可変インダクタおよびそれを備えた高周波回路モジュール
【課題】 インピーダンスのズレを容易に調整でき、マルチバンドやマルチモードにも対応できる高周波回路モジュールを提供する。
【解決手段】 多層基板１の導体層２５により伝送線路４１と導体板４２、４３を形成し、それらにより可変インダクタ４０を構成する。伝送線路４１からの距離が異なるように配置された導体板４２、４３をスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’で選択的に接地して可変インダクタ４０のインダクタンスを可逆的に変化させる。それにより高周波回路のインピーダンスを調整する。
【解決手段】 多層基板１の導体層２５により伝送線路４１と導体板４２、４３を形成し、それらにより可変インダクタ４０を構成する。伝送線路４１からの距離が異なるように配置された導体板４２、４３をスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’で選択的に接地して可変インダクタ４０のインダクタンスを可逆的に変化させる。それにより高周波回路のインピーダンスを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変インダクタおよび高周波回路モジュールに関し、さらに言えば、高周波回路の受動素子として好適に使用される可変インダクタと、その可変インダクタを備えた高周波回路モジュールとに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話など無線通信装置に使用される高周波回路は、半導体トランジスタ、ＩＣチップ、受動素子（抵抗器、コンデンサ、インダクタ）などの多数の部品で構成されている。そして、装置を小型化するため、これらの部品のうちの集積化が可能な部品を１つの基板やパッケージに搭載してモジュール化する技術が広く用いられている。例えば、携帯電話の端末に使用される高周波増幅器モジュールでは、高周波（Radio Frequency、ＲＦ）信号を増幅するトランジスタと、そのトランジスタにＲＦ信号を効率良く供給するための入力インピーダンス整合回路と、増幅されたＲＦ信号を効率良く取り出すための出力インピーダンス整合回路とが一つの基板に形成される。そして、その基板として、ガラスセラミックや樹脂材料からなる多層基板が多く用いられる。
【０００３】
一般に、この種の高周波回路モジュールでは、基板やトランジスタの製造ばらつきによって整合回路のインピーダンスが設計値からずれた場合、製造後にインピーダンスを調整する必要がある。そこで、従来より、整合回路のインピーダンスを調整可能とする技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１１−１７６９８７号公報には、多層基板の表面に複数の電極パッドを設け、多層基板内部のグランド電極層とそれらの電極パッドとの間にインピーダンス調整用のコンデンサを形成するようにした技術が開示されている。この従来技術では、レーザーなどを使用して、電極パッドを選択的に除去または切断することにより、電極パッドの面積を変化させる。あるいは、所望の電極パッドの接続部を切断することにより、整合回路の伝送線路に接続されるコンデンサを選択する。このような方法により、整合回路の伝送線路に付加される静電容量を変化せしめることで、整合回路のインピーダンスを調整可能としている。
【０００５】
他方、近年、複数の周波数帯や複数の動作モードに対応可能な、いわゆるマルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用できる高周波回路モジュールの必要性が高まっている。例えば、欧州のデジタル・セルラ・システムでは、９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）と１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ（Digital Cellular System）が普及しており、この両方のモードを扱える携帯端末機が必要とされる。そして、このようなマルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用される高周波回路モジュールでは、周波数帯毎あるいは動作モード毎にインピーダンス整合が得られなければならない。
【０００６】
そこで、従来の高周波回路モジュールでは、例えば、１９９９年に発行された「ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ インターナショナル・マイクロウェーブ・シンポジウム ダイジェスト」第１３９７頁〜第２７００頁（Yamamoto et al., 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp.1397-1400）に報告されているように、ＧＳＭおよびＤＣＳの各モードに対応した２系統の増幅器および整合回路を別々に設けておき、それらを選択的に使用することでインピーダンス整合を得ている。
【特許文献１】特開平１１−１７６９８７号公報
【非特許文献１】Yamamoto et al., 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp.1397-1400
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平１１−１７６９８７号公報に開示された従来技術では、電極パッドと整合回路の伝送線路とがいずれも多層基板の表面に形成される。そのため、整合回路の実装面積が増大し、高周波回路モジュールを小型化するのに適していないという問題がある。
【０００８】
さらに、この従来技術では、インピーダンスを調整する際に、レーザーなどを使用して電極パッドを除去または切断したり、電極パッドの接続部を切断する。そのため、整合回路のインピーダンスの変化は非可逆的であり、マルチバンドやマルチモードに対応してインピーダンス整合を得ることはできない。
【０００９】
他方、周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける従来技術では、マルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用できるものの、高周波回路モジュールを構成する部品数が増大し、高周波回路モジュールの小型化・低コスト化が困難であるという問題がある。
【００１０】
換言すれば、可逆的にインピーダンスを変化させることができ、且つ小型化が可能なリアクタンス素子が必要であるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、ひいては可逆的にインピーダンスを変化させることができ、且つ小型化が可能な可変インダクタを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応でき、且つ小型化・低コスト化が可能な高周波回路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１） 本発明の可変インダクタは、
インダクタンスを生成する伝送線路と、
前記伝送線路からの距離が各々異なるように配置された、前記伝送線路の接地面として動作可能な複数の第１導体板と、
前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段とを備え、
前記接地面として動作する前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、値の異なる前記インダクタンスが生成されるものである。
【００１４】
（２） 本発明の可変インダクタでは、前記インダクタンスを生成する前記伝送線路が設けられていると共に、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板が配置されている。そして、それらの第１導体板の各々は、前記伝送線路の接地面として動作可能である。また、前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段を備えている。
【００１５】
このため、前記第１切替手段によって前記第１導体板のいずれか一つを接地すれば、その第１導体板が前記伝送線路の前記接地面として動作し、複数の前記第１導体板の全てを接地しない場合に比べ、前記伝送線路から前記接地面までの距離が小さくなる。また、接地される前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、前記伝送線路から前記接地面までの距離を変化させることができるから、前記伝送線路の特性インピーダンスを変化させることができ、それに伴って前記伝送線路の等価的なインダクタンスをも変化させることができる。しかも、前記第１切替手段は、スイッチ素子などを使用して容易に実現できる。したがって、インダクタンスを可逆的に変化させることができる。
【００１６】
さらに、隣接する前記第１導体板の間隔や前記伝送線路の形状を適宜に設定することにより、前記第１導体板や前記伝送線路の大きさを抑制しながら所望のインダクタンスを得ることができる。よって、当該可変インダクタを小型化することが可能となる。
【００１７】
（３） 本発明の可変インダクタの好ましい例では、前記伝送線路が蛇行線路を含んでいる。この例では、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。
【００１８】
本発明の可変インダクタの他の好ましい例では、前記伝送線路がスパイラル状線路を含んでいる。この例でも、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。
【００１９】
（４） 本発明の高周波回路モジュールは、
高周波回路の受動素子として上記（１）または（３）の可変インダクタを多層基板上に備えた高周波回路モジュールであって、
前記多層基板が、
前記可変インダクタの前記伝送線路および複数の前記第１導体板の各々を形成する複数の第１導体層と、
隣接する二つの前記第１導体層の間に各々形成された、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板を配置せしめる複数の第１絶縁体層と
を含んでなるものである。
【００２０】
（５） 本発明の高周波回路モジュールでは、本発明の可変インダクタの場合と同じ理由により、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、ひいては高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。そのため、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応できる。
【００２１】
しかも、マルチバンドやマルチモードに対応するために周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける必要がないので、小型化・低コスト化が可能となる。
【００２２】
（６） 本発明の高周波回路モジュールの好ましい例では、高周波回路の受動素子としてさらに可変コンデンサを備える。この可変コンデンサは、誘電体層を介して積層された、静電容量を生成する電極対として動作可能な複数の第２導体板と、前記第２導体板と外部端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第２切替手段とを備えていて、前記電極対を形成する前記第２導体板の組み合わせを前記第２切替手段によって変更することにより、値の異なる前記静電容量が生成されるものである。そして、前記多層基板は、前記可変コンデンサの前記第２導体板の各々を形成する複数の第２導体層と、隣接する二つの前記第２導体層の間に各々形成された、前記可変コンデンサの前記誘電体層として各々機能する複数の第２絶縁体層とをさらに含んでいる。
【００２３】
この例では、インダクタンスだけでなく静電容量をも可逆的に変化させることができ、ひいては高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の可変インダクタによれば、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、しかも小型化が可能となる。
【００２５】
本発明の高周波回路モジュールによれば、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応でき、且つ小型化・低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
［構成］
図１は、本発明の第１実施形態の高周波回路モジュール１００を示す概略断面図である。また、図２および図３は、高周波回路モジュール１００の可変コンデンサ３０および可変インダクタ４０を示す拡大斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、高周波回路モジュール１００は、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とを内部に有する多層基板１と、多層基板１の表面に実装された半導体素子チップ２とを備えている。
【００２９】
多層基板１は、４つの絶縁体層２１と所定形状にパターン化された３つの内部導体層２４とが積層されてなる第１積層部１１と、５つの絶縁体層２２と所定形状にパターン化された４つの内部導体層２５とが積層されてなる第２積層部１２と、４つの絶縁体層２３と所定形状にパターン化された３つの内部導体層２６とが積層されてなる第３積層部１３とを有している。
【００３０】
第１積層部１１の絶縁体層２１の各々は、比誘電率が７．１で厚さが４０μｍのガラスセラミック層からなる。第２積層部の絶縁体層２２の各々は、比誘電率が４．８で厚さが１６０μｍのガラスセラミック層からなる。第３積層部１３の絶縁体層２３の各々は、比誘電率が７．１で厚さが４０μｍのガラスセラミック層からなる。
【００３１】
第１積層部１１の最上層の絶縁体層２１の表面には、所定形状にパターン化された外部導体層２７が形成されている。第３積層部１３の最下層の絶縁体層２３の裏面には、所定形状にパターン化された外部導体層２８が形成されている。
【００３２】
多層基板１の内部には、複数のビア孔２９が形成されている。それらのビア孔２９を介して、内部導体層２４、２５、２６および外部導体層２７、２８の所定箇所が互いに電気的に接続されている。それにより、多層基板１に高周波回路が形成されている。
【００３３】
第３積層部１３の内部導体層２６は３つの導体板３１、３２、３３を形成し、外部導体層２８は導体板３４を形成している。それらの導体板３１、３２、３３、３４はいずれも、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００３４】
図２に明瞭に示すように、導体板３２は絶縁体層２３を介して導体板３１に対向し、導体板３３は絶縁体層２３を介して導体板３２に対向している。さらに、導体板３４は絶縁体層２３を介して導体板３３に対向している。そして、４つの導体板３１、３２、３３、３４は、高周波回路の可変コンデンサ３０を構成している。導体板３１、３２、３３、３４の間に介在する３つの絶縁体層２３は、可変コンデンサ３０の誘電体層として機能する。
【００３５】
第２積層部１２の内部導体層２５は、蛇行した伝送線路４１と２つの矩形状の導体板４２、４３とを形成している。伝送線路４１の長さは６ｍｍであり、幅は２００μｍである。
【００３６】
図３に明瞭に示すように、導体板４２は絶縁体層２２を介して伝送線路４１に対向し、導体板４３は絶縁体層２２を介して導体板４２に対向している。そのため、伝送線路４１から導体板４２、４３までの距離は各々異なっている。そして、伝送線路４１および導体板４２、４３は、高周波回路の可変インダクタ４０を構成している。
【００３７】
外部導体層２８は、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３を外部のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２に電気的に接続するための２つの接続用端子１５ａ、１５ｂを形成している。さらに、可変インダクタ４０の導体板４２、４３を外部のスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’に電気的に接続するための２つの接続用端子１６ａ、１６ｂを形成している。
【００３８】
多層基板１の側周面の全体は、導体からなるシールド層１４で覆われている。多層基板１の裏面には接地用端子３が設けられており、この接地用端子３が外部導体層２８の所定箇所に接触して電気的に接続されている。
【００３９】
半導体チップ２は、その接続用リード４を外部導体層２７の所定箇所に固着することにより、高周波回路に電気的に接続されている。
【００４０】
上記の構成を持つ高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２が接続用端子１５ａ、１５ｂに電気的に接続され、実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図２に示すように、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３はスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を介して接地され、可変コンデンサ３０の導体板３４は接地される。
【００４１】
さらに、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’が接続用端子１６ａ、１６ｂに電気的に接続される。それにより、図３に示すように、可変インダクタ４０の導体板４２、４３は、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’を介して接地される。
【００４２】
こうして実装された高周波回路モジュール１００は、外部接続されたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉動作により、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３の各々が接地または電気的浮遊状態とされる。さらに、外部接続されたスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉動作により、可変インダクタ４０の導体板４２、４３の各々が接地または電気的浮遊状態とされる。
【００４３】
［可変コンデンサの動作］
次に、図４を参照しながら可変コンデンサ３０の動作原理を説明する。ここでは、図４（ａ）に示すように、可変コンデンサ３０が（ｎ＋１）枚の導体板ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎ、ＣＰ（ｎ＋１）を有しており、導体板ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎがスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）を介して接地され、導体板ＣＰ（ｎ＋１）が接地されているものとする。
【００４４】
図４（ａ）の可変コンデンサ３０は、図４（ｂ）に示すようなｎ個のコンデンサが直列接続され、各接続点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐ（ｎ−１）がスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）を介して接地されたものに相当する。
【００４５】
一般に、２枚の導体板が対向している場合、生成される静電容量Ｃｉ[Ｆ]は、導体板間の距離ｄ[ｍ]、導体板の面積Ｓ［ｍ2］、真空の誘電率ε0（＝８．８５×１０-12［Ｆ／ｍ］）、導体板間に挟まれた誘電体層の比誘電率εrとすると、次の数式（１）で表される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
図４（ａ）の可変コンデンサ３０の場合、互いに対向する導体板間の静電容量をＣｉとすると、全体の静電容量Ｃは、次の数式（２）で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここで、導体板ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎのうちの電位の固定されないもの（すなわち、電気的浮遊状態にあるもの）は、全体の静電容量Ｃに寄与しない。例えば、スイッチ素子ＳＷ２のみをオン（ＯＮ）状態にして、上から３番目の導体板ＣＰ３のみを接地すると、３番目以降の導体板ＣＰ４〜ＣＰ（ｎ＋１）は無いものと等しく、全体の容量は次の数式（３）で表される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
また、スイッチ素子ＳＷ１のみをオン（ＯＮ）状態にして、上から２番目の導体板ＣＰ２を接地したときは、Ｃ＝Ｃ1となる。
【００５２】
このように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）の開閉状態を適宜に設定することにより、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃを変化させることができる。
【００５３】
図２の可変コンデンサ３０では、４つの導体板３１、３２、３３、３４の面積が等しく、導体板３１、３２、３３、３４に挟まれた３つの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３の比誘電率εrと厚さが等しい。したがって、上記の数式（２）において、ｎ＝３、Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ3（＝Ｃ0＝６．３ｐＦ）とした場合に相当する。そして、下記の表１に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態の組み合わせにより、静電容量Ｃが（Ｃ0／３）、（Ｃ0／２）、Ｃ0と変化する。
【００５４】
【表１】
【００５５】
すなわち、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオフ（ＯＦＦ）状態の場合、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となり、導体板３１、３４が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の３つの直列コンデンサに相当する静電容量Ｃ0／３が生成される。
【００５６】
スイッチ素子ＳＷ１がオフ（ＯＦＦ）状態で且つスイッチ素子ＳＷ２がオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３２が電気的浮遊状態となり、導体板３１、３３が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の２つの直列コンデンサに相当する静電容量Ｃ0／２が生成される。
【００５７】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３１、３２が静電容量Ｃを形成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の１つのコンデンサに相当する静電容量Ｃ0が生成される。
【００５８】
このように、導体板３１、３２、３３、３４のうちのいずれか二つが静電容量Ｃを生成する電極対として動作し、その電極対として動作する導体板３１、３２、３３、３４の組み合わせがＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて変更されることにより、生成される静電容量Ｃが変化する。しかも、ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態は自在に何度でも変更できる。したがって、静電容量Ｃを可逆的に変化させることが可能となる。
【００５９】
［可変インダクタの動作］
次に、図５を参照しながら可変インダクタ４０の動作原理を説明する。ここでは、図５（ａ）に示すように、可変インダクタ４０が線路長ｌの伝送線路ＴＬとｎ枚の導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’を有しており、導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’がスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’、・・・、ＳＷｎ’を介して接地されているものとする。
【００６０】
一般に、伝送線路ＴＬの特性インピーダンスをＺ0とすると、伝送線路ＴＬの長さｌが波長短縮された時の波長λgよりも十分短い場合には、伝送線路ＴＬは等価的に次の数式（４）で近似されるインダクタンスを持つインダクタとみなすことができる。
【００６１】
ここで、ｆは伝送線路ＴＬに供給される信号の周波数である。
【００６２】
上記数式（４）の特性インピーダンスＺ0は、伝送線路ＴＬに対向する接地面までの距離に応じて変化し、距離が大きいほど特性インピーダンスＺ0も大きくなる。
【００６３】
図５（ａ）の可変インダクタ４０の場合、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’、・・・、ＳＷｎ’の開閉状態を適宜に設定することにより、導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’からのうちのいずれか一つを接地面として動作させることができる。したがって、伝送線路ＴＬから接地面までの距離が変化し、それに伴って可変インダクタ４０のインダクタンスＬを変化させることができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、可変インダクタ４０が特性インピーダンスＺ0の変化する伝送線路ＴＬによって実現される。
【００６４】
図３の可変インダクタ４０の場合、ｌ＝６ｍｍであり、下記の表２に示すように、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態の組み合わせにより、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ0が１０９、７９、５７Ωと変化する。そして、それに伴って、等価的なインダクタンスＬも４．８、３．５、２．５ｎＨと変化する。
【００６５】
【表２】
【００６６】
このように、導体板４２、４３が伝送線路４１の接地面として動作可能であり、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態に応じて伝送線路４１から接地面までの距離が変わることにより、生成されるインダクタンスＬが変化する。しかも、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態は自在に何度でも変更できる。したがって、インダクタンスＬを可逆的に変化させることが可能となる。
【００６７】
［高周波回路モジュールの動作］
図６は、高周波回路モジュール１００の等価回路を示す。
【００６８】
図６の高周波回路は、コンデンサ２０５とインダクタ２０４で構成される入力整合回路２０１と、増幅器であるトランジスタ２０２（図１の半導体素子チップ２に対応する）と、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とで構成される出力整合回路２０３とを備えている。
【００６９】
この高周波回路では、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃと可変インダクタ４０のインダクタンスＬとを調整することにより、出力整合回路２０３のインピーダンスを変化させる。それにより、製造ばらつきに起因するインピーダンスのズレが調整され、さらには、マルチバンドやマルチモードに対応したインピーダンス整合がなされる。そして、その状態で、入力端子２２１に供給された電力ＰINがトランジスタ２０２で増幅され、電力ＰOUTとして出力端子２２２から取り出される。
【００７０】
なお、図６において、２１１、２１２は直流遮断用コンデンサ、２０６、２０７はバイアス電圧生成用の（１／４）波長線路、２０８、２０９は交流遮断用コンデンサである。
【００７１】
図７および図８は、高周波回路モジュール１００の出力整合回路２０３のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００７２】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’をオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の状態とすることにより、出力インピーダンスが図７の矢印で示すように変化し、出力インピーダンスは（３．３＋ｊ１．５）Ωとなる。この場合、出力端子２２２から取り出される電力ＰOUTを最大にするのに最適なインピーダンスが得られる。
【００７３】
他方、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’をオフ（ＯＦＦ）、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）、オフ（ＯＦＦ）の状態とすることにより、出力インピーダンスが図８の矢印で示すように変化し、出力インピーダンスは（１１＋ｊ５．７）Ωとなる。この場合、増幅器の出力効率を最大にするのに最適なインピーダンスが得られる。
【００７４】
以上述べたように、本発明の第１実施形態の高周波回路モジュール１００では、多層基板１の内部に可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０が形成される。可変コンデンサ３０は、多層基板１の内部導体層２６が形成する導体板３１、３２、３３と、多層基板１の外部導体層２８が形成する導体板３４と、それらの導体板３１、３２、３３、３４の間に介在する多層基板１の絶縁体層２３とにより構成される。可変インダクタ４０は、多層基板１の内部導体層２５が形成する伝送線路４１と導体板４２、４３とにより構成される。それらの導体板４２、４３は、伝送線路４１からの距離が各々異なるように配置される。
【００７５】
高周波回路モジュール１００を実装する場合、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３は、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を介して接地され、可変コンデンサ３０の導体板３４は接地される。さらに、可変インダクタ４０の導体板４２、４３は、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ２’、ＳＷ１’を介して接地される。
【００７６】
そのため、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて、静電容量を生成する電極対として動作する導体板３１、３２、３３、３４の組み合わせが変更されて、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃが変化する。したがって、静電容量Ｃが可逆的に変化するコンデンサが実現される。
【００７７】
また、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態に応じて、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ0が変化し、それに伴って伝送線路４１の等価的なインダクタンスＬが変化する。したがってインダクタンスＬが可逆的に変化する可変インダクタが実現される。
【００７８】
したがって、高周波回路モジュール１００では、高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。よって、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応できる。しかも、マルチバンドやマルチモードに対応するために周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける必要がない。よって、小型化・低コスト化が可能となる。
【００７９】
さらに、可変コンデンサ３０では、導体板３１、３２、３３、３４の間隔や内部絶縁体層２３の比誘電率を適宜に設定することにより、導体板３１、３２、３３、３４の大きさを抑制しながら所望の静電容量を得ることができる。そのため、小型化が可能である。
【００８０】
可変インダクタ４０では、伝送線路４１から導体板４２、４３までの距離や伝送線路４１の形状を適宜に設定することにより、伝送線路４１や導体板４２、４３の大きさを抑制しながら所望のインダクタンスを得ることができる。そのため、小型化が可能である。
【００８１】
したがって、高周波回路モジュール１００では、さらに小型化されたモジュールが実現できる。
【００８２】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態の可変コンデンサ３０Ａを示す。図９（ａ）は概略斜視図であり、図９（ｂ）はその縦断面図である。
【００８３】
図９の可変コンデンサ３０Ａは、比誘電率の異なる３つの絶縁体層（すなわち、誘電体層）５１、５２、５３を有する点で、第１実施形態の可変コンデンサ３０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変コンデンサ３０のそれと同じである。よって、図９において第１実施形態の可変コンデンサ３０と同一または対応する構成要素に図２と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【００８４】
可変コンデンサ３０Ａでは、導体板３１と３２との間に、比誘電率が１０．５の高誘電率材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５１が形成されている。また、導体板３２と３３との間に、比誘電率が７．１の材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５２が形成されている。さらに、導体板３３と３４との間に、比誘電率が４．８の材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５２が形成されている。
【００８５】
４つの導体板３１、３２、３３、３４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００８６】
可変コンデンサ３０Ａでは、下記の表３に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【００８７】
【表３】
【００８８】
このように、第２実施形態の可変コンデンサ３０Ａでは、比誘電率の異なる絶縁体層５１、５２、５３を使用しているので、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【００８９】
（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態の可変コンデンサ３０Ｂを示す。図１０（ａ）は概略斜視図であり、図１０（ｂ）はその縦断面図である。
【００９０】
図１０の可変コンデンサ３０Ｂは、導体板３１、３４に対して表面の面積が異なる導体板６２、６３を有する点で、第１実施形態の可変コンデンサ３０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変コンデンサ３０のそれと同じである。よって、図１０において第１実施形態の可変コンデンサ３０と同一または対応する構成要素に図２と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【００９１】
可変コンデンサ３０Ｂでは、一辺の長さが１ｍｍの正方形状の導体板６２が、絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板３１に対向している。また、一辺の長さが１．５ｍｍの正方形状の導体板６３が絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板３４に対向している。導体板３１、３４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。換言すれば、導体板６２の表面の面積は、導体板３１、３４、６３の表面の面積よりも小さい。また、導体板６３の表面の面積は、導体板３１、３４の表面の面積よりも小さい。
【００９２】
このように、表面の面積が互いに異なる導体板３１と６２、６２と６３、６３と３４が対向する場合、生成される静電容量は小さい方の面積で与えられる。例えば、スイッチ素子ＳＷ１のみがオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３１と６２が１．６ｐＦの静電容量を生成し、さらに、導体板３１、３４の導体板６２と重ならない部分が容量１．６ｐＦの静電容量を生成する。そして、可変コンデンサ３０Ｂの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる３．２ｐＦの静電容量Ｃが生成される。
【００９３】
可変コンデンサ３０Ｂでは、下記の表４に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【００９４】
【表４】
【００９５】
上記の表４が示すように、第３実施形態の可変コンデンサ３０Ｂでは、静電容量Ｃを２．１〜３．２ｐＦの範囲内で細かく変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【００９６】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態の可変コンデンサ３０Ｃを示す。図１１（ａ）は概略斜視図であり、図１１（ｂ）はその縦断面図である。
【００９７】
図１１の可変コンデンサ３０Ｃは、比誘電率が７．１、厚さが４０μｍの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して積層された５つの導体板７１、７２、７３、７４、７５を有している。導体板７１、７２、７３、７４は、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００９８】
可変コンデンサ３０Ｃを内部に有する高周波回路モジュール１００では、導体板７２と７４が多層基板１の対応するビア孔２９を介して互いに電気的に接続され、さらに接続用端子１５ａに電気的に接続されている。また、導体板７３は、多層基板１の対応するビア孔２９を介して接続用端子１５ｂに電気的に接続されている。さらに、導体板７１は、対応するビア孔２９を介して接続用端子１６ｃに電気的に接続されている。導体板７５は、接地用端子３に電気的に接続されている。
【００９９】
可変コンデンサ３０Ｃを内部に有する高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１が接続用端子１５ａに電気的に接続される。また、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ２の一端が接続用端子１５ｂに電気的に接続され、他端が接続用端子１５ｃに電気的に接続される。また、実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図１１に示すように、導体板７２、７４はスイッチ素子ＳＷ１を介して接地され、導体板７５は接地される。さらに、導体板７３はスイッチ素子ＳＷ２を介して導体板７１に電気的に接続される。
【０１００】
可変コンデンサ３０Ｃでは、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて、下記の表５に示すように、静電容量Ｃが変化する。
【０１０１】
【表５】
【０１０２】
可変コンデンサ３０Ｃでは、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を共にオフ（ＯＦＦ）状態にした場合に、導体板７１と７５が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そして、静電容量Ｃが１．６ｐＦと最も小さくなる。
【０１０３】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を共にオン（ＯＮ）状態にした場合には、導体板７１、７３が静電容量Ｃを生成する電極対の一方の電極として動作し、導体板７２、７４が他方の電極として動作する。そして、導体板７１と７２、７２と７３、７３と７４の各々により６．３ｐＦの静電容量が生成される。可変コンデンサ３０Ｃの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる１９ｐＦの静電容量Ｃが生成されることになり、この場合に静電容量Ｃが最も大きくなる。
【０１０４】
このように、第４実施形態の可変コンデンサ３０Ｃでは、電極対の一電極として複数の導体板が動作可能に構成されているため、静電容量値Ｃを１．６〜１９ｐＦと広範囲に変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【０１０５】
（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態の可変コンデンサ３０Ｄを示す。図１２（ａ）は概略斜視図であり、図１２（ｂ）はその縦断面図である。
【０１０６】
図１２の可変コンデンサ３０Ｄは、導体板８１と、絶縁体層２３（すなわち、誘電体層）を介して導体板７１に対向する３つの導体板８２、８３、８４と、絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板８２、８３、８４に対向する導体板８５とを有している。導体板８２、８３、８４は、同一平面内において互いに離間して配置されている。
【０１０７】
導体板８１、８５は、一辺の長さが２．５ｍｍの正方形状である。導体板８２は、２．５ｍｍ×１ｍｍの長方形状である。導体板８３、８４は、一辺の長さが１ｍｍの正方形状である。導体板８２と８３、８２と８４、８３と８４の間隔は、各々０．５ｍｍである。
【０１０８】
絶縁体層２３は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、比誘電率が７．１、厚さが４０μｍである。
【０１０９】
可変コンデンサ３０Ｄを内部に有する高周波回路モジュール１００では、導体板８２、８３、８４が多層基板１の対応するビア孔２９を介して接続用端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに電気的に接続されている。また、導体板８５は、接地用端子３に電気的に接続されている。
【０１１０】
可変コンデンサ３０Ｄを内部に有する高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が接続用端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに電気的に接続される。実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図１２に示すように、導体板８２、８３、８４はスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を介して接地され、導体板８５は接地される。
【０１１１】
このように、表面の面積が互いに異なる導体板８１と８２、８１と８３、８１と８４、８２と８５、８３と８５、８４と８５が対向する場合、形成される静電容量は小さい方の面積で与えられる。例えば、スイッチ素子ＳＷ１のみがオン（ＯＮ）状態の場合、導体板８１と８２が３．９ｐＦの静電容量を生成し、さらに、導体板８１、８５の導体板８２と重ならない部分が容量２．９ｐＦの静電容量を生成する。そして、可変コンデンサ３０Ｄの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる６．９ｐＦの静電容量Ｃが生成される。
【０１１２】
可変コンデンサ３０Ｂでは、下記の表６に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１１３】
【表６】
【０１１４】
上記の表６が示すように、第５実施形態の可変コンデンサ３０Ｄでは、静電容量Ｃを４．９〜８．４ｐＦの範囲内で細かく変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【０１１５】
（第６実施形態）
図１３は、本発明の第６実施形態の可変インダクタ４０Ａを示す概略斜視図である。
【０１１６】
図１３の可変インダクタ４０Ａは、スパイラル状の伝送線路（すなわち、スパイラルインダクタ）９１を有する点で、第１実施形態の可変インダクタ４０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変インダクタ４０のそれと同じである。よって、図１３において第１実施形態の可変インダクタ４０と同一または対応する構成要素に図３と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【０１１７】
この第６実施形態の可変インダクタ４０Ａは、第１実施形態の可変インダクタ４０と同様に動作し、実効的なインダクタンスＬが変化する。
【０１１８】
（応用例）
図１４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０に接続されるスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２として電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）を使用した例を示す。
【０１１９】
図１４に示すように、この例では、ＦＥＴ３０１のドレインが導体板３２に電気的に接続され、ソースが接地される。また、ＦＥＴ３０２のドレインが導体板３３に電気的に接続され、ソースが接地される。ＦＥＴ３０１、３０２のゲートには、制御電圧Ｖ１、Ｖ２が各々供給される。
【０１２０】
そして、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をＦＥＴ３０１、３０２の閾値電圧よりも高くするとＦＥＴ２０１、２０２は導通状態となり、導体板３２、３３が接地される。他方、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をＦＥＴ３０１、３０２の閾値電圧よりも低くすると、ＦＥＴ３０１、３０２が非導通状態となり、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となる。
【０１２１】
このように、制御電圧Ｖ１、Ｖ２を調整することにより、ＦＥＴ３０１、３０２の導通が制御されるので、静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１２２】
図１５は、第１実施形態の可変コンデンサ３０に接続されるスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２としてダイオード素子を使用した例を示す。
【０１２３】
図１５に示すように、この例では、ダイオード４０１のアノードが導体板３２に電気的に接続され、カソードが接地される。また、ダイオード４０２のアノードが導体板３３に電気的に接続され、カソードが接地される。ダイオード４０１、４０２のアノードには、制御電圧Ｖ１’、Ｖ２’が各々供給される。
【０１２４】
そして、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をダイオード４０１、４０２のターンオン電圧よりも高くするとダイオード４０１、４０２は導通状態となり、導体板３２、３３が接地される。他方、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をダイオード４０１、４０２のターンオン電圧よりも低くすると、ダイオード４０１、４０２が非導通状態となり、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となる。
【０１２５】
このように、制御電圧Ｖ１、Ｖ２を調整することにより、ＦＥＴ３０１、３０２の導通が制御されるので、静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１２６】
（変形例）
なお、上記実施形態は、本発明の好適な例を示すものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【０１２７】
例えば、第３、第４および第５の実施形態の可変コンデンサ３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３の各々を比誘電率の異なる材料で形成してもよい。
【０１２８】
また、第１、第２、第３、第４および第５の実施形態の可変コンデンサ３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄと第１および第６の実施形態の可変インダクタ４０、４０Ａとを適宜に組み合わせて、高周波回路モジュール１００を構成することができる。
【０１２９】
第１実施形態の高周波回路モジュール１００では、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とを備えているが、それらのうちのいずれか一方を通常のリアクタンス素子（すなわち、固定コンデンサや固定インダクタ）に置換してもよい。その場合にも、出力整合回路２０３のインピーダンスを可逆的に変化させることができるからである。
【０１３０】
また、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’を実装回路基板に設ける代わりに、同様の機能を持つスイッチ素子を高周波回路モジュール１００に設けることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１実施形態の高周波回路モジュールを示す概略断面図である。
【図２】図１の高周波回路モジュールの可変コンデンサを示す斜視図である。
【図３】図１の高周波回路モジュールの可変インダクタを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の可変コンデンサの動作原理を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は等価回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態の可変インダクタの動作原理を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は等価回路図である。
【図６】図１の高周波回路モジュールの等価回路を示す回路図である。
【図７】図１の高周波回路モジュールの出力整合回路のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図８】図１の高周波回路モジュールの出力整合回路の他のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図９】（ａ）は本発明の第２実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第３実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第４実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第５実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態の可変インダクタを示す斜視図である。
【図１４】図２の可変コンデンサの応用例を示す断面図である。
【図１５】図２の可変コンデンサの他の応用例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 多層基板
２ 半導体素子チップ
３ 接地用端子
４ 接続用リード
１１ 多層基板の第１積層部
１２ 多層基板の第２積層部
１３ 多層基板の第３積層部
１４ シールド層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 接続用端子
１６ａ、１６ｂ 接続用端子
２１、２２、２３ 絶縁体層
２４、２５、２６ 内部導体層
２７、２８ 外部導体層
２９ ビア孔
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 可変コンデンサ
３１、３２、３３、３４ 導体板
４０、４０Ａ 可変インダクタ
４１ 伝送線路
４２、４３ 導体板
５１、５２、５３ 絶縁体層
６２、６３ 導体板
７１、７２、７３、７４ 導体板
８１、８２、８３、８４、８５ 導体板
９１ 伝送線路
１００ 高周波回路モジュール
２０１ 入力整合回路
２０２ トランジスタ
２０３ 出力整合回路
２０４ インダクタ
２０５ コンデンサ
２０６、２０７ （１／４）波長線路
２０８、２０９、２１１、２１２ コンデンサ
２２１ 入力端子
２２２ 出力端子
３０１、３０２ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
４０１、４０２ ダイオード
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ（ｎ−１） スイッチ素子
ＳＷ１’、ＳＷ２’、ＳＷｎ スイッチ素子
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰｎ、ＣＰ（ｎ＋１） 導体板
ＣＰ１’、ＣＰ２’、ＣＰｎ’ 導体板
ＴＬ 伝送線路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変インダクタおよび高周波回路モジュールに関し、さらに言えば、高周波回路の受動素子として好適に使用される可変インダクタと、その可変インダクタを備えた高周波回路モジュールとに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話など無線通信装置に使用される高周波回路は、半導体トランジスタ、ＩＣチップ、受動素子（抵抗器、コンデンサ、インダクタ）などの多数の部品で構成されている。そして、装置を小型化するため、これらの部品のうちの集積化が可能な部品を１つの基板やパッケージに搭載してモジュール化する技術が広く用いられている。例えば、携帯電話の端末に使用される高周波増幅器モジュールでは、高周波（Radio Frequency、ＲＦ）信号を増幅するトランジスタと、そのトランジスタにＲＦ信号を効率良く供給するための入力インピーダンス整合回路と、増幅されたＲＦ信号を効率良く取り出すための出力インピーダンス整合回路とが一つの基板に形成される。そして、その基板として、ガラスセラミックや樹脂材料からなる多層基板が多く用いられる。
【０００３】
一般に、この種の高周波回路モジュールでは、基板やトランジスタの製造ばらつきによって整合回路のインピーダンスが設計値からずれた場合、製造後にインピーダンスを調整する必要がある。そこで、従来より、整合回路のインピーダンスを調整可能とする技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１１−１７６９８７号公報には、多層基板の表面に複数の電極パッドを設け、多層基板内部のグランド電極層とそれらの電極パッドとの間にインピーダンス調整用のコンデンサを形成するようにした技術が開示されている。この従来技術では、レーザーなどを使用して、電極パッドを選択的に除去または切断することにより、電極パッドの面積を変化させる。あるいは、所望の電極パッドの接続部を切断することにより、整合回路の伝送線路に接続されるコンデンサを選択する。このような方法により、整合回路の伝送線路に付加される静電容量を変化せしめることで、整合回路のインピーダンスを調整可能としている。
【０００５】
他方、近年、複数の周波数帯や複数の動作モードに対応可能な、いわゆるマルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用できる高周波回路モジュールの必要性が高まっている。例えば、欧州のデジタル・セルラ・システムでは、９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）と１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ（Digital Cellular System）が普及しており、この両方のモードを扱える携帯端末機が必要とされる。そして、このようなマルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用される高周波回路モジュールでは、周波数帯毎あるいは動作モード毎にインピーダンス整合が得られなければならない。
【０００６】
そこで、従来の高周波回路モジュールでは、例えば、１９９９年に発行された「ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ インターナショナル・マイクロウェーブ・シンポジウム ダイジェスト」第１３９７頁〜第２７００頁（Yamamoto et al., 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp.1397-1400）に報告されているように、ＧＳＭおよびＤＣＳの各モードに対応した２系統の増幅器および整合回路を別々に設けておき、それらを選択的に使用することでインピーダンス整合を得ている。
【特許文献１】特開平１１−１７６９８７号公報
【非特許文献１】Yamamoto et al., 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp.1397-1400
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平１１−１７６９８７号公報に開示された従来技術では、電極パッドと整合回路の伝送線路とがいずれも多層基板の表面に形成される。そのため、整合回路の実装面積が増大し、高周波回路モジュールを小型化するのに適していないという問題がある。
【０００８】
さらに、この従来技術では、インピーダンスを調整する際に、レーザーなどを使用して電極パッドを除去または切断したり、電極パッドの接続部を切断する。そのため、整合回路のインピーダンスの変化は非可逆的であり、マルチバンドやマルチモードに対応してインピーダンス整合を得ることはできない。
【０００９】
他方、周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける従来技術では、マルチバンド型やマルチモード型の無線通信装置に使用できるものの、高周波回路モジュールを構成する部品数が増大し、高周波回路モジュールの小型化・低コスト化が困難であるという問題がある。
【００１０】
換言すれば、可逆的にインピーダンスを変化させることができ、且つ小型化が可能なリアクタンス素子が必要であるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、ひいては可逆的にインピーダンスを変化させることができ、且つ小型化が可能な可変インダクタを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応でき、且つ小型化・低コスト化が可能な高周波回路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１） 本発明の可変インダクタは、
インダクタンスを生成する伝送線路と、
前記伝送線路からの距離が各々異なるように配置された、前記伝送線路の接地面として動作可能な複数の第１導体板と、
前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段とを備え、
前記接地面として動作する前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、値の異なる前記インダクタンスが生成されるものである。
【００１４】
（２） 本発明の可変インダクタでは、前記インダクタンスを生成する前記伝送線路が設けられていると共に、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板が配置されている。そして、それらの第１導体板の各々は、前記伝送線路の接地面として動作可能である。また、前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段を備えている。
【００１５】
このため、前記第１切替手段によって前記第１導体板のいずれか一つを接地すれば、その第１導体板が前記伝送線路の前記接地面として動作し、複数の前記第１導体板の全てを接地しない場合に比べ、前記伝送線路から前記接地面までの距離が小さくなる。また、接地される前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、前記伝送線路から前記接地面までの距離を変化させることができるから、前記伝送線路の特性インピーダンスを変化させることができ、それに伴って前記伝送線路の等価的なインダクタンスをも変化させることができる。しかも、前記第１切替手段は、スイッチ素子などを使用して容易に実現できる。したがって、インダクタンスを可逆的に変化させることができる。
【００１６】
さらに、隣接する前記第１導体板の間隔や前記伝送線路の形状を適宜に設定することにより、前記第１導体板や前記伝送線路の大きさを抑制しながら所望のインダクタンスを得ることができる。よって、当該可変インダクタを小型化することが可能となる。
【００１７】
（３） 本発明の可変インダクタの好ましい例では、前記伝送線路が蛇行線路を含んでいる。この例では、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。
【００１８】
本発明の可変インダクタの他の好ましい例では、前記伝送線路がスパイラル状線路を含んでいる。この例でも、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。
【００１９】
（４） 本発明の高周波回路モジュールは、
高周波回路の受動素子として上記（１）または（３）の可変インダクタを多層基板上に備えた高周波回路モジュールであって、
前記多層基板が、
前記可変インダクタの前記伝送線路および複数の前記第１導体板の各々を形成する複数の第１導体層と、
隣接する二つの前記第１導体層の間に各々形成された、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板を配置せしめる複数の第１絶縁体層と
を含んでなるものである。
【００２０】
（５） 本発明の高周波回路モジュールでは、本発明の可変インダクタの場合と同じ理由により、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、ひいては高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。そのため、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応できる。
【００２１】
しかも、マルチバンドやマルチモードに対応するために周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける必要がないので、小型化・低コスト化が可能となる。
【００２２】
（６） 本発明の高周波回路モジュールの好ましい例では、高周波回路の受動素子としてさらに可変コンデンサを備える。この可変コンデンサは、誘電体層を介して積層された、静電容量を生成する電極対として動作可能な複数の第２導体板と、前記第２導体板と外部端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第２切替手段とを備えていて、前記電極対を形成する前記第２導体板の組み合わせを前記第２切替手段によって変更することにより、値の異なる前記静電容量が生成されるものである。そして、前記多層基板は、前記可変コンデンサの前記第２導体板の各々を形成する複数の第２導体層と、隣接する二つの前記第２導体層の間に各々形成された、前記可変コンデンサの前記誘電体層として各々機能する複数の第２絶縁体層とをさらに含んでいる。
【００２３】
この例では、インダクタンスだけでなく静電容量をも可逆的に変化させることができ、ひいては高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の可変インダクタによれば、インダクタンスを可逆的に変化させることができ、しかも小型化が可能となる。
【００２５】
本発明の高周波回路モジュールによれば、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応でき、且つ小型化・低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
［構成］
図１は、本発明の第１実施形態の高周波回路モジュール１００を示す概略断面図である。また、図２および図３は、高周波回路モジュール１００の可変コンデンサ３０および可変インダクタ４０を示す拡大斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、高周波回路モジュール１００は、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とを内部に有する多層基板１と、多層基板１の表面に実装された半導体素子チップ２とを備えている。
【００２９】
多層基板１は、４つの絶縁体層２１と所定形状にパターン化された３つの内部導体層２４とが積層されてなる第１積層部１１と、５つの絶縁体層２２と所定形状にパターン化された４つの内部導体層２５とが積層されてなる第２積層部１２と、４つの絶縁体層２３と所定形状にパターン化された３つの内部導体層２６とが積層されてなる第３積層部１３とを有している。
【００３０】
第１積層部１１の絶縁体層２１の各々は、比誘電率が７．１で厚さが４０μｍのガラスセラミック層からなる。第２積層部の絶縁体層２２の各々は、比誘電率が４．８で厚さが１６０μｍのガラスセラミック層からなる。第３積層部１３の絶縁体層２３の各々は、比誘電率が７．１で厚さが４０μｍのガラスセラミック層からなる。
【００３１】
第１積層部１１の最上層の絶縁体層２１の表面には、所定形状にパターン化された外部導体層２７が形成されている。第３積層部１３の最下層の絶縁体層２３の裏面には、所定形状にパターン化された外部導体層２８が形成されている。
【００３２】
多層基板１の内部には、複数のビア孔２９が形成されている。それらのビア孔２９を介して、内部導体層２４、２５、２６および外部導体層２７、２８の所定箇所が互いに電気的に接続されている。それにより、多層基板１に高周波回路が形成されている。
【００３３】
第３積層部１３の内部導体層２６は３つの導体板３１、３２、３３を形成し、外部導体層２８は導体板３４を形成している。それらの導体板３１、３２、３３、３４はいずれも、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００３４】
図２に明瞭に示すように、導体板３２は絶縁体層２３を介して導体板３１に対向し、導体板３３は絶縁体層２３を介して導体板３２に対向している。さらに、導体板３４は絶縁体層２３を介して導体板３３に対向している。そして、４つの導体板３１、３２、３３、３４は、高周波回路の可変コンデンサ３０を構成している。導体板３１、３２、３３、３４の間に介在する３つの絶縁体層２３は、可変コンデンサ３０の誘電体層として機能する。
【００３５】
第２積層部１２の内部導体層２５は、蛇行した伝送線路４１と２つの矩形状の導体板４２、４３とを形成している。伝送線路４１の長さは６ｍｍであり、幅は２００μｍである。
【００３６】
図３に明瞭に示すように、導体板４２は絶縁体層２２を介して伝送線路４１に対向し、導体板４３は絶縁体層２２を介して導体板４２に対向している。そのため、伝送線路４１から導体板４２、４３までの距離は各々異なっている。そして、伝送線路４１および導体板４２、４３は、高周波回路の可変インダクタ４０を構成している。
【００３７】
外部導体層２８は、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３を外部のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２に電気的に接続するための２つの接続用端子１５ａ、１５ｂを形成している。さらに、可変インダクタ４０の導体板４２、４３を外部のスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’に電気的に接続するための２つの接続用端子１６ａ、１６ｂを形成している。
【００３８】
多層基板１の側周面の全体は、導体からなるシールド層１４で覆われている。多層基板１の裏面には接地用端子３が設けられており、この接地用端子３が外部導体層２８の所定箇所に接触して電気的に接続されている。
【００３９】
半導体チップ２は、その接続用リード４を外部導体層２７の所定箇所に固着することにより、高周波回路に電気的に接続されている。
【００４０】
上記の構成を持つ高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２が接続用端子１５ａ、１５ｂに電気的に接続され、実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図２に示すように、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３はスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を介して接地され、可変コンデンサ３０の導体板３４は接地される。
【００４１】
さらに、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’が接続用端子１６ａ、１６ｂに電気的に接続される。それにより、図３に示すように、可変インダクタ４０の導体板４２、４３は、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’を介して接地される。
【００４２】
こうして実装された高周波回路モジュール１００は、外部接続されたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉動作により、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３の各々が接地または電気的浮遊状態とされる。さらに、外部接続されたスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉動作により、可変インダクタ４０の導体板４２、４３の各々が接地または電気的浮遊状態とされる。
【００４３】
［可変コンデンサの動作］
次に、図４を参照しながら可変コンデンサ３０の動作原理を説明する。ここでは、図４（ａ）に示すように、可変コンデンサ３０が（ｎ＋１）枚の導体板ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎ、ＣＰ（ｎ＋１）を有しており、導体板ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎがスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）を介して接地され、導体板ＣＰ（ｎ＋１）が接地されているものとする。
【００４４】
図４（ａ）の可変コンデンサ３０は、図４（ｂ）に示すようなｎ個のコンデンサが直列接続され、各接続点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐ（ｎ−１）がスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）を介して接地されたものに相当する。
【００４５】
一般に、２枚の導体板が対向している場合、生成される静電容量Ｃｉ[Ｆ]は、導体板間の距離ｄ[ｍ]、導体板の面積Ｓ［ｍ2］、真空の誘電率ε0（＝８．８５×１０-12［Ｆ／ｍ］）、導体板間に挟まれた誘電体層の比誘電率εrとすると、次の数式（１）で表される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
図４（ａ）の可変コンデンサ３０の場合、互いに対向する導体板間の静電容量をＣｉとすると、全体の静電容量Ｃは、次の数式（２）で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここで、導体板ＣＰ２、ＣＰ３、・・・、ＣＰｎのうちの電位の固定されないもの（すなわち、電気的浮遊状態にあるもの）は、全体の静電容量Ｃに寄与しない。例えば、スイッチ素子ＳＷ２のみをオン（ＯＮ）状態にして、上から３番目の導体板ＣＰ３のみを接地すると、３番目以降の導体板ＣＰ４〜ＣＰ（ｎ＋１）は無いものと等しく、全体の容量は次の数式（３）で表される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
また、スイッチ素子ＳＷ１のみをオン（ＯＮ）状態にして、上から２番目の導体板ＣＰ２を接地したときは、Ｃ＝Ｃ1となる。
【００５２】
このように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ（ｎ−１）の開閉状態を適宜に設定することにより、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃを変化させることができる。
【００５３】
図２の可変コンデンサ３０では、４つの導体板３１、３２、３３、３４の面積が等しく、導体板３１、３２、３３、３４に挟まれた３つの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３の比誘電率εrと厚さが等しい。したがって、上記の数式（２）において、ｎ＝３、Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ3（＝Ｃ0＝６．３ｐＦ）とした場合に相当する。そして、下記の表１に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態の組み合わせにより、静電容量Ｃが（Ｃ0／３）、（Ｃ0／２）、Ｃ0と変化する。
【００５４】
【表１】
【００５５】
すなわち、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオフ（ＯＦＦ）状態の場合、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となり、導体板３１、３４が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の３つの直列コンデンサに相当する静電容量Ｃ0／３が生成される。
【００５６】
スイッチ素子ＳＷ１がオフ（ＯＦＦ）状態で且つスイッチ素子ＳＷ２がオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３２が電気的浮遊状態となり、導体板３１、３３が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の２つの直列コンデンサに相当する静電容量Ｃ0／２が生成される。
【００５７】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３１、３２が静電容量Ｃを形成する電極対として動作する。そのため、静電容量Ｃ0の１つのコンデンサに相当する静電容量Ｃ0が生成される。
【００５８】
このように、導体板３１、３２、３３、３４のうちのいずれか二つが静電容量Ｃを生成する電極対として動作し、その電極対として動作する導体板３１、３２、３３、３４の組み合わせがＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて変更されることにより、生成される静電容量Ｃが変化する。しかも、ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態は自在に何度でも変更できる。したがって、静電容量Ｃを可逆的に変化させることが可能となる。
【００５９】
［可変インダクタの動作］
次に、図５を参照しながら可変インダクタ４０の動作原理を説明する。ここでは、図５（ａ）に示すように、可変インダクタ４０が線路長ｌの伝送線路ＴＬとｎ枚の導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’を有しており、導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’がスイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’、・・・、ＳＷｎ’を介して接地されているものとする。
【００６０】
一般に、伝送線路ＴＬの特性インピーダンスをＺ0とすると、伝送線路ＴＬの長さｌが波長短縮された時の波長λgよりも十分短い場合には、伝送線路ＴＬは等価的に次の数式（４）で近似されるインダクタンスを持つインダクタとみなすことができる。
【００６１】
ここで、ｆは伝送線路ＴＬに供給される信号の周波数である。
【００６２】
上記数式（４）の特性インピーダンスＺ0は、伝送線路ＴＬに対向する接地面までの距離に応じて変化し、距離が大きいほど特性インピーダンスＺ0も大きくなる。
【００６３】
図５（ａ）の可変インダクタ４０の場合、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’、・・・、ＳＷｎ’の開閉状態を適宜に設定することにより、導体板ＣＰ１’、ＣＰ２’、・・・、ＣＰｎ’からのうちのいずれか一つを接地面として動作させることができる。したがって、伝送線路ＴＬから接地面までの距離が変化し、それに伴って可変インダクタ４０のインダクタンスＬを変化させることができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、可変インダクタ４０が特性インピーダンスＺ0の変化する伝送線路ＴＬによって実現される。
【００６４】
図３の可変インダクタ４０の場合、ｌ＝６ｍｍであり、下記の表２に示すように、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態の組み合わせにより、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ0が１０９、７９、５７Ωと変化する。そして、それに伴って、等価的なインダクタンスＬも４．８、３．５、２．５ｎＨと変化する。
【００６５】
【表２】
【００６６】
このように、導体板４２、４３が伝送線路４１の接地面として動作可能であり、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態に応じて伝送線路４１から接地面までの距離が変わることにより、生成されるインダクタンスＬが変化する。しかも、ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態は自在に何度でも変更できる。したがって、インダクタンスＬを可逆的に変化させることが可能となる。
【００６７】
［高周波回路モジュールの動作］
図６は、高周波回路モジュール１００の等価回路を示す。
【００６８】
図６の高周波回路は、コンデンサ２０５とインダクタ２０４で構成される入力整合回路２０１と、増幅器であるトランジスタ２０２（図１の半導体素子チップ２に対応する）と、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とで構成される出力整合回路２０３とを備えている。
【００６９】
この高周波回路では、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃと可変インダクタ４０のインダクタンスＬとを調整することにより、出力整合回路２０３のインピーダンスを変化させる。それにより、製造ばらつきに起因するインピーダンスのズレが調整され、さらには、マルチバンドやマルチモードに対応したインピーダンス整合がなされる。そして、その状態で、入力端子２２１に供給された電力ＰINがトランジスタ２０２で増幅され、電力ＰOUTとして出力端子２２２から取り出される。
【００７０】
なお、図６において、２１１、２１２は直流遮断用コンデンサ、２０６、２０７はバイアス電圧生成用の（１／４）波長線路、２０８、２０９は交流遮断用コンデンサである。
【００７１】
図７および図８は、高周波回路モジュール１００の出力整合回路２０３のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００７２】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’をオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の状態とすることにより、出力インピーダンスが図７の矢印で示すように変化し、出力インピーダンスは（３．３＋ｊ１．５）Ωとなる。この場合、出力端子２２２から取り出される電力ＰOUTを最大にするのに最適なインピーダンスが得られる。
【００７３】
他方、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’をオフ（ＯＦＦ）、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）、オフ（ＯＦＦ）の状態とすることにより、出力インピーダンスが図８の矢印で示すように変化し、出力インピーダンスは（１１＋ｊ５．７）Ωとなる。この場合、増幅器の出力効率を最大にするのに最適なインピーダンスが得られる。
【００７４】
以上述べたように、本発明の第１実施形態の高周波回路モジュール１００では、多層基板１の内部に可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０が形成される。可変コンデンサ３０は、多層基板１の内部導体層２６が形成する導体板３１、３２、３３と、多層基板１の外部導体層２８が形成する導体板３４と、それらの導体板３１、３２、３３、３４の間に介在する多層基板１の絶縁体層２３とにより構成される。可変インダクタ４０は、多層基板１の内部導体層２５が形成する伝送線路４１と導体板４２、４３とにより構成される。それらの導体板４２、４３は、伝送線路４１からの距離が各々異なるように配置される。
【００７５】
高周波回路モジュール１００を実装する場合、可変コンデンサ３０の導体板３２、３３は、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を介して接地され、可変コンデンサ３０の導体板３４は接地される。さらに、可変インダクタ４０の導体板４２、４３は、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ２’、ＳＷ１’を介して接地される。
【００７６】
そのため、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて、静電容量を生成する電極対として動作する導体板３１、３２、３３、３４の組み合わせが変更されて、可変コンデンサ３０の静電容量Ｃが変化する。したがって、静電容量Ｃが可逆的に変化するコンデンサが実現される。
【００７７】
また、スイッチ素子ＳＷ１’、ＳＷ２’の開閉状態に応じて、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ0が変化し、それに伴って伝送線路４１の等価的なインダクタンスＬが変化する。したがってインダクタンスＬが可逆的に変化する可変インダクタが実現される。
【００７８】
したがって、高周波回路モジュール１００では、高周波回路のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。よって、製造ばらつきにより生じるインピーダンスのズレを容易に調整できると共に、マルチバンドやマルチモードにも対応できる。しかも、マルチバンドやマルチモードに対応するために周波数帯毎あるいは動作モード毎に別系統の回路を設ける必要がない。よって、小型化・低コスト化が可能となる。
【００７９】
さらに、可変コンデンサ３０では、導体板３１、３２、３３、３４の間隔や内部絶縁体層２３の比誘電率を適宜に設定することにより、導体板３１、３２、３３、３４の大きさを抑制しながら所望の静電容量を得ることができる。そのため、小型化が可能である。
【００８０】
可変インダクタ４０では、伝送線路４１から導体板４２、４３までの距離や伝送線路４１の形状を適宜に設定することにより、伝送線路４１や導体板４２、４３の大きさを抑制しながら所望のインダクタンスを得ることができる。そのため、小型化が可能である。
【００８１】
したがって、高周波回路モジュール１００では、さらに小型化されたモジュールが実現できる。
【００８２】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態の可変コンデンサ３０Ａを示す。図９（ａ）は概略斜視図であり、図９（ｂ）はその縦断面図である。
【００８３】
図９の可変コンデンサ３０Ａは、比誘電率の異なる３つの絶縁体層（すなわち、誘電体層）５１、５２、５３を有する点で、第１実施形態の可変コンデンサ３０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変コンデンサ３０のそれと同じである。よって、図９において第１実施形態の可変コンデンサ３０と同一または対応する構成要素に図２と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【００８４】
可変コンデンサ３０Ａでは、導体板３１と３２との間に、比誘電率が１０．５の高誘電率材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５１が形成されている。また、導体板３２と３３との間に、比誘電率が７．１の材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５２が形成されている。さらに、導体板３３と３４との間に、比誘電率が４．８の材料からなり、厚さが４０μｍの絶縁体層５２が形成されている。
【００８５】
４つの導体板３１、３２、３３、３４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００８６】
可変コンデンサ３０Ａでは、下記の表３に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【００８７】
【表３】
【００８８】
このように、第２実施形態の可変コンデンサ３０Ａでは、比誘電率の異なる絶縁体層５１、５２、５３を使用しているので、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【００８９】
（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態の可変コンデンサ３０Ｂを示す。図１０（ａ）は概略斜視図であり、図１０（ｂ）はその縦断面図である。
【００９０】
図１０の可変コンデンサ３０Ｂは、導体板３１、３４に対して表面の面積が異なる導体板６２、６３を有する点で、第１実施形態の可変コンデンサ３０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変コンデンサ３０のそれと同じである。よって、図１０において第１実施形態の可変コンデンサ３０と同一または対応する構成要素に図２と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【００９１】
可変コンデンサ３０Ｂでは、一辺の長さが１ｍｍの正方形状の導体板６２が、絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板３１に対向している。また、一辺の長さが１．５ｍｍの正方形状の導体板６３が絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板３４に対向している。導体板３１、３４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。換言すれば、導体板６２の表面の面積は、導体板３１、３４、６３の表面の面積よりも小さい。また、導体板６３の表面の面積は、導体板３１、３４の表面の面積よりも小さい。
【００９２】
このように、表面の面積が互いに異なる導体板３１と６２、６２と６３、６３と３４が対向する場合、生成される静電容量は小さい方の面積で与えられる。例えば、スイッチ素子ＳＷ１のみがオン（ＯＮ）状態の場合、導体板３１と６２が１．６ｐＦの静電容量を生成し、さらに、導体板３１、３４の導体板６２と重ならない部分が容量１．６ｐＦの静電容量を生成する。そして、可変コンデンサ３０Ｂの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる３．２ｐＦの静電容量Ｃが生成される。
【００９３】
可変コンデンサ３０Ｂでは、下記の表４に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【００９４】
【表４】
【００９５】
上記の表４が示すように、第３実施形態の可変コンデンサ３０Ｂでは、静電容量Ｃを２．１〜３．２ｐＦの範囲内で細かく変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【００９６】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態の可変コンデンサ３０Ｃを示す。図１１（ａ）は概略斜視図であり、図１１（ｂ）はその縦断面図である。
【００９７】
図１１の可変コンデンサ３０Ｃは、比誘電率が７．１、厚さが４０μｍの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して積層された５つの導体板７１、７２、７３、７４、７５を有している。導体板７１、７２、７３、７４は、一辺の長さが２ｍｍの正方形状である。
【００９８】
可変コンデンサ３０Ｃを内部に有する高周波回路モジュール１００では、導体板７２と７４が多層基板１の対応するビア孔２９を介して互いに電気的に接続され、さらに接続用端子１５ａに電気的に接続されている。また、導体板７３は、多層基板１の対応するビア孔２９を介して接続用端子１５ｂに電気的に接続されている。さらに、導体板７１は、対応するビア孔２９を介して接続用端子１６ｃに電気的に接続されている。導体板７５は、接地用端子３に電気的に接続されている。
【００９９】
可変コンデンサ３０Ｃを内部に有する高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１が接続用端子１５ａに電気的に接続される。また、実装回路基板に設けられたスイッチ素子ＳＷ２の一端が接続用端子１５ｂに電気的に接続され、他端が接続用端子１５ｃに電気的に接続される。また、実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図１１に示すように、導体板７２、７４はスイッチ素子ＳＷ１を介して接地され、導体板７５は接地される。さらに、導体板７３はスイッチ素子ＳＷ２を介して導体板７１に電気的に接続される。
【０１００】
可変コンデンサ３０Ｃでは、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて、下記の表５に示すように、静電容量Ｃが変化する。
【０１０１】
【表５】
【０１０２】
可変コンデンサ３０Ｃでは、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を共にオフ（ＯＦＦ）状態にした場合に、導体板７１と７５が静電容量Ｃを生成する電極対として動作する。そして、静電容量Ｃが１．６ｐＦと最も小さくなる。
【０１０３】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を共にオン（ＯＮ）状態にした場合には、導体板７１、７３が静電容量Ｃを生成する電極対の一方の電極として動作し、導体板７２、７４が他方の電極として動作する。そして、導体板７１と７２、７２と７３、７３と７４の各々により６．３ｐＦの静電容量が生成される。可変コンデンサ３０Ｃの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる１９ｐＦの静電容量Ｃが生成されることになり、この場合に静電容量Ｃが最も大きくなる。
【０１０４】
このように、第４実施形態の可変コンデンサ３０Ｃでは、電極対の一電極として複数の導体板が動作可能に構成されているため、静電容量値Ｃを１．６〜１９ｐＦと広範囲に変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【０１０５】
（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態の可変コンデンサ３０Ｄを示す。図１２（ａ）は概略斜視図であり、図１２（ｂ）はその縦断面図である。
【０１０６】
図１２の可変コンデンサ３０Ｄは、導体板８１と、絶縁体層２３（すなわち、誘電体層）を介して導体板７１に対向する３つの導体板８２、８３、８４と、絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３を介して導体板８２、８３、８４に対向する導体板８５とを有している。導体板８２、８３、８４は、同一平面内において互いに離間して配置されている。
【０１０７】
導体板８１、８５は、一辺の長さが２．５ｍｍの正方形状である。導体板８２は、２．５ｍｍ×１ｍｍの長方形状である。導体板８３、８４は、一辺の長さが１ｍｍの正方形状である。導体板８２と８３、８２と８４、８３と８４の間隔は、各々０．５ｍｍである。
【０１０８】
絶縁体層２３は、第１実施形態の可変コンデンサ３０と同様に、比誘電率が７．１、厚さが４０μｍである。
【０１０９】
可変コンデンサ３０Ｄを内部に有する高周波回路モジュール１００では、導体板８２、８３、８４が多層基板１の対応するビア孔２９を介して接続用端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに電気的に接続されている。また、導体板８５は、接地用端子３に電気的に接続されている。
【０１１０】
可変コンデンサ３０Ｄを内部に有する高周波回路モジュール１００を実装する場合、実装回路基板（図示せず）に設けられたスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が接続用端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに電気的に接続される。実装回路基板に設けられた接地線が接地用端子３に電気的に接続される。それにより、図１２に示すように、導体板８２、８３、８４はスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を介して接地され、導体板８５は接地される。
【０１１１】
このように、表面の面積が互いに異なる導体板８１と８２、８１と８３、８１と８４、８２と８５、８３と８５、８４と８５が対向する場合、形成される静電容量は小さい方の面積で与えられる。例えば、スイッチ素子ＳＷ１のみがオン（ＯＮ）状態の場合、導体板８１と８２が３．９ｐＦの静電容量を生成し、さらに、導体板８１、８５の導体板８２と重ならない部分が容量２．９ｐＦの静電容量を生成する。そして、可変コンデンサ３０Ｄの全体では、これらの静電容量の並列接続で与えられる６．９ｐＦの静電容量Ｃが生成される。
【０１１２】
可変コンデンサ３０Ｂでは、下記の表６に示すように、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態に応じて静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１１３】
【表６】
【０１１４】
上記の表６が示すように、第５実施形態の可変コンデンサ３０Ｄでは、静電容量Ｃを４．９〜８．４ｐＦの範囲内で細かく変化させることができる。したがって、第１実施形態の可変コンデンサ３０に比べ、静電容量値を設定する際のパラメータが増え、設計の自由度を高めることができる。
【０１１５】
（第６実施形態）
図１３は、本発明の第６実施形態の可変インダクタ４０Ａを示す概略斜視図である。
【０１１６】
図１３の可変インダクタ４０Ａは、スパイラル状の伝送線路（すなわち、スパイラルインダクタ）９１を有する点で、第１実施形態の可変インダクタ４０と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の可変インダクタ４０のそれと同じである。よって、図１３において第１実施形態の可変インダクタ４０と同一または対応する構成要素に図３と同じ符号を付して、同一構成の部分についての説明は省略する。
【０１１７】
この第６実施形態の可変インダクタ４０Ａは、第１実施形態の可変インダクタ４０と同様に動作し、実効的なインダクタンスＬが変化する。
【０１１８】
（応用例）
図１４は、第１実施形態の可変コンデンサ３０に接続されるスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２として電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）を使用した例を示す。
【０１１９】
図１４に示すように、この例では、ＦＥＴ３０１のドレインが導体板３２に電気的に接続され、ソースが接地される。また、ＦＥＴ３０２のドレインが導体板３３に電気的に接続され、ソースが接地される。ＦＥＴ３０１、３０２のゲートには、制御電圧Ｖ１、Ｖ２が各々供給される。
【０１２０】
そして、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をＦＥＴ３０１、３０２の閾値電圧よりも高くするとＦＥＴ２０１、２０２は導通状態となり、導体板３２、３３が接地される。他方、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をＦＥＴ３０１、３０２の閾値電圧よりも低くすると、ＦＥＴ３０１、３０２が非導通状態となり、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となる。
【０１２１】
このように、制御電圧Ｖ１、Ｖ２を調整することにより、ＦＥＴ３０１、３０２の導通が制御されるので、静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１２２】
図１５は、第１実施形態の可変コンデンサ３０に接続されるスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２としてダイオード素子を使用した例を示す。
【０１２３】
図１５に示すように、この例では、ダイオード４０１のアノードが導体板３２に電気的に接続され、カソードが接地される。また、ダイオード４０２のアノードが導体板３３に電気的に接続され、カソードが接地される。ダイオード４０１、４０２のアノードには、制御電圧Ｖ１’、Ｖ２’が各々供給される。
【０１２４】
そして、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をダイオード４０１、４０２のターンオン電圧よりも高くするとダイオード４０１、４０２は導通状態となり、導体板３２、３３が接地される。他方、制御電圧Ｖ１、Ｖ２をダイオード４０１、４０２のターンオン電圧よりも低くすると、ダイオード４０１、４０２が非導通状態となり、導体板３２、３３が電気的浮遊状態となる。
【０１２５】
このように、制御電圧Ｖ１、Ｖ２を調整することにより、ＦＥＴ３０１、３０２の導通が制御されるので、静電容量Ｃを変化させることができる。
【０１２６】
（変形例）
なお、上記実施形態は、本発明の好適な例を示すものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【０１２７】
例えば、第３、第４および第５の実施形態の可変コンデンサ３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの絶縁体層（すなわち、誘電体層）２３の各々を比誘電率の異なる材料で形成してもよい。
【０１２８】
また、第１、第２、第３、第４および第５の実施形態の可変コンデンサ３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄと第１および第６の実施形態の可変インダクタ４０、４０Ａとを適宜に組み合わせて、高周波回路モジュール１００を構成することができる。
【０１２９】
第１実施形態の高周波回路モジュール１００では、可変コンデンサ３０と可変インダクタ４０とを備えているが、それらのうちのいずれか一方を通常のリアクタンス素子（すなわち、固定コンデンサや固定インダクタ）に置換してもよい。その場合にも、出力整合回路２０３のインピーダンスを可逆的に変化させることができるからである。
【０１３０】
また、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１’、ＳＷ２’を実装回路基板に設ける代わりに、同様の機能を持つスイッチ素子を高周波回路モジュール１００に設けることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１実施形態の高周波回路モジュールを示す概略断面図である。
【図２】図１の高周波回路モジュールの可変コンデンサを示す斜視図である。
【図３】図１の高周波回路モジュールの可変インダクタを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の可変コンデンサの動作原理を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は等価回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態の可変インダクタの動作原理を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は等価回路図である。
【図６】図１の高周波回路モジュールの等価回路を示す回路図である。
【図７】図１の高周波回路モジュールの出力整合回路のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図８】図１の高周波回路モジュールの出力整合回路の他のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図９】（ａ）は本発明の第２実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第３実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第４実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第５実施形態の可変コンデンサを示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態の可変インダクタを示す斜視図である。
【図１４】図２の可変コンデンサの応用例を示す断面図である。
【図１５】図２の可変コンデンサの他の応用例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 多層基板
２ 半導体素子チップ
３ 接地用端子
４ 接続用リード
１１ 多層基板の第１積層部
１２ 多層基板の第２積層部
１３ 多層基板の第３積層部
１４ シールド層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 接続用端子
１６ａ、１６ｂ 接続用端子
２１、２２、２３ 絶縁体層
２４、２５、２６ 内部導体層
２７、２８ 外部導体層
２９ ビア孔
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 可変コンデンサ
３１、３２、３３、３４ 導体板
４０、４０Ａ 可変インダクタ
４１ 伝送線路
４２、４３ 導体板
５１、５２、５３ 絶縁体層
６２、６３ 導体板
７１、７２、７３、７４ 導体板
８１、８２、８３、８４、８５ 導体板
９１ 伝送線路
１００ 高周波回路モジュール
２０１ 入力整合回路
２０２ トランジスタ
２０３ 出力整合回路
２０４ インダクタ
２０５ コンデンサ
２０６、２０７ （１／４）波長線路
２０８、２０９、２１１、２１２ コンデンサ
２２１ 入力端子
２２２ 出力端子
３０１、３０２ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
４０１、４０２ ダイオード
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ（ｎ−１） スイッチ素子
ＳＷ１’、ＳＷ２’、ＳＷｎ スイッチ素子
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰｎ、ＣＰ（ｎ＋１） 導体板
ＣＰ１’、ＣＰ２’、ＣＰｎ’ 導体板
ＴＬ 伝送線路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンスを生成する伝送線路と、
前記伝送線路からの距離が各々異なるように配置された、前記伝送線路の接地面として動作可能な複数の第１導体板と、
前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段とを備え、
前記接地面として動作する前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、値の異なる前記インダクタンスが生成される可変インダクタ。
【請求項２】
前記伝送線路が蛇行線路を含んでいる請求項１に記載の可変インダクタ。
【請求項３】
前記伝送線路がスパイラル状線路を含んでいる請求項１に記載の可変インダクタ。
【請求項４】
高周波回路の受動素子として請求項１〜３のいずれかに記載の可変インダクタを多層基板上に備えた高周波回路モジュールであって、
前記多層基板が、
前記可変インダクタの前記伝送線路および複数の前記第１導体板の各々を形成する複数の第１導体層と、
隣接する二つの前記第１導体層の間に各々形成された、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板を配置せしめる複数の第１絶縁体層と
を含んでなる高周波回路モジュール。
【請求項５】
高周波回路の受動素子としてさらに可変コンデンサを備えており、
前記可変コンデンサが、
誘電体層を介して積層された、静電容量を生成する電極対として動作可能な複数の第２導体板と、
前記第２導体板と外部端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第２切替手段とを備えていて、
前記電極対を形成する前記第２導体板の組み合わせを前記第２切替手段によって変更することにより、値の異なる前記静電容量が生成されるものであり、
前記多層基板が、
前記可変コンデンサの前記第２導体板の各々を形成する複数の第２導体層と、
隣接する二つの前記第２導体層の間に各々形成された、前記可変コンデンサの前記誘電体層として各々機能する複数の第２絶縁体層と
をさらに含んでいる請求項４に記載の高周波回路モジュール。
【請求項１】
インダクタンスを生成する伝送線路と、
前記伝送線路からの距離が各々異なるように配置された、前記伝送線路の接地面として動作可能な複数の第１導体板と、
前記第１導体板と接地端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第１切替手段とを備え、
前記接地面として動作する前記第１導体板を前記第１切替手段によって変更することにより、値の異なる前記インダクタンスが生成される可変インダクタ。
【請求項２】
前記伝送線路が蛇行線路を含んでいる請求項１に記載の可変インダクタ。
【請求項３】
前記伝送線路がスパイラル状線路を含んでいる請求項１に記載の可変インダクタ。
【請求項４】
高周波回路の受動素子として請求項１〜３のいずれかに記載の可変インダクタを多層基板上に備えた高周波回路モジュールであって、
前記多層基板が、
前記可変インダクタの前記伝送線路および複数の前記第１導体板の各々を形成する複数の第１導体層と、
隣接する二つの前記第１導体層の間に各々形成された、前記伝送線路からの距離が各々異なるように複数の前記第１導体板を配置せしめる複数の第１絶縁体層と
を含んでなる高周波回路モジュール。
【請求項５】
高周波回路の受動素子としてさらに可変コンデンサを備えており、
前記可変コンデンサが、
誘電体層を介して積層された、静電容量を生成する電極対として動作可能な複数の第２導体板と、
前記第２導体板と外部端子との電気的な接続及び非接続を可逆的に切り替える第２切替手段とを備えていて、
前記電極対を形成する前記第２導体板の組み合わせを前記第２切替手段によって変更することにより、値の異なる前記静電容量が生成されるものであり、
前記多層基板が、
前記可変コンデンサの前記第２導体板の各々を形成する複数の第２導体層と、
隣接する二つの前記第２導体層の間に各々形成された、前記可変コンデンサの前記誘電体層として各々機能する複数の第２絶縁体層と
をさらに含んでいる請求項４に記載の高周波回路モジュール。
【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】
【公開番号】特開２００６−３３２６８３（Ｐ２００６−３３２６８３Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５６３０３（Ｐ２００６−１５６３０３）
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【分割の表示】特願２００１−２５５７５０（Ｐ２００１−２５５７５０）の分割
【原出願日】平成１３年８月２７日（２００１．８．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【分割の表示】特願２００１−２５５７５０（Ｐ２００１−２５５７５０）の分割
【原出願日】平成１３年８月２７日（２００１．８．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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