６からインダクタ３０７を介してバイアス電圧が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図1に示した実施形態の断面図である。
【図３】本発明の共振回路の原理を示す構成図である。
【図４】図３に示した構成図から結合を可変した場合の構成図である。
【図５】入出力線路位置と共振素子上の位置との関係による結合変化の関係を表す図である。
【図６】移動機構の構成例を示す平面的である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】水平方向調整部の他の構成例を示す図である。
【図９】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の共振回路の一実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の共振回路の一実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１４】変位機構の具体例を示す断面図である。
【図１５】本発明の共振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１７】本発明の共振回路を用いたフィルタ回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１８】本発明の共振回路を用いた発振回路の一実施形態を示す構成図である。
【図１９】増幅回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００（１）、１００（２）…移動機構
１０１…共振素子（帯状電極）
１０２…支持部材
１０３（１）、１０３（２）…水平方向調整部（押さえ部）
１０４（１）…入力線路
１０４（２）…出力線路
１０５…外部制御装置
１０６…半導体基板（基板）
１０７ａ、１０７ｂ…突起部
１０８…垂直方向調整部
１０８ａ…突起部
１０９…MIMキャパシタ
１２１…絶縁体部分
１２２…短い金属の電極
２０１…共振回路
２０２…増幅器
２０３…負荷抵抗
２０４…出力端子
３０１…入力端子
３０２…キャパシタ
３０３…バイアス端子
３０４…インダクタ
３０５…トランジスタ
３０６…バイアス端子
３０７…インダクタ
３０８…コンデンサ
３０９…出力端子
４０１ａ、４０１ｂ…駆動パッド
４０２ａ、４０２ｂ…電圧源
４０３…絶縁素子
４０４…支持部材
４０５ａ…絶縁体部分
４０５ｂ…金属電極
４０５ｃ…絶縁素子
４０６…制御部
４０７…金属部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
帯状電極と、
前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、
前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、
各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、
第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、
第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備え、
前記帯状電極は、前記入力信号に含まれる、前記複数の押さえ部間における帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号で共振して、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記出力線路の一端に与える、共振回路。
【請求項２】
前記帯状電極の真下に複数の突起部が前記帯状電極の長さ方向に沿って前記基板面に配置され、
前記移動機構は、前記押さえ部を前記突起部の真上に移動させることを特徴とする請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の共振回路。
【請求項４】
基板と、
帯状電極と、
前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、
第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面に近接する入力線路と、
第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面に近接する出力線路と、
外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて、前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構と、を備え、
前記帯状電極は、前記共振阻止機構によって押さえられていない状態では、前記入力信号に含まれる、前記帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号によって共振し、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記第２の一端に与える、共振回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載された、第１および第２の前記共振回路と、
一端が前記第１の共振回路における前記出力線路の前記他端と接続され、他端が前記第２の共振回路における前記入力線路の前記一端と接続されたインピーダンス回路と、
を備えたフィルタ回路。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の共振回路と、
前記共振回路における前記出力線路の前記他端に接続された出力端子と、
前記出力線路の他端に一端が接続されたインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の他端に一端が接続され、他端が前記共振回路における入力線路の一端に接続された増幅回路と、
を備えた発振回路。
【請求項１】
基板と、
帯状電極と、
前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、
前記帯状電極の一部を押さえる複数の押さえ部と、
各前記押さえ部を前記帯状電極の長さ方向にそれぞれ異なる移動範囲で移動させる移動機構と、
第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する入力線路と、
第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面のうち前記移動範囲同士の間の部分に近接する出力線路と、を備え、
前記帯状電極は、前記入力信号に含まれる、前記複数の押さえ部間における帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号で共振して、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記出力線路の一端に与える、共振回路。
【請求項２】
前記帯状電極の真下に複数の突起部が前記帯状電極の長さ方向に沿って前記基板面に配置され、
前記移動機構は、前記押さえ部を前記突起部の真上に移動させることを特徴とする請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の共振回路。
【請求項４】
基板と、
帯状電極と、
前記帯状電極の両端において前記帯状電極を基板面から所定の高さに支持する複数の支持部材と、
第１の一端から受ける入力信号を第１の他端に伝送する、前記第１の他端は前記帯状電極の長さ方向における一方の側面に近接する入力線路と、
第２の一端から受ける出力信号を第２の他端に伝送する、前記第２の一端は前記帯状電極の前記一方の側面と反対側における他方の側面に近接する出力線路と、
外部制御信号に応答して前記複数の支持部材間における帯状電極部分の略中央を押さえて、前記帯状電極の共振を阻止する共振阻止機構と、を備え、
前記帯状電極は、前記共振阻止機構によって押さえられていない状態では、前記入力信号に含まれる、前記帯状電極部分の長さに応じた共振周波数の信号によって共振し、前記共振周波数をもつ信号を前記出力信号として前記第２の一端に与える、共振回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載された、第１および第２の前記共振回路と、
一端が前記第１の共振回路における前記出力線路の前記他端と接続され、他端が前記第２の共振回路における前記入力線路の前記一端と接続されたインピーダンス回路と、
を備えたフィルタ回路。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の共振回路と、
前記共振回路における前記出力線路の前記他端に接続された出力端子と、
前記出力線路の他端に一端が接続されたインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の他端に一端が接続され、他端が前記共振回路における入力線路の一端に接続された増幅回路と、
を備えた発振回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００７−２８８３２１（Ｐ２００７−２８８３２１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１０８２５（Ｐ２００６−１１０８２５）
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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