(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材に設けられた、曲部を有しかつ同一平面内に所定の間隔を隔てて電磁気的に相互に結合した複数の導体線路と、
前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを備え、
前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、前記導体線路はそれ自身が環形状もしくは他の導体線路と複合して環形状をなしており、前記環形状の中心に向けて順次、他の環形状の導体線路が設けられており、それぞれの開放端が同一平面内で異なる位置に配設されており、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開放端にそれぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこと、
を特徴とするリアクタンス素子。
【請求項２】
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材に設けられた、曲部を有しかつ電極の膜厚の方向に媒質を介して電磁気的に相互に結合した複数の導体線路と、
前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを備え、
前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、前記導体線路はそれ自身が環形状もしくは他の導体線路と複合して環形状をなしており、前記環形状と同形状の導体線路が前記導体線路に誘電体を介して積層されており、それぞれの開放端が積層方向で異なる位置に配設されており、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開放端にそれぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこと、
を特徴とするリアクタンス素子。
【請求項３】
前記入力電極及び出力電極を接続した導体線路が、複数の導体線路の最外側に配置された導体線路であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリアクタンス素子。
【請求項４】
前記導体線路の切断部を、隣接する導体線路相互間で１８０度異なる位置に配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項５】
前記導体線路の縁端部に、該縁端部に沿って少なくとも１本の間隙を設け、前記縁端部の導体パターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項６】
複数の線状導体を間隙を有して配設して前記導体線路を構成し、前記線状導体の導体パターン幅及び前記間隙の幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項７】
前記導体線路を薄膜誘電体を介して積み重ね、最上層の前記導体線路を残して、残りの前記導体線路の膜厚及び前記薄膜誘電体の膜厚を表皮深さ以下の寸法に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項８】
前記導体線路が全て同一形状パターンであることを特徴とする請求項７に記載のリアクタンス素子。
【請求項９】
同一平面内の隣接する前記導体線路の間の空隙に誘電体材料を充填したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項１０】
前記導体線路の少なくとも一つが超伝導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のリアクタンス素子。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のリアクタンス素子の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴とする回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアクタンス素子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯やミリ波帯の通信装置で用いられるリアクタンス素子としては、例えばスパイラル状の導体線路を誘電体基板上に設けたものが知られている。このリアクタンス素子は、直線状の導体線路を有したリアクタンス素子と比較して小型化できるという特長がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のリアクタンス素子は、導体線路がスパイラル状であるため、導体線路の内側に位置している導体線路端部と誘電体基板の縁部に設けた入出力電極との電気的接続は、エアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要があった。また、導体線路がスパイラル状である場合、隣接する線路相互の位相関係が一義的に決まってしまうため、位相関係を制御できなかった。また、リアクタンス値を大きくしようとすると、例えばストリップ導体を長くする必要があり、リアクタンス値のアップはリアクタンス素子の大型化を招くという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、入出力電極と導体線路との電気的接続構造が簡素で、大きなリアクタンス値を有した小型のリアクタンス素子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係るリアクタンス素子は、
（ａ）絶縁性部材と、
（ｂ）前記絶縁性部材に設けられた、曲部を有しかつ同一平面内に所定の間隔を隔てて電磁気的に相互に結合した複数の導体線路と、
（ｃ）前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを備え、
（ｄ）前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、前記導体線路はそれ自身が環形状もしくは他の導体線路と複合して環形状をなしており、前記環形状の中心に向けて順次、他の環形状の導体線路が設けられており、それぞれの開放端が同一平面内で異なる位置に配設されており、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開放端にそれぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこと、
を特徴とする。
また、本発明に係るリアクタンス素子は、
（ｅ）絶縁性部材と、
（ｆ）前記絶縁性部材に設けられた、曲部を有しかつ電極の膜厚の方向に媒質を介して電磁気的に相互に結合した複数の導体線路と、
（ｇ）前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを備え、
（ｈ）前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、前記導体線路はそれ自身が環形状もしくは他の導体線路と複合して環形状をなしており、前記環形状と同形状の導体線路が前記導体線路に誘電体を介して積層されており、それぞれの開放端が積層方向で異なる位置に配設されており、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開放端にそれぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこと、
を特徴とする。
より具体的には、導体線路の切断部を、隣接する導体線路相互間で、例えば１８０度又は９０度異なる位置に配設する。
【０００６】
以上の構成により、電気エネルギーが蓄積される領域と磁気エネルギーが蓄積される領域とが絶縁性部材に分散され、電界、磁界分布の片寄りが少なくなる。従って、導体線路内を流れる電流の密度が一様化される。言い換えると、導体線路の長手方向の電流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線群に変形される。このように、電流分布が均一化するため、縁端効果及び表皮効果による導体損失が低減される。これにより、リアクタンス素子のリアクタンス値が増大する。
【０００７】
そして、複数の導体線路の最外側に配置された導体線路に入力電極及び出力電極を接続することにより、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要がなくなり、入出力電極と導体線路との接続構造が簡素化される。
【０００８】
また、本発明に係るリアクタンス素子は、導体線路の縁端部に、該縁端部に沿って少なくとも１本の間隙を設け、前記縁端部の導体パターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする。あるいは、複数の線状導体を間隙を有して配設して導体線路を構成し、前記線状導体の導体パターン幅及び前記間隙の幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成により、導体線路を流れる電流が、ほぼ表皮深さ寸法のパターン幅を有する導体に分流することになる。従って、縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失が更に低減される。
【００１０】
また、本発明に係るリアクタンス素子は、導体線路を薄膜誘電体を介して積み重ね、最上層の前記導体線路を残して、残りの前記導体線路の膜厚及び前記薄膜誘電体の膜厚を表皮深さ以下の寸法に設定したことを特徴とする。ここに、導体線路は全て同一形状パターンであってもよい。
【００１１】
以上の構成により、電流は、積み重ねられた複数の導体線路に分流することになる。従って、導体線路の膜厚方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失が更に低減される。
【００１２】
また、同一平面内の隣接する前記導体線路の間の空隙に誘電体材料を充填することにより、誘電体材料の誘電率に応じて導体線路の間隔寸法を変更でき、リアクタンス素子の設計の自由度が大きくなる。
【００１３】
さらに、導体線路の各部において電流集中が緩和されるため、パターン幅の細い（断面積の小さい）導体線路であっても、電流密度を超伝導状態を保つために必要とされる臨界電流密度以下にできる。従って、超伝導体からなる導体線路は、超伝導状態を容易に保つことが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明に係る回路モジュールは、前述の特徴を有するリアクタンス素子を備えることより、挿入損失が低減され、かつ、小型化が図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリアクタンス素子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュールの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
［原理、図１〜図５］
リアクタンス素子を複数の導体線路にて構成することによってリアクタンス素子の導体損失を低減させることができることを、図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２は、それぞれ一つ及び二つの導体線路にて一つのリアクタンス素子を構成した場合の、リアクタンス素子の電磁界分布図である。
【００１７】
図１に示すように、導体線路１は、切断部Ｃを有した略環形状のものである。線路１の開放端部１ａ，１ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。その長さはλ／２（λ：リアクタンス素子の自己共振周波数の波長）である。この導体線路１内を電流ｉが例えば矢印で示す方向に流れると、線路１の開放端部１ａ，１ｂの近傍には、電気エネルギーが集中して蓄積され、磁気エネルギーは少ししか蓄積されない。従って、開放端部１ａ，１ｂ間に最大電位差が得られる。一方、線路１内を電流ｉが流れることによって、アンペールの法則により磁界Ｈが線路１の周囲に発生し、線路１の中央部１ｃの近傍には、磁気エネルギーが集中して蓄積され、電気エネルギーは少ししか蓄積されない。従って、一つの導体線路１にて構成されたリアクタンス素子Ｒ１は、電気エネルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集中して蓄積される領域とが分離されて偏在している。
【００１８】
このリアクタンス素子Ｒ１は、導体線路１の長手方向の電流分布が正弦曲線であり、線路１の開放端部１ａ，１ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部１ｃでその振幅が最大（腹）となる。つまり、中央部１ｃで電流密度が最大となり、縁端効果による導体損失が著しく大きくなる。なお、図１及び図２においては、電流ｉの矢印の長さで電流密度の疎密を表示している。すなわち、矢印が短かければ電流密度が低く、矢印が長ければ電流密度が高い。また、磁界ＨのＺ成分の方向記号の径の大きさで磁界強度の強弱を表示している。すなわち、方向記号の径が小さければ磁界強度が弱く、方向記号の径が大きければ磁界強度が強い。
【００１９】
これに対して、次に、図２に示すように、二つの導体線路２，３にて構成したリアクタンス素子Ｒ２について説明する。導体線路２，３はそれぞれ切断部Ｃを有した略環形状のものである。線路３は、線路２の内側に所定の間隔を有して並設されると共に、線路３の切断部Ｃが線路２の切断Ｃに対して１８０度異なる位置に配設されている。外側に配設されている線路２の開放端部２ａ，２ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。隣接する線路２，３内をそれぞれ流れる電流ｉの方向は、同一方向である。
【００２０】
線路２，３内をそれぞれ電流ｉが例えば矢印で示す方向に流れると、線路２，３の開放端部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの近傍には電気エネルギーが集中して蓄積され、中央部２ｃ，３ｃ近傍には磁気エネルギーが集中して蓄積される。つまり、二つの導体線路２，３にて構成されたリアクタンス素子Ｒ２は、電気エネルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集中して蓄積される領域とが隣接配置され、分散されている。これにより、磁界分布の片寄りが少なくなり、リアクタンス素子Ｒ２の実効インダクタンス（リアクタンス）を増大させることができる。
【００２１】
言い換えると、導体線路２，３は、それぞれ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開放端部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部２ｃ，３ｃでその振幅が最大（腹）となる。ところが、線路２の開放端部２ａ，２ｂと線路３の中央部３ｃとが隣接配置されているため、両者間で相互誘導が生じる。同様に、線路２の中央部２ｃと線路３の開放端部３ａ，３ｂも隣接配置されているので、両者間で相互誘導が生じる。これにより、互いの電流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線群に変形する。この結果、導体線路２，３内を流れる電流ｉの密度が一様化され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を低減することができる。
【００２２】
次に、リアクタンス素子を複数の導体線路にて構成することによって、実効インダクタンス（リアクタンス）を増加させることができることを平面回路シミュレーション解析に基づいて説明する。
【００２３】
図３の（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ解析に用いたリアクタンス素子の代表例を示す。図３（Ａ）に示したリアクタンス素子Ｒ３は、一辺が１０００μｍの矩形のスパイラル形状の導体線路４を備えたものである。線路４のパターン幅は２０μｍ、隣接する線路の間隔は２０μｍ、全長は３３２０μｍに設定した。線路４の両端部にはそれぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。図示されていないが、出力端子ＯＵＴは、エアブリッジ構造を採用することにより、線路４上を跨いでいる。
【００２４】
図３（Ｂ）に示したリアクタンス素子Ｒ４は、切断部Ｃを有した矩形の略環形状の導体線路５，６を備えたものである。線路６は、線路５の内側に所定の間隔を有して並設されると共に、線路６の切断部Ｃを線路５の切断部Ｃに対して１８０度異なる位置に配設している。線路５，６のパターン幅は２０μｍ、線路５，６の間隔は２０μｍ、線路５の一辺は１０００μｍ、切断部Ｃの間隙寸法は２０μｍに設定した。外側に配設されている線路５の両開放端部５ａ，５ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。
【００２５】
図３（Ｃ）に示したリアクタンス素子Ｒ５は、切断部Ｃを有した矩形の略環形状の導体線路７，８，９を備えたものである。線路７，８，９の順で内側に所定の間隔を有して並設されると共に、隣接する線路７〜９の切断部Ｃが相互に１８０度異なる位置に配置されている。線路７〜９のパターン幅は２０μｍ、線路７〜９の間隔は２０μｍ、線路７の一辺は１０００μｍ、切断部Ｃの間隙寸法は２０μｍに設定した。外側に配設されている線路７の両開放端部７ａ，７ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。以下、同様にして、導体線路を内側に順に追加配置して、導体線路を四つ、五つ、六つ備えたリアクタンス素子Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８とした。
【００２６】
ここで、リアクタンス素子Ｒ３〜Ｒ８の等価回路を、図４にて表示された回路とした。この等価回路に、透過係数Ｓ２１及び反射係数Ｓ１１をフィッティングして、回路定数Ｌ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ３を算出した。表１はリアクタンス素子Ｒ３〜Ｒ８のシミュレーション解析結果を示すものである。リアクタンス素子Ｒ４〜Ｒ８において、導体線路の数を多くすると、Ｌ，Ｒ，Ｃ２，Ｃ３は殆ど変化しないが、Ｃ１は大きくなる傾向を示す。
【００２７】
【表１】
0003680573.tif 000002
【００２８】
さらに、図４に示した等価回路の直列接続要素Ｌ，Ｒ，Ｃ１を、図５に示すような実効インダクタンスＬ’に置き換えると、以下の式が得られる。
0003680573.tif 000003
但し、Ｌ’＝Ｌ／（１−ω2ＬＣ１）
【００２９】
例えば、導体線路数が６個のリアクタンス素子Ｒ８の場合、Ｌ＝３．５６１９ｎＨ、Ｃ１＝０．０２７６ｐＦである。従って、実効インダクタンス（リアクタンス）Ｌ’は、以下のように計算される。
【００３０】
（１）５ＧＨｚのとき、
Ｌ’＝Ｌ／（１−ω2ＬＣ１）＝Ｌ／（１−０．０９７）＝１．１０７Ｌ＞Ｌ
（２）１０ＧＨｚのとき、
Ｌ’＝Ｌ／（１−ω2ＬＣ１）＝Ｌ／（１−０．３８８）＝１．６３５Ｌ＞Ｌ
【００３１】
計算結果より、実効インダクタンス（リアクタンス）Ｌ’は大きくなることがわかる。
【００３２】
また、リアクタンス素子Ｒ４〜Ｒ８の自己共振周波数（基本モード）は、それぞれ７．５ＧＨｚ、７．１ＧＨｚ、７．０ＧＨｚ、６．８ＧＨｚ、６．８ＧＨｚである。この結果、リアクタンス素子を構成する導体線路の数を増加させることにより、リアクタンス素子の自己共振周波数が低周波化され、リアクタンス素子の小型化（小面積化）を図ることができる。
【００３３】
［第１実施形態、図６〜図１７］
図６に示すように、リアクタンス素子Ｒ９は、絶縁性基板２１と、この絶縁性基板２１の上面に設けた四つの導体線路２２，２３，２４，２５と、絶縁性基板２１の下面及び外周端部に設けたグランド導体２６と、絶縁性基板２１の端部に設けた入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴとで構成されている。絶縁性基板２１の材料としては、誘電体や絶縁体等が用いられる。
【００３４】
導体線路２２〜２５は、それぞれ直角に折れ曲がった曲部を有し、その両端部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは開放端部とされている。線路２２の両開放端部２２ａ，２２ｂにはそれぞれ入力端子ＩＮ，出力端子ＯＵＴが接続されている。線路２２と２３は互いに１８０度回転対称の位置関係にあり、線路２２の開放端部２２ａ，２２ｂは、それぞれ線路２３の開放端部２３ａ，２３ｂに近接している。線路２２，２３の内側には、所定の間隙Ｄを有して線路２４，２５が並設されている。線路２４，２５は互いに１８０度回転対称の位置関係にあり、線路２４の開放端部２４ａ，２４ｂは、それぞれ線路２５の開放端部２５ａ，２５ｂに近接している。そして、開放端部２４ａ，２５ａは線路２２の中央部２２ｃの近傍に配置され、開放端部２４ｂ，２５ｂは、線路２３の中央部２３ｃの近傍に配置されている。同様に、線路２２，２３の開放端部２２ａ，２３ａは線路２４の中央部２４ｃの近傍に配置され、開放端部２２ｂ，２３ｂは線路２５の中央部２５ｃの近傍に配置されている。こうして線路２２〜２５は絶縁性基板２１の上面で相互誘導及び容量結合している。
【００３５】
これら導体線路２２〜２５、グランド導体２６及び入出力端子ＩＮ，ＯＵＴは、絶縁性基板２１の表面にＡｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ等の導電性材料を印刷やスパッタリング、蒸着等の手法により膜状に形成した後、周知のフォトリソグラフィの技術（レジスト膜塗布、露光、レジスト膜現像、導電性材料エッチング、レジスト膜剥離）等を用いて形成される。
【００３６】
入力端子ＩＮから高周波信号が供給されると、電流は隣接する線路２２〜２５内をそれぞれ同一方向に流れる。線路２２〜２５内をそれぞれ電流が流れると、線路２２，２３，２４，２５の開放端部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂの近傍には電気エネルギーが集中して蓄積され、中央部２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ近傍には磁気エネルギーが集中して蓄積される。つまり、四つの導体線路２２〜２５にて構成されたリアクタンス素子Ｒ９は、電気エネルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集中して蓄積される領域とが隣接配置され、分散されている。これにより、電界、磁界分布の片寄りが少なくなり、リアクタンス素子Ｒ９の実効インダクタンス（リアクタンス）を増大させ、Ｑ値を向上させることができる。
【００３７】
言い換えると、導体線路２２〜２５は、それぞれ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開放端部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃでその振幅が最大（腹）となる。ところが、線路２２，２３の開放端部２２ａ，２３ａと線路２４の中央部２４ｃとが隣接配置されているため、両者間で相互誘導が生じる。同様に、線路２４，２５の開放端部２４ａ，２５ａと線路２２の中央部２２ｃとが隣接配置され、線路２２，２３の開放端部２２ｂ，２３ｂと線路２５の中央部２５ｃとが隣接配置され、線路２４，２５の開放端部２４ｂ，２５ｂと線路２３の中央部２３ｃとが隣接配置されているので、それぞれの両者間で相互誘導が生じる。これにより、互いの電流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線群に変形する。この結果、導体線路２２〜２５内を流れる電流の密度が一様化され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を低減することができる。これにより、リアクタンス素子Ｒ９のリアクタンス値を増大させることができる。
【００３８】
さらに、入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴは、導体線路２２〜２５の最外側に配置されている導体線路２２の開放端部２２ａ，２２ｂに接続されているので、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要がなく、入出力端子ＩＮ，ＯＵＴと導体線路２２との接続構造を簡素化することができる。
【００３９】
また、導体線路２２〜２５は、通常、それぞれ図７（Ａ）に示すように、一つの導体パターンである。ところで、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波帯で用いられるリアクタンス素子Ｒ９の場合、図７（Ａ）に示したような導体パターンの導体線路２２〜２５では、縁端効果により、縁端部に電流が集中する傾向にある。そこで、図７（Ｂ）に示すように、縁端部での電流集中を緩和させるために、線路２２〜２５のそれぞれの両縁端部に、該縁端部に沿って２本の間隙３１を設け、縁端部の導体パターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ寸法に設定するようにしてもよい。これにより、導体線路２２〜２５の縁端部に細い導体パターンが構成され、細い導体パターンと主たる導体パターンに電流が分流することになる。この結果、電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に低減することができる。
【００４０】
さらに、図７（Ｂ）では、線路２２〜２５の縁端部に設けた間隙３１と、線路２２〜２５相互の間隙Ｄとに誘電体材料３３を充填して線路２２〜２５相互間の結合容量を大きくしている。これにより、誘電体材料３３の誘電率に応じて線路２２〜２５相互の間隙Ｄの寸法を変更でき、リアクタンス素子Ｒ９の設計の自由度が大きくなる。
【００４１】
また、リアクタンス素子Ｒ９は、前記パターンを有する導体線路２２〜２５にて構成されるものの他に、図８〜図１７にそれぞれ示したパターンを有する導体線路にて構成されるものであってもよい。図８は、四つの導体線路４１〜４４にて構成されたものである。線路４１〜４４の切断部Ｃは、隣接する線路４１〜４４相互間で９０度異なる位置に配設されている。図９及び図１０は、それぞれ四角形の角部に切断部Ｃを有する略環形状の導体線路４５〜４８、４９〜５２にて構成されたものである。図９では、切断部Ｃが、隣接する線路４５〜４８相互間で９０度異なる位置に配設されている。図１０では、切断部Ｃが、隣接する線路４９〜５２相互間で１８０度異なる位置に配設されている。
【００４２】
図１１は、導体線路５３〜５６にて構成されたものである。導体線路５３〜５６の間隙には誘電体材料３３が充填されている。図１２は、両端が開放された導体線路５７，５８，５９ａ，５９ｂ及び無端導体線路６０にて構成されたものである。線路５７〜６０の間隙には誘電体材料３３が充填されている。図１３は、二つのコ字形の導体線路６１，６２にて構成されたものである。図１４は、図１３に示した線路６１，６２の内側に、さらに導体線路６３を配置したものである。線路６１〜６３の相互の間隙には誘電体材料３３が充填されている。図１５は、四つの略円環形状の導体線路６４〜６７にて構成されたものである。線路６４〜６７の切断部Ｃは、隣接する線路６４〜６７相互間で１８０度異なる位置に配設されている。図１６は、導体線路６８〜７１のそれぞれの中央部のパターン幅を、開放端部のパターン幅より広くすることにより、電流密度が最大となる中央部のパターン断面積を大きくして、さらに導体損失を低減させている。
【００４３】
図１７は、一定のパターン幅Ｗを有する１０本の略環形状の導体線路７２〜８１を一定の間隙幅Ｄ１を保って、点線８２で囲んだ領域に並設したものである。線路７２〜８１の切断部Ｃは、隣接する線路７２〜８１相互間で１８０度異なる位置に配設されている。線路７２〜８１のパターン幅Ｗ及び間隙幅Ｄ１は、表皮深さ寸法程度に設定されている。これにより、線路７２〜８１に電流が分流し、電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に低減することができる。
【００４４】
［第２実施形態、図１８〜図２５］
第２実施形態は、絶縁性基板上に導体線路と誘電体とを積み重ねた構造のリアクタンス素子について説明する。
【００４５】
図１８に示すように、絶縁性基板１０１の上面にコ字形状の導体線路１０２を設け、下面及び外周端部にグランド導体１０６を設ける。線路１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂは開放端部とされている。さらに、図１９及び図２０に示すように、線路１０２の上に誘電体１０４を介して、線路１０２と同形の導体線路１０３を、線路１０２に対して１８０度回転した状態で積層する。導体線路１０３の両開放端部１０３ａ，１０３ｂには、それぞれ出力端子ＯＵＴ及び入力端子ＩＮが接続される。
【００４６】
線路１０２の開放端部１０２ａと１０２ｂの間には、線路１０３の中央部１０３ｃが配置されている。同様に、線路１０３の開放端部１０３ａと１０３ｂの間には、線路１０２の中央部１０２ｃが配置されている。開放端部１０２ａと１０２ｂは、開放端部１０３ａと１０３ｂに対して１８０度異なる位置に配設されている。
【００４７】
こうして、得られたリアクタンス素子Ｒ１０の線路１０２，１０３は、誘電体１０４を介してその膜厚方向に相互誘導及び容量結合している。入力端子ＩＮから高周波信号が供給されると、電流は隣接する線路１０２，１０３内をそれぞれ同一方向に流れる。線路１０２内を電流が流れると、線路１０２の開放端部１０２ａ，１０２ｂの近傍及び開放端部１０２ａ，１０２ｂで挟まれた部分には、電気エネルギーが集中して蓄積され、中央部１０２ｃ近傍には磁気エネルギーが集中して蓄積される。同様に、線路１０３内を電流が流れると、線路１０３の開放端部１０３ａ，１０３ｂの近傍及び開放端部１０３ａと１０３ｂで挟まれた部分には、電気エネルギーが集中して蓄積され、中央部１０３ｃ近傍には磁気エネルギーが集中して蓄積される。つまり、二つの導体線路１０２、１０３にて構成されたリアクタンス素子Ｒ１０は、電気エネルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集中される領域とが隣接配置され、分散されている。これにより、電界、磁界分布の片寄りが少なくなり、リアクタンス素子Ｒ１０の実効インダクタンス（リアクタンス）を増大させ、Ｑ値を向上させることができる。
【００４８】
言い換えると、導体線路１０２，１０３は、それぞれ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開放端部１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部１０２ｃ，１０３ｃでその振幅が最大（腹）となる。ところが、線路１０２の開放端部１０２ａ，１０２ｂと線路１０３の中央部１０３ｃとが隣接配置されているため、両者間で相互誘導が生じる。同様に、線路１０２の中央部１０２ｃと線路１０３の開放端部１０３ａ，１０３ｂも隣接配置されているので、両者間で相互誘導が生じる。これにより、互いの電流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線に変形する。この結果、導体線路１０２，１０３内を流れる電流の密度が一様化され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を低減することができる。
【００４９】
さらに、入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴは、それぞれ導体線路１０３の開放端部１０３ｂ及び１０３ａに接続されており、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要がなく、入出力端子ＩＮ，ＯＵＴと導体線路１０３との接続構造を簡素化することができる。
【００５０】
また、図２１に示すように、導体線路１０２，１０３のそれぞれの両縁端部に、該縁端部に沿って３本の間隙１１１を設け、縁端部の導体パターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ以下の寸法に設定するようにしてもよい。これにより、線路１０２，１０３の縁端部に細い導体パターンが構成され、細い導体パターンと主たる導体パターンに電流が分流することになる。この結果、電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に低減することができる。
【００５１】
さらに、リアクタンス素子Ｒ１０は、前記二つの導体線路１０２，１０３にて構成されるものの他に、図２２〜図２５に示された導体線路にて構成されるものであってもよい。図２２は、導体線路１１２ａ，１１２ｂ及び導体線路１１３ａ，１１３ｂを、それぞれ誘電体１０４を介して交互に積み重ね、多層構造（図２２の場合は４層構造）の線路１０２，１０３としたものである。このとき、最上層の線路１１３ｂ以外の線路１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａの膜厚ｔ１と誘電体１０４の膜厚ｔ２を表皮深さ以下の寸法に設定する。こうして、線路１０２，１０３を多層化することにより、電流は線路１１２ａ，１１２ｂ及び線路１１３ａ，１１３ｂに分流することになる。従って、線路１０２，１０３の膜厚方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に低減することができる。
【００５２】
図２３は、切断部Ｃを有した四角形の略環状導体線路１１５（（Ａ）参照）の上に、誘電体を介して線路１１５と同形の導体線路１１６（（Ｂ）及び（Ｃ）参照）を積層して構成したものである。図２３（Ｂ）は、切断部Ｃが、隣接する線路１１５，１１６相互間で９０度異なる位置に配設されている場合である。図２３（Ｃ）は、切断部Ｃが、隣接する線路１１５，１１６相互間で１８０度異なる位置に配設されている場合である。なお、図２３において、導体線路１１５，１１６の切断部Ｃは四角形の角部に形成されていてもよいし、また、導体線路１１５，１１６の形状は切断部Ｃを有した略円形の環であってもよい。
【００５３】
また、図２４及び図２５に示したリアクタンス素子Ｒ１１は、図６に示したリアクタンス素子Ｒ９において、導体線路１２２ａ，１２２ｂ及び導体線路１２４ａ，１２４ｂを、それぞれ誘電体１２４を介して積み重ね、多層構造（図２５の場合は２層構造）の線路２２，２３，２４，２５としたものである。線路１２２ａ，１２２ｂは相互に同一形状パターンであり、線路１２４ａ，１２４ｂも相互に同一形状パターンである。このとき、最上層の線路１２２ｂ，１２４ｂ以外の線路１２２ａ，１２４ａの膜厚ｔ１と誘電体１２４の膜厚ｔ２を表皮深さ以下の寸法に設定する。こうして、導体線路２２〜２５を多層化することにより、電流は、線路１２２ａ〜１２４ｂに分流することになる。従って、線路２２〜２５の膜厚方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に低減することができる。
【００５４】
［第３実施形態、図２６］
図２６は、本発明に係る回路モジュールの一実施形態を示すものである。回路モジュール１３１は、回路基板１３２（回路パターンは図示せず）の上面に、一つのリアクタンス素子１３３と２個のＩＣ１３４，１３５とを搭載したものである。ここに、リアクタンス素子１３３として、前記第１及び第２実施形態のリアクタンス素子Ｒ２，Ｒ３〜Ｒ１１を使用することができる。これらのリアクタンス素子Ｒ２，Ｒ３〜Ｒ１１を実装することにより、実装構造が簡素でかつ小型化を図ることができる回路モジュール１３１を実現することができる。
【００５５】
［他の実施形態］
なお、本発明に係るリアクタンス素子及びそのリアクタンス素子を用いた回路モジュールは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００５６】
前記実施形態では、切断部Ｃを、隣接する導体線路相互間で９０度あるいは１８０度異なる位置に配設しているが、必ずしもこれに限るものではなく、切断部Ｃは任意の角度の異なる位置に配設することができる。
【００５７】
さらに、導体線路の少なくとも一つを超伝導体で構成してもよい。本発明においては、線路の各部において電流集中が緩和されるので、パターン幅の細い（断面積の小さい）線路であっても、電流密度を超伝導状態を保つために必要とされる臨界電流密度以下にでき、超伝導体からなる導体線路を超伝導状態に容易に保つことができる。超伝導体には、イットリウム系やビスマス系等の高温超伝導体を用いるのが好ましい。
【００５８】
また、本発明に係る導体線路は、マイクロストリップラインの他に、周知のコプレーナガイド、スロットガイド、平面誘電体線路（特開平８−２６５００７号公報参照）、サスペンデッドストリップ、フィンライン、ストリップライン、非対称ストリップライン、トリプレートライン、並行ストリップライン等を含むものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、絶縁性部材と、それぞれ両端が開放端の複数の導体線路とでリアクタンス素子を構成し、各導体線路の開放端を互いに異なる位置に配設したので、電気エネルギーが蓄積される領域と磁気エネルギーが蓄積される領域とが絶縁性部材に分散され、電界、磁界分布の片寄りが少なくなる。従って、導体線路内を流れる電流の密度が一様化され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を低減することができる。これにより、リアクタンス素子のリアクタンス値を増大させることができる。さらに、リアクタンス素子を複数の導体線路にて構成することで、リアクタンス素子の自己共振周波数を低下させることができ、リアクタンス素子の小型化を図ることができる。
【００６０】
また、複数の導体線路の最外側に配置された導体線路に入力電極及び出力電極を接続することにより、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要がなくなり、入出力電極と導体線路との接続構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明するための電流と磁界分布図。
【図２】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明するための電流と磁界分布図。
【図３】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明するためのもので、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる導体線路を備えたリアクタンス素子の平面図。
【図４】図３に示した各リアクタンス素子の電気等価回路図。
【図５】図３に示した各リアクタンス素子のさらに別の電気等価回路図。
【図６】本発明に係るリアクタンス素子の第１実施形態を示す斜視図。
【図７】（Ａ）は図６に示したリアクタンス素子の導体線路の拡大縦断面図、（Ｂ）は別の導体線路の拡大縦断面図。
【図８】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図９】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１０】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１１】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１２】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１３】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１４】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１５】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１６】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１７】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図１８】本発明に係るリアクタンス素子の第２実施形態を示す斜視図。
【図１９】図１８に続く製造手順を示す斜視図。
【図２０】図１９に示したリアクタンス素子の導体線路の拡大縦断面図。
【図２１】図１９に示したリアクタンス素子の別の導体線路の拡大縦断面図。
【図２２】図１９に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の拡大縦断面図。
【図２３】図１９に示したリアクタンス素子のさらに別の導体線路の平面図。
【図２４】本発明に係るリアクタンス素子のさらに別の実施形態を示す斜視図。
【図２５】図２４に示したリアクタンス素子の導体線路の拡大縦断面図。
【図２６】本発明に係る回路モジュールの一実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
２，３…導体線路
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ…開放端部
５〜９…導体線路
２１…絶縁性基板
２２〜２５…導体線路
２２ａ〜２５ｂ…開放端部
２６…グランド導体
３１…間隙
３３…誘電体材料
４１〜８１…導体線路
１０１…絶縁性基板
１０２，１０３…導体線路
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ…開放端部
１０４…誘電体
１０６…グランド導体
１１１…間隙
１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ…導体線路
１１５，１１６…導体線路
１２２ａ〜１２５ｂ…導体線路
１３１…回路モジュール
１３２…絶縁性基板
１３３…リアクタンス素子
１３４，１３５…ＩＣ
Ｒ２，Ｒ４〜Ｒ１１…リアクタンス素子
Ｃ…切断部
Ｄ…間隙
Ｗ…パターン幅
Ｄ１…間隙幅
ｔ１…導体線路の膜厚
ｔ２…誘電体の膜厚
ＩＮ…入力端子
ＯＵＴ…出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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