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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-09
(45)【発行日】2024-05-17
(54)【発明の名称】マイクロ波ＭＥＭＳのための高性能スイッチ
(51)【国際特許分類】
H01H 59/00 20060101AFI20240510BHJP
【ＦＩ】
H01H59/00
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2016253489
(22)【出願日】2016-12-27
(65)【公開番号】P2017120785
(43)【公開日】2017-07-06
【審査請求日】2019-12-24
【審判番号】
【審判請求日】2021-12-22
(31)【優先権主張番号】62/272,280
(32)【優先日】2015-12-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】503019176
【氏名又は名称】シナジー マイクロウェーブ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】Ｓｙｎｅｒｇｙ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】シバン・ケイ・カウル
(72)【発明者】
【氏名】アジャイ・クマール・ポダー
(72)【発明者】
【氏名】スコマル・デイ
(72)【発明者】
【氏名】ウルリッヒ・エル・ローデ
【合議体】
【審判長】小川 恭司
【審判官】久島 弘太郎
【審判官】吉田 昌弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１４２９８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２４５８７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01H 59/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のポートと、前記第１のポートとは異なる１つ又は複数の第２のポートと、
前記第１のポートに接触している第１の端部を有し、前記第１のポートと前記第２のポートとを切替可能に接続できる、前記第１の端部から第２の端部へと延在するカンチレバービームと、
前記カンチレバービームに取り付けられた、機械ばね及び第１の電極と、
前記第１の電極から離間した第２の電極を備えたアクチュエータであって、該第２の電極に印加される電圧によって、前記第１の電極が前記第２の電極に向かって移動するか、または前記第２の電極から遠ざかるものである、第２の電極を備えたアクチュエータと、
を備えてなり、
前記機械ばねは、前記第２のポートに接触している前記カンチレバービームを前記第２のポートから離すように動かす機械的な力を与えるものであり、
前記第１のポートと前記第２のポートと前記カンチレバービームとは、共平面導波路内に形成されている、マイクロ電気機械スイッチ。
【請求項2】
前記スイッチはラテラルスイッチであり、前記機械ばねは前記カンチレバービームを前記アクチュエータの方向に動かす機械的な力を与え、前記機械ばねは静電力によって作動する、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項3】
前記機械ばねは、静電力によって作動し、前記カンチレバービームを動かす機械的な力を与える、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項4】
少なくとも３つの機械ばねを備え、各機械ばねは、前記共平面導波路の平面に対して直交するように上下に前記カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるために前記カンチレバービームに接続され、前記３つの機械ばねはＹ字形構成に配置される、請求項３に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項5】
前記カンチレバービームの撓みは、前記印加される電圧によって少なくとも部分的に決定され、前記アクチュエータは、バイアス線に接続され、前記バイアス線は、チタンタングステンから形成され、二酸化シリコンの層によって前記共平面導波路から分離されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項6】
前記第１のポート、又は前記少なくとも１つの第２のポートは、前記カンチレバービームの前記第２の端部と接触するための機械的ストッパを含み、前記マイクロ電気機械スイッチが開いているとき、前記第２の端部及び前記機械的ストッパは、前記機械ばねと前記共平面導波路の接地との間の距離よりも短い距離にある、請求項１、２及び５のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項7】
少なくとも２つの第２のポートを備え、前記カンチレバービームの前記第１の端部は前記第１のポートと接触しており、前記カンチレバービームの前記第２の端部は前記２つの第２のポートのそれぞれに切替可能に接続可能であり、前記カンチレバービームは少なくとも２つの機械ばねに接続され、各機械ばねは、前記カンチレバービームを前記２つの第２のポートのそれぞれの第２のポートに対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項8】
３つの第１のポート及び少なくとも３つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は、前記第１のポートのうちの対応する第１のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第２のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、前記第２のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項9】
４つの第１のポート及び少なくとも４つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は、前記第１のポートのうちの対応する第１のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第２のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、第２のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項10】
８つの第１のポート及び少なくとも８つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は、前記第１のポートのうちの対応する第１のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第２のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、第２のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項11】
少なくとも１６個の第１のポート及び少なくとも１６個のカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は、前記第１のポートのうちの対応する第１のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第２のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、当該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、前記第２のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与え、前記スイッチは、
面外スイッチ構成の場合に、２６ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも１４ｄＢの反射減衰量と、最大でも１４ｄＢのアイソレーションと、最大でも１．９ｄＢの挿入損失と、
２．５ｍｍ２の総面積と
のうちの少なくとも１つを有するものである、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項12】
前記第２のポートの前記共通接合部は、該共通接合部から径方向に延在する複数のスポークを備え、各スポークは、それぞれのカンチレバービームの前記第２の端部に切替可能に接続可能であり、前記スポークは、隣接する各スポーク対が共通角を形成するように、前記共通接合部を中心に均等に分散する、請求項８～１１のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数のマイクロ電気機械スイッチを備える、スイッチングネットワーク。
【請求項14】
前記スイッチングネットワークは、２０ＧＨｚまでの周波数において動作するように構成される、請求項１３に記載のスイッチングネットワーク。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、無線周波数（ＲＦ）スイッチ、又はより詳細には、信頼性が改善され、スティクションのリスクが低減されたＲＦマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ラテラルスイッチと、スイッチングネットワークにおけるスイッチのための適用例とに関連する。
【0002】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／２７２，２８０号の出願日の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その開示内容を引用することにより、本明細書の一部をなすものとする。
本出願は、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／２７２，２８０号の出願日の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その開示内容を引用することにより、本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【0003】
ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、これまで、送信及び受信の適用例の場合の信号ルーティング、フェーズドアレイアンテナの場合のスイッチトライン（switched-line）移相器、及び最新の通信システムの場合の広帯域同調ネットワーク等の、マイクロ波及びミリメートル波の通信システムにおいて利用されてきた。詳細には、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ（例えば、単極多投スイッチ）及びスイッチングネットワークは、最新の電気通信システムにおいて、特に２Ｇ／３Ｇ／４Ｇの適用例及び高精度計測のために広く使用されている。
【0004】
図１は、基本的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１００の回路図を示す。図１に示されるように、ラテラルスイッチは、共平面導波路１０１と、共平面導波路の第１のポート１１０と第２のポート１２０との間に延在するカンチレバービーム１４０と、カンチレバービームを作動させるための静電アクチュエータ（図示せず）とを備える。アクチュエータは、共平面導波路１０１のカンチレバーと接地線１３０との間にＤＣバイアス電圧を印加するように構成され、それにより、カンチレバービーム１４０の遊端が固定電極１２５の方向に撓む。十分なＤＣバイアスが印加されるとき、カンチレバービーム１４０は、第２のポートの機械的ストッパと接触するほど十分に撓み、結果として、スイッチが閉じる（オン状態）。ＤＣバイアスが下げられるか、又は除去されるとき、ビーム１４０は、その静止状態に戻り（図１に示される）、それにより、スイッチを開く（オフ状態）。
【0005】
ＰＩＮダイオード又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと比べて、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、低い電力消費量、高いアイソレーション、低い挿入損失、高い線形性及び低いコストを提供することがわかっている。
【0006】
ラテラルスイッチ設計の１つの短所は、数回のスイッチングサイクル後に、特に高温のスイッチング条件下で電気機械的な障害を起こしやすいことである。例えば、そのスイッチは、カンチレバービームと、導波路ポートの機械的ストッパとの間に蓄積される静摩擦（又はスティクション（stiction））に起因して、作動しなくなる場合がある。さらに、カンチレバービームのばね定数は多くの場合に、小さすぎてスティクションを克服することができない。ラテラルスイッチ設計の別の欠点は、出力ポートの数が多い場合に、特に約２０ＧＨｚ等の低いマイクロ波周波数において、良好な再現性を有する広帯域性能を達成しないことである。低いマイクロ波周波数では、スイッチの性能に関して面積も大きな役割を果たす。スイッチにおいてアイソレーション及び整合も重要な役割を果たし、アイソレーションの効果は、出力ポートの数が増えるにつれて徐々に劣化する。
【0007】
そのため、ＭＥＭＳスイッチ設計の分野において、これらの短所及び他の短所に対処することが必要とされている。
【発明の概要】
【0008】
本開示の態様は、低いマイクロ波周波数において、改善された再現性（例えば、数百万回程度の切替えでの寿命）を有する改善された広帯域性能を達成するＲＦ ＭＥＭＳラテラルスイッチの改善された設計を提供する。本開示の態様による設計は、小さなチップ面積内で多数のポートを切り替えることができる改善されたＲＦ ＭＥＭＳスイッチを含み、面積は大量生産プロセスにおけるコストに正比例するので、それにより、結果として費用対効果がある。
【0009】
本開示の一態様は、第１のポート（例えば、入力ポート）と、１つ又は複数の第２のポート（例えば、出力ポート）と、カンチレバービームと、カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるためにカンチレバービームに接続される機械ばねとを備えるマイクロ電気機械スイッチを提供する。カンチレバービームは、第１のポート、又は第２のポートのうちの１つの第２のポートと接触している固定端から、第１のポート、又は第２のポートのうちの上記１つの第２のポートの他方に接続可能である遊端まで延在する。第１のポート及び第２のポート並びにカンチレバービームは、共平面導波路内に形成することができる。そのスイッチは、約２０ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約２２ｄＢの反射減衰量、最大でも約３０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．２ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチの総面積は約０．０９ｍｍ２である。
【0010】
そのスイッチは、機械ばねがカンチレバービームを横方向に動かす機械的な力を与えるような、ラテラルスイッチとすることができる。機械ばねは、半三角形状に構成することができる。代替的には、機械ばねは、カンチレバービームを面内及び面外の方向に動かす機械的な力を与えることができる。３つの機械ばねが利用される場合があり、各機械ばねが、カンチレバービームに接続され、カンチレバービームを動かす機械的な力を与える。３つの機械ばねは、Ｙ字形構成に配置することができる。上記の例のいずれにおいても、機械ばねは、静電力によって作動させることができる。
【0011】
そのスイッチは、バイアス電圧を印加するアクチュエータを更に備えることができ、それにより、カンチレバービームの撓みが、印加されるバイアス電圧によって少なくとも部分的に決定される。アクチュエータは、バイアス線に接続することができる。バイアス線は、チタンタングステンから形成することができ、二酸化シリコンの層によって共平面導波路から分離される。
【0012】
第１のポート、又は少なくとも１つの第２のポートは、カンチレバービームの遊端と接触するための機械的ストッパを含むことができ、それによって、マイクロ電気機械スイッチが開いているとき、遊端及び機械的ストッパは、機械ばねと共平面導波路の接地との間の距離より互いに長い距離にある。
【0013】
幾つかの例では、スイッチは少なくとも２つの第２のポートを備えることができる。カンチレバービームの固定端は、第１のポートと接触することができ、カンチレバービームの遊端は、２つの第２のポートのそれぞれに切替可能に接続できるようにすることができる。カンチレバービームは、少なくとも２つの機械ばねに接続することができ、各機械ばねが、カンチレバービームを２つの第２のポートのそれぞれの第２のポートに対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える。そのスイッチは、約２０ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約２５ｄＢの反射減衰量、最大でも約３０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．２ｄＢの挿入損失を示すことができる。
【0014】
他の例では、スイッチは、少なくとも３つの第２のポート、４つの第２のポート、６つの第２のポート、７つの第２のポート、８つの第２のポート、１０個の第２のポート、１１個の第２のポート、１４個の第２のポート又は１６個の第２のポートを備えることができる。そのスイッチは、第２のポートと同じ数のカンチレバービームを備えることができる。各カンチレバービームの固定端は、第２のポートのうちの対応する第２のポートと接触することができ、各カンチレバービームの遊端は、第１のポートの共通接合部に切替可能に接続できるようにすることができる。各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続される。機械ばねは、カンチレバービームを共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与えることができる。
【0015】
３つ以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、ラテラルスイッチ構成の場合に、約２０ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約２６ｄＢの反射減衰量、最大でも約３０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．２２ｄＢの挿入損失を示すことができるか、又は面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約２５ｄＢの反射減衰量、最大でも約２２ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．３５ｄＢの挿入損失を示すことができるかの一方である。スイッチの総面積は約０．４３ｍｍ２とすることができる。
【0016】
４つ以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、ラテラルスイッチ構成の場合に、約２０ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約２０ｄＢの反射減衰量、最大でも約３０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．２６ｄＢの挿入損失を示すことができるか、又は面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１８ｄＢの反射減衰量、最大でも約２０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．４３ｄＢの挿入損失を示すことができるかの一方である。スイッチの総面積は約０．５１ｍｍ２とすることができる。
【0017】
６つ以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１８ｄＢの反射減衰量、最大でも約１７．５ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．７８ｄＢの挿入損失を有することができる。スイッチは約０．５８ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0018】
７つ以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、ラテラルスイッチ構成の場合に、約２０ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１９ｄＢの反射減衰量、最大でも約２０ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．３６ｄＢの挿入損失を示すことができるか、又は面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１９ｄＢの反射減衰量、最大でも約１７．６ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約０．８８ｄＢの挿入損失を示すことができるかの一方である。スイッチは約０．６４ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0019】
８つ以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１５ｄＢの反射減衰量、最大でも約１７ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約１．０ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチは約０．６８ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0020】
１０個以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１４．７ｄＢの反射減衰量、最大でも約１７ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約１．５ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチは約０．８３ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0021】
１１個以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１５ｄＢの反射減衰量、最大でも約１７ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約１．８ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチは約０．９２ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0022】
１４個以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約１２ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１４ｄＢの反射減衰量、最大でも約１４ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約２．２ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチは約１．２ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0023】
１６個以上の第２のポートを備えるスイッチの場合、そのスイッチは、面外スイッチ構成の場合に、約２６ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも約１４ｄＢの反射減衰量、最大でも約１４ｄＢのアイソレーション、及び最大でも約１．９ｄＢの挿入損失を示すことができる。スイッチは約２．５ｍｍ２の総面積を有することができる。
【0024】
上記のスイッチ構成のいずれにおいても、共通接合部は、そこから径方向に延在する複数のスポークを備えることができ、各スポークがそれぞれのカンチレバービームの遊端に切替可能に接続できる。スポークは、隣接する各スポーク対が共通角を形成するように、共通接合部を中心に均等に分散することができる。
【0025】
本開示は更に、本明細書において説明されるような複数のマイクロ電気機械スイッチを有するスイッチングネットワークを提供する。そのスイッチングネットワークは、本明細書において説明されるような複数の単極多投スイッチを含むことができる。そのスイッチングネットワークは、約２０ＧＨｚまで、又は約２６ＧＨｚまでの周波数において動作するように構成することができる。
【0026】
本開示はまた更に、第１の端子及び第２の端子と、第１の端子に接続され、第２の端子の方向に撓むときに第２の端子と接触するように、第２の端子に向かって撓むように構成される可撓性ビームと、ビームに固定された第１の電極及び機械ばねと、第１の電極から離間される第２の電極とを備えるスイッチを提供する。第２の電極に印加される電圧によって、第１の電極は、第２の電極に対して近接又は離反するように動く。第１の電極が第２の電極に近接するように動く場合には、機械ばねは圧縮状態にあり、第１の電極が第２の電極から離反するように動く場合には、静止状態に戻る。幾つかの例では、機械ばねは、ビームを第２の端子に近接するように撓ませる力を与える。他の例では、機械ばねは、ビームを第２の端子から離反するように撓ませる力を与える。また、幾つかの例では、第１の電極及び第２の電極は、第１の端子及び第２の端子の離間より、更に大きく互いに離間される。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】従来技術の単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルスイッチの平面図である。
【図2A】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図2B】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図3A】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図3B】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図3C】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図3D】本開示の態様による、例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ラテラルＲＦ ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図5】本開示の態様による、単極双投（ＳＰＤＴ）ラテラルスイッチの平面図である。
【図7】本開示の態様による、単極３投（ＳＰ３Ｔ）ラテラルスイッチの平面図である。
【図9】本開示の態様による、単極４投（ＳＰ４Ｔ）ラテラルスイッチの平面図である。
【図11】本開示の態様による、単極７投（ＳＰ７Ｔ）ラテラルスイッチの平面図である。
【図13】本開示の態様による、別の例示的な単極単投（ＳＰＳＴ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図15】本開示の態様による、別の例示的な単極３投（ＳＰ３Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図17】本開示の態様による、別の例示的な単極４投（ＳＰ４Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図19】本開示の態様による、別の例示的な単極６投（ＳＰ６Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図21】本開示の態様による、別の例示的な単極７投（ＳＰ７Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図23】本開示の態様による、別の例示的な単極８投（ＳＰ８Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図25】本開示の態様による、別の例示的な単極１０投（ＳＰ１０Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図27】本開示の態様による、別の例示的な単極１１投（ＳＰ１１Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図29】本開示の態様による、別の例示的な単極１４投（ＳＰ１４Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図31】本開示の態様による、別の例示的な単極１６投（ＳＰ１６Ｔ）ＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳラテラルスイッチ２００を示す。ラテラルスイッチ２００は、共平面導波路（ＣＰＷ）２０１と、入力ポート２１０及び出力ポート２２０と、入力ポートと出力ポートとの間のカンチレバービーム２４０とを備える。カンチレバービーム２４０は、第１のポート２１０と接触している固定端を含み、第１のポートから、第２のポート２２０に切替可能に接続できる遊端２４２に向かって延在する。また、機械ばね２５０も含まれ、機械ばね２５０は、入力ポート２１０と出力ポート２２０との間でカンチレバービーム２４０に取り付けられる。図２Ａの例では、機械ばね２５０は、ビームの長さの概ね中央又は中点に取り付けられる。機械ばねは半三角形状を有し、カンチレバービーム２４０と導波路の接地２３０との間に位置決めされる。ばね２５０の機械的な力は、カンチレバービーム２４０の遊端２４２を、スイッチ２００がオフ状態にあり第２のポート２２０と接触しない停止（at-rest）位置に戻るように動かす更なる機械的な力を与える。このようにして、ばねは、スイッチがオフに切り替えられるときに、スイッチがその停止状態に戻される（そして、カンチレバービームが撓んだままにならない）という更なる確実性を与える。
【0029】
ばね２５０の半三角形状が、図２Ｂにおいて更に詳細に示される。ばね２５０は、ビーム２４０に対して平行である基部要素２５２と、ビームから離れるように基部要素から延在する２つのばね要素２５４とを含み、それにより、実質的に三角形を形成する。ばねは、ばね要素２５４が当接する箇所にコンタクト２５６を備える。コンタクトは、基部要素２５２と平行である。したがって、コンタクトは、ＣＰＷ接地２３０とも平行である。
【0030】
機械的な力の大きさは、バイアス電圧が印加されるときに誘発される静電力の効果を考慮に入れながら、スティクションに起因するスイッチの任意の起こり得る障害を克服するように選択される。他のインライン「ＤＣコンタクト」カンチレバースイッチの場合のように、中心線と接地との間の静電作動によって、カンチレバーは、第２のポートの機械的ストッパに向かって横方向に動く。カンチレバーが動くとき、接地線と接触すると、結果としてスイッチの短絡が生じることになるので、機械ばねが接地線と接触することなく、カンチレバーが中心線の第２のポートと接触することが必要である。そのため、本設計の、特に機械ばねの設計制約は、ＤＣバイアスが印加されるときに、機械ばねコンタクト２５６が接地線２３０と接触することなく、カンチレバービームの遊端２４２が機械的ストッパ２２５と接触するように、カンチレバービームの遊端２４２と、第２のポート２００の機械的ストッパ２２５との間の静止距離（図２Ａにおける「ａ」）が、機械ばね２５０のコンタクト２５６とＣＰＷ接地２３０との間の距離（図２Ａにおける「ｂ」）より著しく短くなるようにすべきであるということである。
【0031】
図３Ａ～図３Ｄは、本開示の幾つかの態様による、４つの例示的なＲＦ ＭＥＭＳラテラルスイッチを示す。図３Ａ～図３Ｄの例はそれぞれ、各設計における機械ばねの特性が異なることを除いて、図２Ａ及び図２Ｂの例に類似の設計を示す。例えば、図３Ｃの例の機械ばねは、他の設計より著しく平坦であるのに対して、図３Ａの例の機械ばねは、著しく大きな三角形である。機械ばねの引張力は、設計によって異なる場合もあるが、ばねの幾何学的形状及び引張力は相互に排他的とすることができる。この関連で、図３Ｃの例における機械ばねは、他の設計のばねに比べて、（例えば、多数のスイッチングサイクルにわたって）より大きな安定性又はより長い寿命を示す。
【0032】
各設計によって与えられる様々な性能に基づいて、図３Ａ～図３Ｄの異なるラテラルスイッチ設計を選択することができる。図４Ａ～図４Ｄはそれぞれ、図３Ａ～図３Ｄの例示的な設計それぞれの場合の反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図に示されるように、ＳＰＳＴスイッチのシミュレーションは、約２０ＧＨｚまでの周波数において、約１８ｄＢ～２２ｄＢより良好な反射減衰量、約３０ｄＢのアイソレーション、及び約０．１３ｄＢ～０．２ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0033】
図２及び図３Ａ～図３Ｄのスイッチは、誘電体充電（dielectric charging）に起因する機械的な障害のリスクを低減又は解消し、安定点内で動作することができる。したがって、それらのスイッチは、低温スイッチング及び高温スイッチングの両方の条件下でＲＦ電力処理を改善することができる。さらに、スイッチの静電作動に起因して、スイッチのカンチレバーは、高い剛性を有するように設計することができる。また、カンチレバーは、その小さなサイズ及び短縮されたスイッチング時間に起因して、応力の影響を受けにくくすることもできる。また、スイッチは、平坦性及び応力の影響を受けにくくすることもでき、それにより、全体的な接触力が著しく改善される。影響を受けにくくすることによって、更には、全体的な歩留まりが改善される。
【0034】
図２Ａの例示的な設計は単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチである。しかしながら、単極多投（ＳＰＭＴ）スイッチの設計も同様にして改善することができる。図５は、本開示の態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極双投（ＳＰＤＴ）ラテラルスイッチ５００を示す。ＳＰＤＴスイッチ５００は、入力ポート５１０、第１の出力ポート５２１及び第２の出力ポート５２２を含む共平面導波路５０１と、単一のカンチレバービーム５４０とを備え、カンチレバービーム５４０は、カンチレバービーム５４０の横方向の撓みの方向に応じて、入力ポート５１０を、出力ポート５２１、５２２のうちのいずれか一方と結合するように位置決めされる。２つの機械ばね５５１、５５２が、カンチレバービーム５４０の両側に横向きに取り付けられる。カンチレバービームの遊端５４２は、カンチレバービームが撓む方向に応じて、第１の出力ポート５２１又は第２の出力ポート５２２のいずれかのコンタクトバンプ５２５、５２６（図２Ａに示される機械的ストッパに相当する）と接触するように、いずれかの横方向に撓むことができるように位置決めされる。撓みは、各バイアスパッド５７１、５７２からアクチュエータ５６１、５６２に印加されるバイアス電圧に基づいて決定される。アクチュエータに印加されるバイアス電圧によって、スイッチにおける電極が、アクチュエータに対して近接又は離反するように動き、それにより、カンチレバービームを出力ポートに向かって撓ませるか、又はカンチレバービームが出力ポートから離反するようにカンチレバービームを解放する。所与の時点において、アクチュエータのうちの１つが「オン」になる場合があり、その間、他方は「オフ」である。カンチレバービーム５４０の作動及び解放は、ビームが撓む側にある、機械ばね５５１、５５２によって支援される場合がある。ＳＰＳＴスイッチビーム２４０が運用上、一方向にのみスイッチを開閉するのに対して、ＳＰＤＴスイッチビーム５４０は運用上、２つの反対方向にスイッチを開閉することを除いて、ＳＰＤＴスイッチ５００は、実効的には、図２ＡのＳＰＳＴスイッチ２００と同じように動作する。
【0035】
図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、例えば、図５のＳＰＤＴラテラルスイッチ設計の出力ポート５２１及び５２２の各々について、シミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図に示されるように、ＳＰＤＴスイッチは、約２０ＧＨｚまでの周波数において、約２５ｄＢより良好な反射減衰量、約３０ｄＢ以上の（例えば、別のポートが作動されるときの１つのポートの）アイソレーション、及び約０．２ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0036】
図７は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極３投（ＳＰ３Ｔ）ラテラルスイッチ７００を示す。そのラテラルスイッチの入力ポート７１０は、中央接合部７１２を含む。また、そのスイッチは、中央接合部７１２と接触するように３つの別々のカンチレバービーム７４１、７４２、７４３がそこから延在する３つの出力ポート７２１、７２２、７２３も備える。各カンチレバービームは、別々のアクチュエータによって作動する機械ばねを備える。また、各アクチュエータは、別々のバイアスパッドによってバイアスをかけられるように示される。図５の例の場合と同様に、所与の時点において、アクチュエータのうちの１つがバイアスをかけられる場合があり、それにより、そのアクチュエータに関連付けられるカンチレバービームが撓み、対応する出力ポートと接触する。この例では、入力ポート７１０及びカンチレバービーム７４１、７４２、７４３は中央接合部７１２を中心に均一に分散するが、他の例では、その構成は均一でなくてもよい。
【0037】
図８は、図７の例示的なＳＰ３Ｔラテラルスイッチ設計の出力ポート７２１、７２２、７２３の場合のシミュレートされた平均反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図に示されるように、ＳＰ３Ｔスイッチは、約２０ＧＨｚまでの周波数において、平均して、約２６ｄＢより良好な反射減衰量、約３０ｄＢのアイソレーション、約０．２２ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0038】
図９は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極４投（ＳＰ４Ｔ）ラテラルスイッチ９００を示す。ＳＰ４Ｔスイッチは、スイッチの各出力ポート９２１、９２２、９２３、９２４が、中央接合部９１２上の機械的ストッパと接触するように延在する別々のカンチレバービーム９４１、９４２、９４３、９４４に接続されるという点で、設計に関してＳＰ３Ｔスイッチと類似である。入力ポート９１０及びカンチレバービーム９４１、９４２、９４３、９４４は、中央接合部９１２を中心に均等に分散する。各カンチレバービームは、ビームの撓みを達成するために、自らの機械ばね、アクチュエータ及びバイアス用パッドを有する。
【0039】
図１０は、図９の例示的なＳＰ４Ｔラテラルスイッチ設計の４つの出力ポートの場合のシミュレートされた平均反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図に示されるように、ＳＰ４Ｔスイッチは、約２０ＧＨｚまでの周波数において、約２０ｄＢより良好な反射減衰量、約２６ｄＢのアイソレーション、及び約０．２６ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0040】
図１１は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極７投（ＳＰ７Ｔ）ラテラルスイッチ１１００を示す。ＳＰ７Ｔスイッチ１１００は、スイッチの各出力ポート１１２１～１１２７が、中央接合部１１１２上の機械的ストッパと接触するように延在する別々のカンチレバービーム１１４１～１１４７に接続されるという点で、設計に関してＳＰ３Ｔスイッチ及びＳＰ４Ｔスイッチと類似である。入力ポート１１１０及びカンチレバービーム１１４１～１１４７は、中央接合部１１１２を中心に均等に分散する。各カンチレバービームは、ビームの撓みを達成するために、自らの機械ばね、アクチュエータ及びバイアス用パッドを有する。
【0041】
図１２は、図１１の例示的なＳＰ７Ｔラテラルスイッチ設計の７つのポートの場合のシミュレートされた平均反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図に示されるように、ＳＰ７Ｔスイッチは、約２０ＧＨｚまでの周波数において、約１９ｄＢより良好な反射減衰量、約２０ｄＢのアイソレーション、約０．３６ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0042】
図１３は、本開示の一態様による、別の例示的なＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１３００を示す。図２Ａのラテラルスイッチとは異なり、図１３のスイッチは、共平面導波路１３０１内の第１のポート１３１０を第２のポート１３２０に接続する面外カンチレバービーム１３４０を備える。ビーム１３４０は、ビーム下方に、互いに対してＹ字形構成に配置される３つの機械ばね１３５１、１３５２、１３５３に取り付けられる。ラテラルスイッチを作動させるために、（ポート間に描かれる線に対して）左右に、かつ導波路の平面内で動く図２Ａ及び図２Ｂの単一の機械ばねとは異なり、図１３の機械ばねは、導波路の平面に対して直交するように、上下に動く。ばねがビームを上方に持ち上げるとき、ビームは第２のポート１３２０から切り離され、それにより、スイッチを開く。ばねがビームを下方に動かすとき、ビームは第２のポートに接続され、それにより、スイッチを閉じる。機械ばねの機能は、図１３のばねがカンチレバービームの面外への動きに対応するために異なる方向に動くことを除いて、ラテラルスイッチに関連して説明された機能に相当することができる。
【0043】
図１３の例において、スイッチの作動電圧は、約５８Ｖと約６０Ｖとの間にあり、機械的な共振周波数は約５１ｋＨｚである。スイッチの総面積（バイアス線及びパッドを含む）は約０．０９４ｍｍ２であり、それにより、マイクロ波性能を劣化させることなく、非常にコンパクトなスイッチングネットワークを達成できるようになる。
【0044】
図１３のスイッチの利点は、（１）その小さなサイズ及び高速のスイッチング時間に起因して応力の影響を受けにくいこと、（２）単一コンタクトのカンチレバースイッチであることに起因して平坦性及び応力の影響を受けにくいこと（これは、全体的な接触力を著しく改善することができ、移相器内等の、スイッチを包囲する種々の経路にわたる静電力の分配を著しく改善することができる）、（３）コンタクト障害（例えば、コンタクトが永久に下に張り付いたままになる）又はアクチュエータ障害（例えば、コンタクトが永久に上に張り付いたままになる）に起因するスイッチ障害のリスクが低減されること、（４）応力勾配の影響を受けにくいこと（残留応力の結果として、多くの場合に、同一の構造間であっても先端の撓みの分布が不均等になる。それゆえ、多くの場合、異なるブロックが作動するのに異なる電圧を必要とする。応力を下げることによって、作動するために同じ電圧が必要とされるようにし、それにより、複数のスイッチが作動するデバイスの全体的な歩留まりを上げることができる。）及び（５）スイッチをＣＰＷ線上に容易に配置することができるので、マルチスイッチ構造のコンパクトさが改善されることを含む。更なる利点は、１２ＧＨｚまでの周波数において最大で１４チャネルが動作するような設計の場合の、低コスト（バッチ生産）、低挿入損失、良好な入力／出力整合及び適度なアイソレーション応答を含む。
【0045】
図１４は、図１３の例示的なＳＰＳＴスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図１４に示されるように、ＳＰＳＴスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約３０ｄＢより良好な反射減衰量、約２１ｄＢのアイソレーション、約０．２ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0046】
図１５は、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ ＳＰ３Ｔスイッチ１５００を示す。図１３のＳＰＳＴスイッチと同様に、図１５のＳＰ３Ｔスイッチは、カンチレバービーム及びばねのために面外構成を使用する。そのスイッチは、中央接合部１５１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート１５１０と、３つの出力ポート１５２１、１５２２、１５２３とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる３つのカンチレバービーム１５４１、１５４２、１５４３を備える。また、図１３と同様に、各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部１５１２を中心に均等に分散する。ＳＰ３Ｔスイッチの総面積は約０．４３ｍｍ２である。
【0047】
図１６は、図１５の例示的なＳＰ３Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図１６に示されるように、ＳＰ３Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約２５ｄＢより良好な反射減衰量、約２２ｄＢのアイソレーション、約０．３５ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0048】
図１７は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ ＳＰ４Ｔスイッチ１７００を示す。ＳＰ４Ｔスイッチ１７００は、中央接合部１７１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート１７１０と、４つの出力ポート１７２１、１７２２、１７２３、１７２４とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる４つのカンチレバービーム１７４１、１７４２、１７４３、１７４４を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ４Ｔスイッチの総面積は約０．５１ｍｍ２である。
【0049】
図１８は、図１７の例示的なＳＰ４Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図１８に示されるように、ＳＰ４Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１８ｄＢより良好な反射減衰量、約２０ｄＢのアイソレーション、約０．４３ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0050】
図１９は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極６投（ＳＰ６Ｔ）スイッチ１９００を示す。ＳＰ６Ｔスイッチ１９００は、中央接合部１９１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート１９１０と、６つの出力ポート１９２１～１９２６とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる６つのカンチレバービーム１９４１～１９４６を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ６Ｔスイッチの総面積は約０．５８ｍｍ２である。
【0051】
図２０は、図１９の例示的なＳＰ６Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図２０に示されるように、ＳＰ６Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１８ｄＢより良好な反射減衰量、約１７．５ｄＢのアイソレーション、約０．７８ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0052】
図２１は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極７投（ＳＰ７Ｔ）スイッチ２１００を示す。ＳＰ７Ｔスイッチ２１００は、中央接合部２１１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート２１１０と、７つの出力ポート２１２１～２１２７とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる７つのカンチレバービーム２１４１～２１４７を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ７Ｔスイッチの総面積は約０．６４ｍｍ２である。
【0053】
図２２は、図２１の例示的なＳＰ７Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図２２に示されるように、ＳＰ７Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１９ｄＢより良好な反射減衰量、約１７．６ｄＢのアイソレーション、約０．８８ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0054】
図２３は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極８投（ＳＰ８Ｔ）スイッチ２３００を示す。ＳＰ８Ｔスイッチ２３００は、中央接合部２３１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート２３１０と、１０個の出力ポート２３２１～２３２８とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる１０個のカンチレバービーム２３４１～２３４８を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ８Ｔスイッチの総面積は約０．６８ｍｍ２である。
【0055】
図２４は、図２３の例示的なＳＰ８Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図２４に示されるように、ＳＰ８Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１５ｄＢより良好な反射減衰量、約１７ｄＢのアイソレーション、約１ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0056】
図２５は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極１０投（ＳＰ１０Ｔ）スイッチ２５００を示す。ＳＰ１０Ｔスイッチ２５００は、中央接合部２５１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート２５１０と、１０個の出力ポート２５２１～２５３０とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる１０個のカンチレバービーム２５４１～２５５０を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ１０Ｔスイッチの総面積は約０．８３ｍｍ２である。
【0057】
図２６は、図２５の例示的なＳＰ１０Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図２６に示されるように、ＳＰ１０Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１４．７ｄＢより良好な反射減衰量、約１７ｄＢのアイソレーション、約１．５ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0058】
図２７は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極１１投（ＳＰ１１Ｔ）スイッチ２７００を示す。ＳＰ１１Ｔスイッチ２７００は、中央接合部２７１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート２７１０と、１１個の出力ポート２７２１～２７３１とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる１１個のカンチレバービーム２７４１～２７５１を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ１１Ｔスイッチの総面積は約０．９２ｍｍ２である。
【0059】
図２８は、図２７の例示的なＳＰ１１Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図２８に示されるように、ＳＰ１１Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１５ｄＢより良好な反射減衰量、約１７ｄＢのアイソレーション、約１．８ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0060】
図２９は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極１４投（ＳＰ１４Ｔ）スイッチ２９００を示す。ＳＰ１４Ｔスイッチ２９００は、中央接合部２９１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート２９１０と、１４個の出力ポート２９２１～２９３４とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる１４個のカンチレバービーム２９４１～２９５４を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ１４Ｔスイッチの総面積は約１．２ｍｍ２である。
【0061】
図３０は、図２９の例示的なＳＰ１４Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図３０に示されるように、ＳＰ１４Ｔスイッチは、約１２ＧＨｚまでの周波数において、約１４ｄＢより良好な反射減衰量、約１４ｄＢのアイソレーション、約２．２ｄＢの最悪時挿入損失を示す。
【0062】
図３１は、本開示の一態様による、例示的なＲＦ ＭＥＭＳ単極１６投（ＳＰ１６Ｔ）スイッチ３１００を示す。ＳＰ１６Ｔスイッチ３１００は、中央接合部３１１２を設けるためにスイッチの中心まで延在する入力ポート３１１０と、１６個の出力ポート３１２１～３１５６とを備える。また、そのスイッチは、それぞれがそれぞれの出力ポートから延在し、面外に動くことによって中央接合部に切替可能に接続できる１６個のカンチレバービーム３１４１～３１５６を備える。各ビームはＹ字形構成に配置される３つのばねを備える。入力ポート及びビームは、中央接合部を中心に均等に分散する。ＳＰ１６Ｔスイッチの総面積は約２．５ｍｍ２である（図３１に示されるように、差し渡しで約１．５６ｍｍ、上下に約１．６１ｍｍ）。
【0063】
図３２及び図３３は、図３１の例示的なＳＰ１６Ｔスイッチ設計の場合のシミュレートされた反射減衰量、アイソレーション及び挿入損失を示す。図３２に示されるように、ＳＰ１６Ｔスイッチは、約２６ＧＨｚまでの周波数において、約１４ｄＢより良好な反射減衰量、及び約１．９ｄＢの最悪時挿入損失を示す。図３３は、同様の周波数までの約１４ｄＢのアイソレーションを示す。
【0064】
図２～図１２のラテラルスイッチと比べるときに、図１３～図３３において図示され、説明される構成は、製造プロセスに難題を導入することなく、互いに更に近接してスイッチを並置できるようにする。最終的に、これにより、これらのスイッチを組み込むデバイスの総面積が削減される。図示されるように、面積の削減は、概ね数平方マイクロメートル、更には数平方ミリメートルとすることができる。
【0065】
上記の例示的なスイッチ、特に上記の例示的なＳＰＭＴスイッチを含むスイッチングネットワークの整合及び損失は、スイッチによって引き起こされる寄生誘導効果を低減することによって改善することができる。これらの効果は、隣接するスイッチの中央接合部間で主に生じる。中央接合部長（及びスイッチフットプリント、寄生誘導効果）等のパラメータを、全波シミュレーションを用いて試験することができる。その後、全波シミュレーションの結果を利用して、スイッチパラメータを変更し、それにより、性能を改善又は最適化することができる。
【0066】
上記の例示的なスイッチは、付加的な設計上の検討事項及び制約を特徴付ける。例えば、ＣＰＷ不連続部（例えば、隣接するスイッチ間）が、誘導曲げ（inductive bend）を含む場合がある。これらの曲げの目的は、より高次のモードを排除することである。スイッチのバイアスパッドを、性能に影響を及ぼすことなく、信号漏洩及び他の寄生効果を回避するように配線することもできる。バイアスパッド及びバイアス線自体は、導電性材料（例えば、チタンタングステン）から形成することができ、バイアス線とＣＰＷとの間に、短絡を防ぐように誘電体材料（例えば、二酸化シリコン）の膜又は層を位置決めすることができる。
【0067】
上記の例示的なスイッチの構成の別の有益な特性は、その対称性である（例えば、所与のスイッチの各投間の等しい角度、入力ポート／出力ポートのそれぞれの間の等しい角度）。さらに、各スイッチは（図７のＳＰ３Ｔスイッチを除いて）、入力ポートから中央接合部まで延在する軸に沿って鏡面対称性を有する。上記の例示的なスイッチのこの構成によって、（複数のスイッチを収容する設計において）互いに更に近接してスイッチを配置できるようになる。これは、複数のＭＥＭＳ ＲＦラテラルスイッチを備えるデバイス（例えば、移相器）を、いかなる製造上の難題も生じることなく、よりコンパクトに設計できることを意味する。対称性は、設計のコンパクトさを改善するのに特に有益である。最終的に、現在説明されているスイッチ構成によれば、他の従来のトポロジと比べて、概ね数平方マイクロメートル、更には数平方ミリメートルだけ、これらのスイッチを含むデバイスの総面積を削減できるようになる。
【0068】
上記のＲＦ ＭＥＭＳラテラルスイッチはそれぞれ、少ない損失、大きなアイソレーション及び小さなサイズ（改善されたコンパクトさ）で、広帯域応答を示す。さらに、そのＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、多数のポートを用いて約２０ＧＨｚまでの周波数において動作することができる。それゆえ、これらのスイッチは、衛星スイッチングネットワーク広帯域無線通信等の適用例の場合に有用である。
【0069】
特定の実施形態を参照しながら本明細書において本発明を説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び応用形態を例示するにすぎないことを理解されたい。そのため、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に数多くの変更を加えることができることや、他の構成を考案することができることを理解されたい。
なお、本願の出願当初の開示事項を維持するために、本願の出願当初の請求項１～１５の記載内容を以下に追加する。
（請求項１）
第１のポートと、
１つ又は複数の第２のポートと、
前記第１のポート、又は前記第２のポートのうちの１つの第２のポートと接触している第１の端部を有し、該第１の端部から、前記第１のポート、及び前記第２のポートのうちの前記１つの第２のポートの他方に切替可能に接続できる第２の端部まで延在するカンチレバービームと、
前記カンチレバービームに接続され、該カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるための機械ばねと
を備えてなる、マイクロ電気機械スイッチ。
（請求項２）
前記スイッチはラテラルスイッチであり、前記機械ばねは前記カンチレバービームを横方向に動かす機械的な力を与え、前記機械ばねは静電力によって作動する、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項３）
前記機械ばねは、静電力によって作動し、前記カンチレバービームを面外方向に動かす機械的な力を与える、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項４）
少なくとも３つの機械ばねを備え、各機械ばねは、前記カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるために前記カンチレバービームに接続され、前記３つの機械ばねはＹ字形構成に配置される、請求項１又は３に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項５）
前記第１のポートと前記第２のポートと前記カンチレバービームとは、共平面導波路内に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項６）
バイアス電圧を印加するアクチュエータを更に備え、前記カンチレバービームの撓みは、前記印加されるバイアス電圧によって少なくとも部分的に決定され、前記アクチュエータは、バイアス線に接続され、前記バイアス線は、チタンタングステンから形成され、二酸化シリコンの層によって前記共平面導波路から分離されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項７）
前記第１のポート、又は前記少なくとも１つの第２のポートは、前記カンチレバービームの前記第２の端部と接触するための機械的ストッパを含み、前記マイクロ電気機械スイッチが開いているとき、前記第２の端部及び前記機械的ストッパは、前記機械ばねと前記共平面導波路の接地との間の距離よりも互いに長い距離にある、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項８）
少なくとも２つの第２のポートを備え、前記カンチレバービームの前記第１の端部は前記第１のポートと接触しており、前記カンチレバービームの前記第２の端部は前記２つの第２のポートのそれぞれに切替可能に接続可能であり、前記カンチレバービームは少なくとも２つの機械ばねに接続され、各機械ばねは、前記カンチレバービームを前記２つの第２のポートのそれぞれの第２のポートに対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項９）
３つの第２のポート及び少なくとも３つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートのうちの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、前記第１のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１０）
４つの第２のポート及び少なくとも４つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１１）
８つの第２のポート及び少なくとも８つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートのうちの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１２）
少なくとも１６個の第２のポート及び少なくとも１６個のカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、当該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与え、
前記スイッチは、
面外スイッチ構成の場合に、２６ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも１４ｄＢの反射減衰量と、最大でも１４ｄＢのアイソレーションと、最大でも１．９ｄＢの挿入損失と、
２．５ｍｍ ２ の総面積と
のうちの少なくとも１つを有するものである、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１３）
前記第１のポートの前記共通接合部は、該共通接合部から径方向に延在する複数のスポークを備え、各スポークは、それぞれのカンチレバービームの前記第２の端部に切替可能に接続可能であり、前記スポークは、隣接する各スポーク対が共通角を形成するように、前記共通接合部を中心に均等に分散する、請求項９～１２のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１４）
請求項１～１３のいずれか一項に記載の複数のマイクロ電気機械スイッチを備える、スイッチングネットワーク。
（請求項１５）
前記スイッチングネットワークは、２０ＧＨｚまでの周波数において動作するように構成される、請求項１４に記載のスイッチングネットワーク。
なお、本願の出願当初の開示事項を維持するために、本願の出願当初の請求項１～１５の記載内容を以下に追加する。
（請求項１）
第１のポートと、
１つ又は複数の第２のポートと、
前記第１のポート、又は前記第２のポートのうちの１つの第２のポートと接触している第１の端部を有し、該第１の端部から、前記第１のポート、及び前記第２のポートのうちの前記１つの第２のポートの他方に切替可能に接続できる第２の端部まで延在するカンチレバービームと、
前記カンチレバービームに接続され、該カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるための機械ばねと
を備えてなる、マイクロ電気機械スイッチ。
（請求項２）
前記スイッチはラテラルスイッチであり、前記機械ばねは前記カンチレバービームを横方向に動かす機械的な力を与え、前記機械ばねは静電力によって作動する、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項３）
前記機械ばねは、静電力によって作動し、前記カンチレバービームを面外方向に動かす機械的な力を与える、請求項１に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項４）
少なくとも３つの機械ばねを備え、各機械ばねは、前記カンチレバービームを動かす機械的な力を与えるために前記カンチレバービームに接続され、前記３つの機械ばねはＹ字形構成に配置される、請求項１又は３に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項５）
前記第１のポートと前記第２のポートと前記カンチレバービームとは、共平面導波路内に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項６）
バイアス電圧を印加するアクチュエータを更に備え、前記カンチレバービームの撓みは、前記印加されるバイアス電圧によって少なくとも部分的に決定され、前記アクチュエータは、バイアス線に接続され、前記バイアス線は、チタンタングステンから形成され、二酸化シリコンの層によって前記共平面導波路から分離されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項７）
前記第１のポート、又は前記少なくとも１つの第２のポートは、前記カンチレバービームの前記第２の端部と接触するための機械的ストッパを含み、前記マイクロ電気機械スイッチが開いているとき、前記第２の端部及び前記機械的ストッパは、前記機械ばねと前記共平面導波路の接地との間の距離よりも互いに長い距離にある、請求項１～６のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項８）
少なくとも２つの第２のポートを備え、前記カンチレバービームの前記第１の端部は前記第１のポートと接触しており、前記カンチレバービームの前記第２の端部は前記２つの第２のポートのそれぞれに切替可能に接続可能であり、前記カンチレバービームは少なくとも２つの機械ばねに接続され、各機械ばねは、前記カンチレバービームを前記２つの第２のポートのそれぞれの第２のポートに対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項９）
３つの第２のポート及び少なくとも３つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートのうちの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを、前記第１のポートの前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１０）
４つの第２のポート及び少なくとも４つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１１）
８つの第２のポート及び少なくとも８つのカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートのうちの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与える、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１２）
少なくとも１６個の第２のポート及び少なくとも１６個のカンチレバービームを備え、各カンチレバービームの第１の端部は前記第２のポートの対応する第２のポートと接触しており、各カンチレバービームの第２の端部は、前記第１のポートの共通接合部に切替可能に接続可能であり、各カンチレバービームは、それぞれの機械ばねに接続され、該機械ばねは、当該機械ばねに接続される前記カンチレバービームを前記共通接合部に対して近接又は離反するように動かす機械的な力を与え、
前記スイッチは、
面外スイッチ構成の場合に、２６ＧＨｚまでの１つ又は複数の周波数において、最大でも１４ｄＢの反射減衰量と、最大でも１４ｄＢのアイソレーションと、最大でも１．９ｄＢの挿入損失と、
２．５ｍｍ ２ の総面積と
のうちの少なくとも１つを有するものである、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１３）
前記第１のポートの前記共通接合部は、該共通接合部から径方向に延在する複数のスポークを備え、各スポークは、それぞれのカンチレバービームの前記第２の端部に切替可能に接続可能であり、前記スポークは、隣接する各スポーク対が共通角を形成するように、前記共通接合部を中心に均等に分散する、請求項９～１２のいずれか一項に記載のマイクロ電気機械スイッチ。
（請求項１４）
請求項１～１３のいずれか一項に記載の複数のマイクロ電気機械スイッチを備える、スイッチングネットワーク。
（請求項１５）
前記スイッチングネットワークは、２０ＧＨｚまでの周波数において動作するように構成される、請求項１４に記載のスイッチングネットワーク。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【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20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】