(57)【要約】      （修正有）【課題】発振回路及びメタマテリアル共振器を含むデバイスを提供する。【解決手段】デバイスは、所与の周波数において電気信号を出力する同調発振回路であって、デバイスに与えられる入力と、発振回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの一つに少なくとも部分的に基づいて、発振器を所与の周波数に同調させることができる同調回路を備えた同調発振回路と、同調発振回路に動作可能に接続され、所与の周波数においてデバイスの品質係数を高めるメタマテリアル共振器３１０、３２０とを備える。【選択図】図３Ａ．３Ｂ
2019024207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する同調発振回路であって、前記デバイスに与え
られる入力と、前記発振回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの一つに少な
くとも部分的に基づいて、発振器を前記所与の周波数に同調させることができる同調回路
を備えた同調発振回路と、
前記同調発振回路に動作可能に接続され、前記所与の周波数において前記デバイスの品
質係数を高めるメタマテリアル共振器と
を備えたデバイス。
【請求項２】
前記メタマテリアル共振器は、基板又は回路基板に相補回路として設けられる、請求項
１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する第１の同心スプリットリング要素及び第２
の同心スプリットリング要素であって、各同心スプリットリング要素は略環状であり、該
スプリットリング共振器の中心から環状部を通過するように径方向に延びる切れ目を有し
、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は、前記第２のスプリットリング要素の切れ
目とは反対方向に延びている、第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリッ
トリング要素と、
前記スプリットリング要素に接続される第１のポート及び第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１のポート及び前記第２のポートは、前記第１のスプリットリング要素と同一平
面をなし、かつ前記第１のスプリットリング要素にエッジ結合される、請求項３に記載の
デバイス。
【請求項５】
前記第１のポート及び前記第２のポートの各々は前記メタマテリアル共振器にブロード
サイド結合され、
前記第１のポートは、前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリン
グ要素に平行な第１の平面に沿って位置し、
前記第２のポートは、前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリン
グ要素に平行な第２の平面に沿って位置し、
前記第１の平面及び前記第２の平面は、前記スプリットリング要素の平面を挟んで互い
に反対方向に延びている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリング要素はいずれも同じ
形状であり、前記形状は、円と正方形と楕円形と長方形とからなる群から選択されるもの
である、請求項３に記載のデバイス。
【請求項７】
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する同心スプリットリング要素の第１の対であ
って、各同心スプリットリング要素は前記スプリットリング共振器内の一点から径方向外
向きに延びる切れ目を有し、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は、前記第２のス
プリットリング要素の切れ目とは反対方向に延びている、同心スプリットリング要素の第
１の対と、
前記共振器を二等分する軸に関して前記同心スプリットリング要素の第１の対と線対称
をなす同心スプリットリング要素の第２の対と、
前記スプリットリング要素の第１の対に結合される第１のポートと、
前記スプリットリング要素の第２の対に結合される第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する同心スプリットリング要素の第１の対であ
って、各同心スプリットリング要素は略環状であり、前記スプリットリング共振器内の一
点から径方向外向きに延びる切れ目を有する、同心スプリットリング要素の第１の対と、
前記共振器を二等分する軸に関して前記同心スプリットリング要素の第１の対と線対称
をなす同心スプリットリング要素の第２の対と、
前記第１の対及び前記第２の対における内側スプリットリング要素を結合する第１の接
続ラインと、
前記第１の対及び前記第２の対における外側スプリットリング要素を結合する第２の接
続ラインと、
前記第１の接続ラインに結合される第１のポートと、
前記第２の接続ラインに結合される第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記スプリットリング要素の各々の下にある接地面と、前記接地面上のエッチング除去
部とを更に備えた請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記メタマテリアル共振器は、約２０ＧＨｚ以下の少なくとも一つの共振周波数を有す
る、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスにおける前記発振回路の位相雑音は、１０ＭＨｚのオフセットにおいて約
−１３５ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
メビウスストリップ共振器であって、該メビウスストリップ共振器によって構成される
閉路がそれ自体にマッピングされ、かつ連続しているトポロジを有するメビウスストリッ
プ共振器と、
メタマテリアルスプリットリング共振器と
を備えた共振回路。
【請求項１３】
前記メタマテリアルスプリットリング共振器は、基板又は回路基板に相補回路として設
けられる、請求項１２に記載の共振回路。
【請求項１４】
前記メビウスストリップ共振器は、
螺旋形に配置される略平面の導電性ストリップであって、該導電性ストリップは内端及
び外端を有し、前記螺旋形の中心点の周りに２回転以上延びている、略平面の導電性スト
リップと、
前記第１の端部に結合される第１のビアと、
前記第２の端部に結合される第２のビアと、
前記第１のビアと前記第２のビアとの間にある導電性接続部であって、それにより前記
導電性ストリップの前記第１の端部及び前記第２の端部を接続してメビウスストリップを
形成する、導電性接続部と
を備える、請求項１２に記載の共振器。
【請求項１５】
前記メビウスストリップ共振器は、
平行な第１の平面及び第２の平面上にそれぞれ配置される第１の略環状の導電性要素及
び第２の略環状の導電性要素であって、各略環状の導電性要素は第１の端部及び第２の端
部を形成する第１の切れ目を有する、第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電
性要素と、
前記第１の平面と前記第２の平面との間を横切って延び、前記第１の略環状の導電性要
素の前記第１の端部を前記第２の略環状の導電性要素の前記第２の端部に接続する第１の
ビアと、
前記第１の平面と前記第２の平面との間を横切って延び、前記第１の略環状の導電性要
素の前記第２の端部を前記第２の略環状の導電性要素の前記第１の端部に接続する第２の
ビアであって、それにより前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性
要素を接続してメビウスストリップを形成する、第２のビアと
を備える、請求項１２に記載の共振回路。
【請求項１６】
前記第１の略環状の導電性要素は前記第１の切れ目の場所において第１のポートにエッ
ジ結合され、前記第１の切れ目から円周方向に１８０度の場所において第２のポートにエ
ッジ結合される、請求項１５に記載の共振回路。
【請求項１７】
前記第１の略環状の導電性要素は前記第１の切れ目から円周方向に９０度の場所におい
て第１のポートにブロードサイド結合され、前記第１の切れ目から円周方向に−９０度の
場所において第２のポートにブロードサイド結合される、請求項１５に記載の共振回路。
【請求項１８】
前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性要素はそれぞれ第２の切
れ目を含み、各第２の切れ目は、前記略環状の導電性要素の中心点から径方向外向きに延
在し、前記略環状の導電性要素の外周に沿って、前記第１の切れ目から約９０度だけ離れ
て位置し、前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性要素のそれぞれ
の前記第２の切れ目は、それぞれの中心点から反対方向に延びる、請求項１５に記載の共
振回路。
【請求項１９】
前記第１の略環状の導電性要素は前記第２の切れ目の場所において第１のポートにブロ
ードサイド結合され、前記第１の切れ目から円周方向に１８０度にあり、前記第２の切れ
目から円周方向に９０度にある場所において第２のポートにブロードサイド結合される、
請求項１８に記載の共振回路。
【請求項２０】
約８ＧＨｚ以下の少なくとも一つの共振周波数を有する請求項１２に記載の共振回路。
【請求項２１】
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する発振器回路であって、前記所与の周波数は、
前記デバイスに与えられる入力と、前記発振器回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性
とのうちの１つに少なくとも部分的に基づくものである、発振器回路と、
請求項１２に記載の共振回路と
を備えたデバイス。
【請求項２２】
前記共振回路を少なくとも部分的に覆い、前記デバイスによって生成される高次のモー
ドを抑制する１以上の環状共振要素を更に備えた請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記デバイスにおける前記発振器回路の位相雑音は、１０ＭＨｚのオフセットにおいて
約−１７５ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
基板一体型導波路であって、
第１の平面金属層と、
前記第１の層に対して平行な第２の平面金属層と、
前記第１の平面金属層と前記第２の平面金属層との間を横切るように延び、前記第１
の平面金属層及び前記第２の平面金属層を互いに接続する複数のめっきされたビアと
を備えた基板一体型導波路と、
第１のポートと、
前記基板一体型導波路及び前記第１のポートに動作可能に結合されるメタマテリアル共
振器と
を備える共振回路であって、
前記メタマテリアル共振器は略円形のリングを更に備え、該リングは、前記第１のポー
トと位置合わせされる第１の軸に沿って前記リングの両側にある第１の切れ目及び第２の
切れ目を有し、該切れ目はそれぞれ前記円形リングの切断端を形成し、該リングの各切断
端は、共通の方向に、かつ前記第１の軸と平行に延びる、共振回路。
【請求項２５】
前記メタマテリアル共振器は、略平面のスプリットリング共振器を構成する第１の同心
スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素を備え、各同心スプリットリ
ング要素は前記スプリットリング共振器の中心から径方向に延びる切れ目を有し、前記第
１のスプリットリング要素の切れ目は前記第２のスプリットリング要素の切れ目と反対方
向に延び、前記スプリットリング要素は第１のポート及び第２のポートに結合される、請
求項２４に記載の共振回路。
【請求項２６】
前記第１の同心及び前記第２の同心は、略平面の相補スプリットリング共振器を構成す
る、請求項２５に記載の共振回路。
【請求項２７】
前記共振回路は、共振回路の反対側にある第２のポートを更に備え、前記メタマテリア
ル共振器の前記第１の切れ目及び前記第２の切れ目はそれぞれ、前記共振回路の前記第１
の軸に沿って前記第１のポート及び前記第２のポートと位置合わせされる、請求項２４に
記載の共振回路。
【請求項２８】
前記リングの各切断端は前記第１のポートに向かう方向に延びる、請求項２４に記載の
共振回路。
【請求項２９】
前記共振回路は約２５ＧＨｚ以下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成さ
れる、請求項２４に記載の共振回路。
【請求項３０】
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する発振器回路であって、前記所与の周波数は、
前記デバイスに与えられる入力と、前記発振器回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性
とのうちの１つに少なくとも部分的に基づくものである、発振器回路と、
請求項２４に記載の共振回路と
を備えたデバイス。
【請求項３１】
前記共振回路の前記メタマテリアル共振器に結合される１以上のバラクタダイオードを
備えた請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記デバイスの前記発振器回路の位相雑音は、例えば、１ＭＨｚオフセットにおいて約
１１５．２ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項３０に記載の共振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、メタマテリアル共振器に関し、例えば平面マイクロ波伝送構造におけるその
ような共振器の応用に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年４月７日に出願された米国仮特許出願第６１／９７６，１８５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】
メタマテリアルは、自然界では見られない特性であって、その構成物質だけでは必ずし
も備えているとは限らない特性を有するように変化させた人工的な材料である。この意味
において、メタマテリアルは、ナノからバルクまでの任意の規模における、複数の個別の
要素か、単位セルか、又はセルアレイの集合体とすることができる。
【０００４】
メタマテリアルは、広い帯域幅にわたって０未満の実効比透磁率及び実効比誘電率をと
もに示し、以下のうちの１つを有する。すなわち、各単位セルが入射磁界又は電界のうち
の１以上によって定まる磁気双極子モーメント及び電気双極子モーメントを有する、複数
の単位セル又はセルアレイの２次元又は３次元配列と、入射磁界及び電界を１以上のデバ
イスに結合するための結合機構とのうちの１つを有する。結合機構は、スプリットリング
と、ロッド又はワイヤによって結合される一対の平行板とのうちのいずれか又は両方を有
していてもよい。
【０００５】
幾つかの人工的複合材料は、負の値の誘電率（ε＜０）及び負の値の透磁率（μ＜０）
をともに示す。これらの材料は以下の特性、すなわち、人工的な均質構造と、負の誘電率
（−ε）及び負の透磁率（−μ）と、電磁波の左手系三要素（left-handed triad）を構
成する電界、磁界及び波数ベクトルであって、後進波伝搬、逆平行（anti-parallel）の
群速度及び位相速度を有する電界、磁界及び波数ベクトルと、スネルの法則に反する現象
（負の屈折率）と、ドップラ効果に反する現象と、バビロフ・チェレンコフ効果の逆の現
象と、回折限界の破壊とを示す場合がある。
【０００６】
人工的複合材料の特性は、ホストとなる材料の特性、埋込材料の特性、断片の体積、動
作周波数及び／又は複合材料の形態（例えば、ホスト構造及び／又はゲスト構造の寸法、
形状）の一部に依存し得る。したがって、埋込構造の形態の挙動を制御することが、人工
的複合メタマテリアルの特性（誘電率、透磁率、屈折率）の変化を制御する１つの方法を
提供する。
【０００７】
人工的メタマテリアル共振器の設計の１つの鍵は、相対的に均一な分布を有し、それに
より、強い磁気モーメントを生成するループを形成する、電流を誘導する幾何学的形態を
選択することである。用いられる１つのタイプの形態は、スプリットリング共振器（又は
分割リング共振器）（split-ring resonator, ＳＲＲ）である。ＳＲＲは、リング軸に沿
って磁界が偏向するという条件で、その共振周波数付近のある狭帯域内で信号伝搬を抑制
できるサブ波長共振器である。ＳＲＲは、適切に組まれた場合に、ある狭帯域内の信号伝
搬を抑制するために磁界により外部から制御することができるＬＣ共振タンクとしてモデ
ル化することができる。ＳＲＲを有する所与の媒質の１以上の特定の共振周波数は、(ａ
）リングの切込み（スプリット）又は「切れ目」の幅、（ｂ）リング幅、（ｃ）同心リン
グ間の距離、（ｄ）基板の誘電率、(ｅ）基板の厚さ、及び（ｆ）ＳＲＲの向きを含む、
複数の要因の組合せによって定まり得る。他の要因としては、ＳＲＲのリングの数（例え
ば、１、２、４等）及び各リングの切込み（スプリット）又は切れ目の数（例えば、１、
２、４等）を含めることができる。切込み（スプリット）の幅、リング幅、同心リング間
の距離、各リング内の切込み又は切れ目の数といった要因は通常、共振周波数に正比例す
る一方で、基板の誘電率、基板の厚さといった要因は通常、共振周波数に反比例する。
【０００８】
同調（tunable）メタマテリアルリング共振器を薄膜の上に形成できることが知られて
いる。しかし、そのような同調共振器は一般に、自らの媒体としての役割を果たすが、例
えば、別のデバイス（例えば、電圧制御発振器）を有する回路基板上の相補回路（comple
mentary circuit）としての役割を果たさない。さらに、既知のＳＲＲは一般に、ＳＲＲ
リング構造の形状及びサイズの物理的制約に起因して、ＴＨｚ単位の周波数において共振
するように構成される。したがって、回路基板上の相補回路としてＳＲＲ構造を実装する
ために、性能を向上させるための物理的パラメータを用いる構造を備えたＳＲＲセル及び
／又はＳＲＲアレイの提供が求められる。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の一態様は、発振回路及びメタマテリアル共振器を含むデバイスを提供する。発
振又は同調回路は、デバイスに与えられる入力と、回路の能動部品内の内部雑音又は非線
形性とのうちの１つに少なくとも部分的に基づいて、所与の周波数において電気信号を出
力する。メタマテリアル共振器は、発振回路に動作可能に結合することができ、所与の周
波数においてデバイスの品質係数を高めるように構成することができる。
【００１０】
幾つかの例では、メタマテリアル共振器は、略平面のスプリットリング共振器を形成す
る第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素を含むことがで
きる。各同心スプリットリング要素は略環状とすることができ、スプリットリング共振器
の中心から環形を通って径方向に延在する切れ目を有し、第１のスプリットリング要素の
切れ目は第２のスプリットリング要素の切れ目と反対方向に延在する。また、共振器は、
スプリットリング要素に結合される第１のポート及び第２のポートを含むこともできる。
ポートは第１のスプリットリング要素と同一平面をなし、この第１のスプリング要素にエ
ッジ結合することができる。代替的には、ポートは、メタマテリアル共振器にブロードサ
イド結合することができ、第１のポートは第１のスプリットリング要素及び第２のスプリ
ットリング要素に対して平行な第１の平面に沿って位置し、第２のポートは第１のスプリ
ットリング要素及び第２のスプリットリング要素に対して平行な第２の平面に沿って位置
し、第１の平面及び第２の平面は、スプリットリング要素の平面を挟んで（transversely
away from）反対方向に離間して延在する。
【００１１】
幾つかの例では、共振器は、第１の対及び第２の対の同心スプリットリング要素を含む
ことができ、それぞれ略平面のスプリットリング共振器を形成し、各同心スプリットリン
グ要素はスプリットリング共振器内の一点から径方向外向きに延在する切れ目を含み、第
１のスプリットリング要素の切れ目は、第２のスプリットリング要素の切れ目と反対方向
に延在し、各要素対は、共振器を二等分する軸に対して互いに線対称をなす。スプリット
リング対はそれぞれ第１のポート及び第２のポートに結合することができる。
【００１２】
幾つかの例では、共振器は、略平面のスプリットリング共振器を形成する第１の対の同
心スプリットリング要素を含むことができ、各同心スプリットリング要素は略環状とする
ことができ、スプリットリング共振器内の一点から径方向外向きに延在する切れ目を有し
、第２の対の同心スプリットリング要素が、共振器を二等分する軸に対して第１の対の同
心スプリットリング要素対と線対称をなし、第１の接続ラインが第１の対及び第２の対の
内側スプリットリング要素を結合し、第２の接続ラインが第１の対及び第２の対の外側ス
プリットリング要素を結合し、第１のポートが第１の接続ラインに結合され、第２のポー
トが第２の接続ラインに結合される。共振器は、スプリットリング要素のそれぞれの下に
ある接地面と、接地面上のエッチング除去部（etch-out）とを更に備えることができる。
【００１３】
第１のスプリットリング要素及び第２のスプリットリング要素はいずれも、同じ形状（
例えば、円、正方形、楕円形及び長方形）とすることができる。共振器は、約２０ＧＨｚ
以下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成することができ、及び／又はデバ
イスの発振回路の位相雑音は１０ＭＨｚのオフセットにおいて約−１３５ｄＢｃ／Ｈｚ以
上とすることができる。
【００１４】
本開示の別の態様は、メビウスストリップ共振器であって、このメビウスストリップ共
振器によって形成される閉路がそれ自体にマッピング（map）され、かつ連続しているト
ポロジを有する、メビウスストリップ共振器と、メタマテリアルスプリットリング共振器
とを備える共振回路を提供する。メタマテリアルスプリットリング共振器は、メビウスス
トリップ共振器に動作可能に結合することができる。幾つかの点において、メビウススト
リップ共振器の導電性ストリップが１つ又は複数の切れ目を含むことができ、それにより
、メビウスストリップ共振器自体をメタマテリアルスプリットリング共振器にすることも
できる。共振回路は、約８ＧＨｚ以下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成
することができる。
【００１５】
幾つかの例では、メビウスストリップ共振器は、螺旋形に配置される略平面の導電性ス
トリップを含むことができ、導電性ストリップは、内端及び外端を有し、螺旋形の中心点
の周りを２回転以上するように延在する。また、共振器は、第１の端部に結合される第１
のビアと、第２の端部に結合される第２のビアと、第１のビアと第２のビアとの間の導電
性接続とを含むこともでき、それにより、導電性ストリップの第１の端部及び第２の端部
を接続してメビウスストリップを形成する。
【００１６】
幾つかの例では、メビウスストリップ共振器は、平行な第１の平面及び第２の平面上に
配置される第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電性要素を含むことができ、
各略環状の導電性要素は、それぞれの第１の端部及び第２の端部を画定するそれぞれの第
１の切れ目を有する。また、共振器は、第１の平面と第２の平面との間を横切るように延
在し、第１の略環状の導電性要素の第１の端部を第２の略環状の導電性要素の第２の端部
に接続する第１のビアと、第１の平面と第２の平面との間を横切るように延在し、第１の
略環状の導電性要素の第２の端部を第２の略環状の導電性要素の第１の端部に接続する第
２のビアとを含むこともでき、それにより、第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状
の導電性要素を接続してメビウスストリップを形成する。第１の略環状の導電性要素は、
第１の切れ目の場所において第１のポートにエッジ結合することができ、第１の切れ目か
ら円周方向に１８０度にある場所において第２のポートにエッジ結合することができる。
又は、第１の略環状の導電性要素は第１の切れ目から円周方向に９０度の場所において第
１のポートにブロードサイド結合することができ、第１の切れ目から円周方向に−９０度
の場所において第２のポートにブロードサイド結合することができる。
【００１７】
幾つかの例では、第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電性要素はそれぞれ
第２の切れ目を含むことができ、各第２の切れ目は、略環状の導電性要素の中心点から径
方向外向きに延在し、略環状の導電性要素の外周に沿って、第１の切れ目から約９０度だ
け離間して位置する。第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電性要素のそれぞ
れの第２の切れ目は、それぞれの中心点から逆方向に延在することができる。第１の略環
状の導電性要素は、第２の切れ目の場所において第１のポートに、例えば、ブロードサイ
ド結合することができ、第１の切れ目から円周方向に１８０度、第２の切れ目から円周方
向に９０度の場所において第２のポートにブロードサイド結合することができる。
【００１８】
本開示の更に別の態様は、所与の周波数において電気信号を出力するように構成される
発振器回路であって、所与の周波数は、デバイスに与えられる入力、及び発振器回路の能
動部品内の内部雑音又は非線形性のうちの１つに少なくとも部分的に基づく、発振器回路
と、上記のメビウス／メタマテリアル共振回路のいずれかとを含むデバイスを提供する。
共振回路自体は、共振回路を少なくとも部分的に覆い、デバイスによって生成されるより
高次のモードを抑制するように構成される１つ又は複数の環状共振要素を含むことができ
る。デバイスの発振器回路の位相雑音は、１０ＭＨｚのオフセットにおいて、例えば、約
１７５ｄＢｃ／Ｈｚ以上とすることができる。
【００１９】
本開示の更に別の態様は、第１の平面金属層と、第１の層に対して平行な第２の平面金
属層と、第１の平面金属層と第２の平面金属層との間を横切るように延在し、第１の平面
金属層及び第２の平面金属層を互いに接続する複数のめっきされたビアとを備える基板一
体型導波路を有する共振回路を提供する。共振回路は、基板一体型導波路に動作可能に結
合されるメタマテリアル共振器を更に備えることができる。共振回路は、約２５ＧＨｚ以
下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成することができる。
【００２０】
幾つかの例では、メタマテリアル共振器は、略平面のスプリットリング共振器を形成す
る第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素を含むことがで
きる。各同心スプリットリング要素は、スプリットリング共振器の中心から径方向に延在
する切れ目を有することができる。第１のスプリットリング要素の切れ目は、第２のスプ
リットリング要素の切れ目と反対方向に延在することができる。スプリットリング要素は
、第１のポート及び第２のポートに結合することができる。第１の同心リング要素及び第
２の同心リング要素は、略平面の相補スプリットリング共振器を形成することができる。
【００２１】
幾つかの例では、メタマテリアル共振器は、第１のポート及び第２のポートに結合する
ことができ、リングの両側に第１の切れ目及び第２の切れ目を有する単一の略円形のリン
グを含むことができる。第１の切れ目及び第２の切れ目はそれぞれ、共振回路の第１の軸
に沿って第１のポート及び第２のポートと位置合わせすることができ、切れ目はそれぞれ
、円形リングの切断端を画定する。リングの各切断端は、第１の軸と平行に、かつ第１の
ポートに向かう方向に延在することができる。他の例では、メタマテリアル共振器は、単
一のポートに結合することができ、リングの各切断端は単一のポートに向かう方向に延在
することができる。
【００２２】
本開示の更なる態様は、発振器回路と、上記の共振回路のうちの１つとを含むデバイス
を提供する。そのデバイスは、メタマテリアル共振器に結合される１つ又は複数のバラク
タダイオードを含むことができる。デバイスの発振器回路の位相雑音は、１ＭＨｚオフセ
ットにおいて、例えば、約１１５．２ｄＢｃ／Ｈｚ以上とすることができる。
【００２３】
上記の例のうちの幾つかにおいて、例示的なメタマテリアル共振器は、基板又は回路基
板（例えば、プリント回路基板）上に相補回路として実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ．１Ｂ】図１Ａ及び１Ｂは、本開示の一態様によるメタマテリアル共振器の斜視図である。
【図１Ｃ．１Ｄ】図１Ｃ及び１Ｄは、本開示の一態様によるメタマテリアル共振器の斜視図である。
【図１Ｅ．１Ｆ】図１Ｅ及び１Ｆは、本開示の一態様によるメタマテリアル共振器の斜視図である。
【図２Ａ．２Ｂ】図２Ａ及び２Ｂはそれぞれ、図１Ａ及び１Ｂのメタマテリアル共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図２Ｃ．２Ｄ】図２Ｃ及び２Ｄはそれぞれ、図１Ｃ及び１Ｄのメタマテリアル共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図２Ｅ．２Ｆ】図２Ｅ及び２Ｆはそれぞれ、図１Ｅ及び１Ｆのメタマテリアル共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図３Ａ．３Ｂ】図３Ａ及び３Ｂは、本開示の一態様による、メタマテリアル共振器を有する電圧制御発振器の平面図である。
【図３Ｃ．３Ｄ】図３Ｃ及び３Ｄは、本開示の一態様による、メタマテリアル共振器を有する電圧制御発振器の平面図である。
【図４Ａ．４Ｂ】図４Ａ及び４Ｂはそれぞれ、図３Ａ及び図３Ｂの電圧制御発振器の位相雑音特性を表すグラフである。
【図４Ｃ．４Ｄ】図４Ｃ及び４Ｄはそれぞれ、図３Ｃ及び図３Ｄの電圧制御発振器の位相雑音特性を表すグラフである。
【図５Ａ．５Ｂ】本開示の一態様によるメビウス共振器の斜視図である。
【図５Ｃ．５Ｄ】本開示の一態様によるメビウス共振器の斜視図である。
【図５Ｅ】本開示の一態様によるメビウス共振器の斜視図である。
【図６Ａ】図５Ａのメビウス共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図６Ｂ】図５Ｂのメビウス共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図６Ｃ】図５Ｃのメビウス共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図６Ｄ】図５Ｄのメビウス共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図６Ｅ】図５Ｅのメビウス共振器に関する損失特性を表すグラフである。
【図７】本開示の一態様による、メタマテリアル・メビウス共振器を有する電圧制御発振器の平面図である。
【図８】図７の電圧制御発振器に関する位相雑音特性を表すグラフである。
【図９】本開示の一態様による、例示的なメタマテリアル共振器及び例示的なメビウス共振器のそれぞれと比べた場合の、メタマテリアル・メビウス共振器の損失特性を表すグラフである。
【図１０Ａ．１０Ｂ】図１０Ａ及び１０Ｂは、本開示の一態様による、メタマテリアル共振器を有する基板一体型導波路の平面図である。
【図１０Ｃ】本開示の一態様による、メタマテリアル共振器を有する基板一体型導波路の平面図である。
【図１１Ａ．１１Ｂ】図１１Ａ及び１１Ｂはそれぞれ、図１０Ａ及び１０Ｂの基板一体型導波路に関する損失特性を表すグラフである。
【図１２】本開示の一態様による、一体型メタマテリアル共振器を備える基板一体型導波路を含む電圧制御発振器の平面図である。
【図１３Ａ．１３Ｂ】図１３Ａは、図１２の電圧制御発振器に関する同調特性及び損失特性を表すグラフである。図１３Ｂは、図１２の電圧制御発振器に関する品質係数特性を表すグラフである。
【図１４Ａ．１４Ｂ】図１４Ａは、図１Ａによるメタマテリアル共振器の写真である。図１４Ｂは、図１Ｂによるメタマテリアル共振器の写真である。
【図１４Ｃ】図１２による電圧制御発振器の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示は、ＳＲＲ及び他のメタマテリアル共振器に対する改善を提供するものである。
これは、例えば、１以上のＳＲＲを共振構造に組み込むこと、１以上のＳＲＲをメビウス
ストリップ共振器と組み合わせること、及び１以上のＳＲＲを基板一体型導波路（substr
ate integrated waveguide）と組み合わせること等である。さらに、本開示は、改善され
たＳＲＲ構造のうちの１以上を電圧制御発振器（voltage controlled oscillator, ＶＣ
Ｏ）の設計に組み込むことによって、ＶＣＯ等の他の電子デバイスの動作の改善を提供す
るものである。
【００２６】
メタマテリアル共振器は、フィルタ及び発振器等の、数多くの電子デバイス及び光電子
デバイスにおいて用いることができる。これは、不要な周波数帯域を抑えることによって
雑音を低減し、損失を補償するためである。雑音を低減し、損失を補償する他の能動デバ
イスが知られているが、これらのデバイスは、自らが制御する（複数の）システム又はデ
バイスに自らがもたらす雑音又は損失等の制約を自ら有する。これに対し、メタマテリア
ル共振器は比較的、システム又はデバイスに雑音をほとんど又は全くもたらさない。共振
器は、例えば発振器回路内のトランジスタ等の能動デバイスを一時的に用いて、共振状態
に設定することができる。メタマテリアル共振器が共振周波数において動作していると、
能動デバイスを停止し、メタマテリアル共振器を自走状態にしておくことができ、負の誘
電率（−ε）及び透磁率（−μ）（又は負の屈折率）をともに有するというその固有の特
性に起因してシステム又はデバイス内の損失を補償することができる。この点において、
本開示は、改善されたＶＣＯ設計の例を提供する。しかし、同じ又は類似の改善されたＳ
ＲＲ構造を、類似の改善（例えば、低減された位相雑音、低減された挿入損失等）を与え
るために、他の回路、デバイス及びシステムに適用できることを理解されたい。
【００２７】
図１Ａに、本開示による、第１の例示的なメタマテリアル共振器１１０を示す。共振器
１１０は、基板１１１（例えばプリント回路基板）の共通の表面上において略平面の構成
により形成された一対のスプリットリング要素１１２及び１１４と、基板１１１の両端に
あり、スプリットリング要素１１２及び１１４にエッジ結合される一対のポート１１６及
び１１８（例えば、マイクロストリップアーク（microstrip arcs））とから構成される
。第１のスプリットリング要素１１２及び第２のスプリットリング要素１１４は、互いに
同心をなす。各スプリットリング要素は環状であり、切れ目１１３及び１１５を有する。
切れ目は、リング要素の中心から放射状に広がるか、又は別の言い方では径方向外向きに
延びる方向において、環状部を貫通して延びている。図１Ａの例では、第１のリング要素
１１２の切れ目１１３は、該リング要素の中心から第１のポート１１６に向かって延びて
いる一方で、第２のリング要素１１４の切れ目１１５は、該リング要素の中心から第２の
ポート１１８に向かって延びている。この点において、第１のリング要素１１２の切れ目
１１３は、第２のリング要素１１４の切れ目１１５とは逆の方向に延びている。切れ目１
１３及び１１５はそれぞれ均一な幅を有する。
【００２８】
図１Ａの例では、第１のリング要素１１２及び第２のリング要素１１４はそれぞれ略円
形であり、ポート１１６及びポート１１８はそれぞれ、第２のリング要素１１４と各ポー
トとの距離が（リング要素の中心から径方向に延びる方向において）均一となるように、
第２のリング要素１１４の外周に沿って湾曲している。しかし、他の例では、リング要素
は、正方形、楕円形又は長方形等の異なる形状で形成することができる。そのような他の
例では、ポートは、第２のリング要素との距離が均一に保たれるように適切に形作るか、
又は湾曲させることができる。
【００２９】
図１Ｂに、第２の例示的なメタマテリアル共振器１２０を示す。これは、第１のリング
要素１２２及び第２のリング要素１２４が略環状の長方形であることを除いて、第１の例
示的な共振器１１０の構造に類似の構造を有する。第１の例示的な共振器１１０と同様に
、第２の例示的な共振器１２０のリング要素はそれぞれ共通の中心を有し、中心からそれ
ぞれのポート１２６及び１２８に向かって延びる切れ目１２３及び１２５を有する。図１
Ｂの例では、切れ目は長方形リング要素の長辺に形成されているが、他の例では、短辺に
形成することができる。各ポート１２６及び１２８のエッジ結合は、第２のリング要素１
２４との均一な距離を維持するために、略直線状に形成される。したがって、ポートはそ
れぞれＴ字形である。
【００３０】
第１の例示的な共振器１１０及び第２の例示的な共振器１２０のそれぞれにおいて、複
数の共振器は、基板の共通の表面上に形成されている一対のポートにエッジ結合される。
また、それらの例のそれぞれにおいて、ポートは、共振器と同じ基板面上に形成される。
しかし、他の例では、メタマテリアル共振器は、共振器の上の層又は下の層（例えば、共
振器とは反対の基板面）にあるポートにブロードサイド結合することができる。それに加
えて、又はその代わりに、ポートはそれぞれ基板の両面に形成することができる。
【００３１】
図１Ｃに、第３の例示的なメタマテリアル共振器１３０を示す。メタマテリアル共振器
１３０は、第２の例示的な共振器１２０の構造と類似の構造を有するが、共振器１３０は
、先に述べたスプリットリング共振器の相補形であり、２つの基板１３１ａと１３１ｂと
の間のメタライゼーション層に形成され、第１の基板１３１ａの反対側の面にある第１の
ポート１３６と、第２の基板１３１ｂの反対側の面にある第２のポート１３８との各々に
接続される。ポート１３６及び１３８はそれぞれ、それぞれの基板面上のメタライゼーシ
ョン層内に形成される略平面のマイクロストリップである。第１のポート１３６は、（基
板１３１ａ及び１３１ｂから構成される）基板１３１の第１の側から延び、第２のポート
は基板１３１の反対側の第２の側から延びている。リング要素１３２、１３４の切れ目１
３３、１３５は、両リング要素の共通の中心から径方向に沿って互いに反対方向に延びて
いる。図１Ｃの例では、切れ目は第１のポート及び第２のポートが延びている方向に対し
て垂直に延びているが、（図１Ａ及び図１Ｂのような）他の例では、切れ目はポートと同
じ方向に延びているものとすることができる。基板１３１ａと１３１ｂとの間において共
振器１３０が形成されるメタライゼーション層は、第１のポート１３６及び第２のポート
１３８の両方に対する共通接地面としての役割を果たす。
【００３２】
第１の例示的な共振器１１０と、第２の例示的な共振器１２０と、第３の例示的な共振
器１３０とのそれぞれにおいて、共振器は第１のポート及び第２のポートのそれぞれに接
続され、第１のポート及び第２のポートは共振器のための入力ライン及び出力ライン（又
はその逆）としての役割を果たすことができる。しかし、他の例では、共振器は単一のポ
ートに接続することができる。例えば、図１Ｄは、第３の例示的な共振器１３０の構造に
類似の構造（例えば、リング１４２、１４４、切れ目１４３、１４５）を有する第４の例
示的なメタマテリアル共振器１４０を示すが、第３の例示的な共振器１３０とは異なり、
共振器１４０は、単一の基板１４１上に形成され、単一のポート１４６に接続される。図
１Ｄの例では、単一のポート１４６は、切れ目１４３及び１４５の方向に対して垂直な方
向に延びる開放端マイクロストリップラインであるが、他の例では、切れ目はポートと同
じ方向に延びているものとすることができる。
【００３３】
図１Ｅに、本開示による、メタマテリアル共振器１５０の第５の例を示す。メタマテリ
アル共振器１５０は、基板１５１の共通の表面にある第１の対の同心スプリットリング要
素１５２及び１５４と、それに隣接して形成される第２の対の同心スプリットリング要素
１５６及び１５８とから形成される。図１Ｅの例では、スプリットリング要素はそれぞれ
長方形状である。第１の対のスプリットリング要素は、第１の軸Ｘに沿って基板１５１の
第１の側から延びる第１のポート１６６に接続され、第２の対のスプリットリング要素は
、同じく第１の軸Ｘに沿って、第１の側とは反対にある基板１５１の第２の側から延びる
第２のポート１６８に接続される。第１のポート１６６及び第２のポート１６８は第１の
軸Ｘの１つのラインに沿って延び、図１Ｅの例では、そのラインは基板１５１の中心点か
らオフセットされている。スプリットリング要素の第１の対及び第２の対は、第１の軸Ｘ
に垂直であり、この例では共振器１５０を二等分する基板の第２の軸Ｙに関して互いに線
対称をなす。
【００３４】
先に述べた例示的な共振器内のスプリットリング要素のそれぞれと同様に、第５の例示
的な共振器１５０のスプリットリング要素１５２、１５４、１５６、１５８はそれぞれ、
それぞれのリング要素の長辺に沿って形成された切れ目１５３、１５５、１５７及び１５
９を有する。図１Ｅの例では、同心スプリットリング要素の対ごとに、同心スプリットリ
ング要素のそれぞれの切れ目は、各スプリットリング要素のリング又は環状部内にある共
通の点であって、リング要素の中心点から（例えば、リング要素の長軸に沿って)オフセ
ットされた共通の点から互いに反対の方向に延びている。切れ目１５３、１５５、１５７
及び１５９はそれぞれ、基板の第１の側と第２の側との間において第１の軸Ｘに沿って延
びるラインに沿って形成される。
【００３５】
図１Ｆに、本開示による、メタマテリアル共振器１７０の第６の例を示す。メタマテリ
アル共振器１７０は、基板１７１の共通の表面にある第１の対の同心スプリットリング要
素１７２及び１７４と、それに隣接して形成されている第２の対の同心スプリットリング
要素１７６及び１７８とから形成される。図１Ｆの例では、スプリットリング要素はそれ
ぞれ円形である。第１の対のスプリットリング要素は、第１の軸Ｘに沿って基板１７１の
第１の側から延びる第１のポート１８６に接続され、第２の対のスプリットリング要素は
、同じく第１の軸Ｘに沿って、第１の側とは反対にある基板１７１の第２の側から延びる
第２のポート１８８に接続され、この例では、第１の軸は共振器１７０を二等分する。第
１のポート１８６及び第２のポート１８８は、第１の軸Ｘのラインに沿って延び、図１Ｆ
の例では、基板１７１の中心点を通っている。第１の対及び第２の対のスプリットリング
要素は、第１の軸Ｘに関して互いに線対称をなす。各内側リング要素１７２、１７６及び
各外側リング要素１７４、１７８は、第１のメタマテリアル接続ライン１８２及び第２の
メタマテリアル接続ライン１８４によってそれぞれ接続される。メタマテリアルライン１
８２及び１８４はそれぞれ、第１の軸Ｘに対して垂直な基板１７１の第２の軸Ｙに平行に
、かつ互いに平行に延びている。
【００３６】
先に述べた例示的な共振器内のスプリットリング要素のそれぞれと同様に、第６の例示
的な共振器１７０のスプリットリング要素１７２、１７４、１７６、１７８はそれぞれ、
切れ目１７３、１７５、１７７及び１７９を有する。図１Ｆの例では、同心スプリットリ
ング要素の対ごとに、同心スプリットリング要素のそれぞれの切れ目が第２の軸Ｙに沿っ
て延びている。内側リング要素１７２、１７６のそれぞれの切れ目１７３及び１７７は、
共振器の中心点からオフセットされたラインに沿って（例えば、第２の軸Ｙに沿って）、
第２のポート１８８の方向に形成される。外側リング要素１７４、１７８のそれぞれの切
れ目１７５及び１７９は、共振器の中心点からオフセットされたラインに沿って（例えば
、第２の軸Ｙに沿って）、第１のポート１８６の方向に形成され、第１のメタマテリアル
接続ライン１８２は両方の切れ目１７５、１７９を通って延びている。幾つかの例では、
基板は、スプリットリング要素のそれぞれの下に接地面（図示せず）を含むことができ、
接地面の材料の一部がエッチングにより除去される。
【００３７】
図２Ａ〜図２Ｆはそれぞれ、上記の例示的な共振器１１０、１２０、１３０、１４０、
１５０、及び１７０の各々に関する損失特性を示す。それぞれの共振器の共振周波数にお
いて、電磁波の伝送が抑えられる。これは、共振器ごとの伝送特性における急峻な低下と
して図２Ａ〜図２Ｆのプロットにおいて示される。図２Ａに示されるように、第１の例示
的な共振器１１０は、約１０ＧＨｚ及び約１９ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図２Ｂに
示されるように、第２の例示的な共振器１２０は、約６ＧＨｚ、約１２ＧＨｚ及び約１５
ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図２Ｃに示されるように、第３の例示的な共振器１３０
は、約１０ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図２Ｄに示されるように、第４の例示的な共
振器１４０は、約１１ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図２Ｅに示されるように、第５の
例示的な共振器１５０は、約１４ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図２Ｆに示されるよう
に、第６の例示的な共振器１７０は、約１３ＧＨｚにおいて強い共振を示す。
【００３８】
上記の例示的な共振器１１０、１２０、１３０、１４０、１５０及び１７０又は同様に
設計された共振器は、代替の解決策と比べて、低い位相雑音で改善されたモード抑制を行
うために、電圧制御発振器に組み込むことができる。共振器のポートを電圧制御発振器に
接続することができる。この点において、共振器はそれぞれ、共振する負の誘電率、透磁
率の媒質（例えば、メタマテリアルクローキングデバイス）と比べて、別のデバイス内の
共振回路として使用することができる。
【００３９】
図３Ａに、第１の例示的な電圧制御発振器３１５を示す。この電圧制御発振器は、発振
回路と、第１の例示的な共振器１１０に類似の構造特性及び動作特性を有するメタマテリ
アル共振器３１０とを有する。発振回路は、ＶＣＯに与えられる１以上の入力、及び／又
はＶＣＯの能動部品内の内部雑音又は非線形性に少なくとも部分的に基づいて、所与の周
波数において電気信号を出力する。共振器３１０は、第１の例示的な共振器１１０と同様
に、互いに反対に位置する第１のポート及び第２のポートを接続する同心円形スプリット
リング要素から形成される。しかし、２つのスプリットリング要素のみを含む第１の例示
的な共振器１１０とは異なり、共振器３１０は４つのスプリットリング要素を含み、各ス
プリットリング要素は１つのラインに沿って延びる切れ目を有し、隣接しているスプリッ
トリング要素の各々の切れ目は、共振器３１０の中心点から互いに反対方向に延びている
。一般的に、ＳＲＲ内により多くのスプリットリングを含めることは、ＳＲＲの品質係数
を高めることになるが、損失が大きくなる。電圧制御発振器を設計する際に、スプリット
リングの数は、品質係数及び損失の要件のバランスをとるように選択することができる。
【００４０】
図３Ｂに、第２の例示的な電圧制御発振器３２５を示す。この電圧制御発振器は、発振
回路と、第２の例示的な共振器１２０に類似の構造特性及び動作特性を有するメタマテリ
アル共振器３２０とを有する。共振器３２０は、第２の例示的な共振器１２０と同様に、
互いに反対側に位置する第１のポート及び第２のポートを接続する同心長方形状スプリッ
トリング要素から形成される。しかし、２つのスプリットリング要素のみを含む第２の例
示的な共振器１２０とは異なり、共振器３２０は４つのスプリットリング要素を含み、各
スプリットリング要素は１つのラインに沿って延びる切れ目を有し、隣接する各スプリッ
トリング要素の切れ目は、共振器３２０の中心点から互いに反対方向に延びている。
【００４１】
図３Ｃに、第３の例示的な電圧制御発振器３５５を示す。この電圧制御発振器は、発振
回路と、第５の例示的な共振器１５０に類似の構造特性及び動作特性を有するメタマテリ
アル共振器３５０とを含む。ＳＲＲ内のスプリットリングをカスケード接続することは、
ＳＲＲの品質係数を高めることになるが（例えば、Ｑ乗算効果による）、ここでもまた、
信号損失が大きくなるという影響がある。電圧制御発振器を設計する際に、スプリットリ
ングの数は、品質係数及び損失要件のバランスをとるように選択することができる。
【００４２】
図３Ｄに、第４の例示的な電圧制御発振器３７５を示す。この電圧制御発振器は、発振
回路と、第６の例示的な共振器１７０に類似の構造特性及び動作特性を有するメタマテリ
アル共振器３７０とを含む。
【００４３】
図４Ａ〜図４Ｄはそれぞれ、上記の例示的な電圧制御発振器３１５、３２５、３５５及
び３７５それぞれの位相雑音特性を示す。図４Ａの例では、第１の例示的な発振器３１５
は、約１０ＧＨｚの信号周波数に設定され、例えば、約１ｋＨｚのオフセットにおいて約
５９ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１０ｋＨｚのオフセットにおいて約８
５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１００ｋＨｚのオフセットにおいて約１
０７ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１ＭＨｚのオフセットにおいて約１２
６ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、及び例えば、約１０ＭＨｚのオフセットにおいて約
１４７ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音を示す。図４Ｂの例では、第２の例示的な発振器
３２５は、約１２ＧＨｚの信号周波数に設定され、例えば、約１ｋＨｚのオフセットにお
いて約５１ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１０ｋＨｚのオフセットにおい
て約８２ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１００ｋＨｚのオフセットにおい
て約１０７ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１ＭＨｚのオフセットにおいて
約１２６ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、及び例えば、約１０ＭＨｚのオフセットにお
いて約１４８ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音を示す。図４Ｃの例では、第３の例示的な
発振器３５５は、約９ＧＨｚの信号周波数に設定され、例えば、約１ｋＨｚのオフセット
において約３６ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１０ｋＨｚのオフセットに
おいて約７５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１００ｋＨｚのオフセットに
おいて約１０１ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１ＭＨｚのオフセットにお
いて約１２２ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、及び例えば、約１０ＭＨｚのオフセット
において約１３５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音を示す。図４Ｄの例では、第４の例示
的な発振器３７５は、約８ＧＨｚの信号周波数に設定され、例えば、約１ｋＨｚのオフセ
ットにおいて約４３ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１０ｋＨｚのオフセッ
トにおいて約７６ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１００ｋＨｚのオフセッ
トにおいて約１０３ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１ＭＨｚのオフセット
において約１２５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、及び例えば、約１０ＭＨｚのオフセ
ットにおいて約１３８ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音を示す。
【００４４】
上記のメタマテリアル共振器の設計は、ＶＣＯ等のデバイスの動作を改善するために、
１以上のメビウスストリップ共振器と組み合わせることもできる。メビウスストリップは
共形（conformal）であり、連続しており、それ自体に１対１にマッピング（map）される
。マルチノットループ（multi-knot loop）が無限の伝送線路のように動作し、非常に大
きな群遅延が可能となるように、マルチノットループを周回するときにメビウスストリッ
プに結合される信号はいかなる障害にも直面しない。したがって、平面共振器に結合され
るメビウスは、ハイブリッド結合技法において高い係数Ｑを達成するために必要とされる
複雑な回路に対する代替形態を提供する。この点において、本開示は、上記のメタマテリ
アル共振器設計及び類似のメタマテリアル共振器設計とともに使用することができるメビ
ウス共振器にも関する。
【００４５】
図５Ａは、本開示による第１の例示的なメビウス共振器５１０を示す。共振器５１０は
、基板５１１の表面上に略平面の構造において形成される共振器要素５１２と、基板５１
１の両端にある一対のポート５１６及び５１８とから構成される。共振器要素５１２は、
共振器５１０の中心点の周りに略平面の螺旋形に巻かれる。図５Ａの例では、螺旋形は約
３回転にわたって延びるが、他の例では、螺旋形は、それより多くの回転（例えば、約４
回転）又はそれより少ない回転（例えば、約２回転）にわたって延在することができる。
本開示において、「螺旋形」という用語は、中心点において始まり、中心点の周りに巻か
れる曲線と、中心点から径方向に離れた場所において始まって中心点の周りに巻かれ、そ
れにより、共振器の中心に切れ目又は開口を残す曲線との両方を含むものと理解されたい
。ポート５１６及び５１８は、ポートと共振器要素５１２との間に均一な幅の空間が保た
れるようにするために、図１Ａと同様に湾曲させることができる。
【００４６】
共振器要素の第１の端部５１３及び第２の端部５１５は、別の金属表面（図示せず）に
あるビアトランジション（via transition）５１４を通して接続することができる。図５
Ａの例では、共振器要素５１２の第１の端部５１３及び第２の端部５１５を接続するビア
はそれぞれ、共振器要素５１２が形成されている平面と交差するように延びる。ビアトラ
ンジションは、例えば、ワイヤボンドを含むことができるか、又は複数面のプリント回路
基板（ＰＣＢ）上に形成することができる。この接続は、共振器をメビウスストリップに
効果的に変え、それにより、共振器の品質係数を向上させる。
【００４７】
図５Ｂは、本開示による第２の例示的なメビウス共振器５２０を示す。第２の例示的な
メビウス共振器５２０は、複数面ＰＣＢ５２１の別々の平面に形成された一対のスプリッ
トリング要素５２２及び５２４と、複数面プリント回路基板（ＰＣＢ）５２１の両端にあ
る一対のポート５２６及び５２８とから構成される。各スプリットリング要素は、切れ目
を有する。図５Ｂの例では、切れ目は互いに径方向に位置合わせされ、各切れ目により、
各スプリットリング要素の第１の端部及び第２の端部が形成される。共振器５２０は更に
、第１のスプリットリング要素５２２の第１の端部と第２のスプリットリング要素５２４
の第２の端部とを接続する第１のビアトランジション５３６と、第１のスプリットリング
要素５２２の第２の端部と第２のスプリットリング要素５２４の第１の端部とを接続する
第２のビアトランジション５３８とを含む。ビアはそれぞれ、スプリットリング要素が形
成されている複数面ＰＣＢのそれぞれの平面間を横切って延びている。第１のスプリット
リング共振器と第２のスプリットリング共振器との間のビア接続の結果として、共振器要
素上の任意の点から流れる電流が、始点に戻る前に、両方の要素を通らなければならない
。この点において、この共振器はメビウスストリップとして機能し、類似の構造からなる
もののメビウスストリップ接続を用いない共振器と比べて、相対的に高い品質係数を示す
。
【００４８】
図５Ｃは、本開示による、第３の例示的なメビウス共振器５４０を示す。第３の例示的
なメビウス共振器５４０の構造は、図５Ｂの第２の例示的なメビウス共振器５２０と同等
と見なすことができるが（例えば、スプリットリング要素５４２及び５４４が複数面ＰＣ
Ｂ５４１の異なる平面上にあり、メビウスストリップを形成するためにビアトランジショ
ン５４６及び５４８を通して互いに接続される）、第２の例示的なメビウス共振器５２０
とは異なり、スプリットリング要素５４２及び５４４がそれぞれ追加の切込み又は切れ目
５４３及び５４５を更に含む。切れ目５４３及び５４５はそれぞれ、それぞれの要素５４
２及び５４４の中心点から径方向に延び、ＰＣＢ５４１の別々の平面上で、互いに反対方
向に、それぞれの中心点から径方向に延びる。図５Ｃの例では、切れ目は、要素５４２及
び５４４の外周に沿って、それぞれ約９０度及び−９０度だけビアトランジション点から
離れている。ビアはそれぞれ、スプリットリング要素が形成される複数面ＰＣＢのそれぞ
れの平面間を横切るように延びている。第３の例示的な共振器５４０の切れ目によって、
そのような切れ目を用いない共振器（例えば、第２の例示的な共振器５２０）と比べて、
共振器の共振周波数が低い周波数に移動することがわかった。
【００４９】
図５Ｄは、本開示による、第４の例示的なメビウス共振器５５０を示す。第４の例示的
なメビウス共振器５５０の構造は、図５Ｂの第２の例示的なメビウス共振器５２０と同等
と見なすことができるが（例えば、スプリットリング要素５５２及び５５４が複数面ＰＣ
Ｂ５５１の異なる平面上にあり、メビウスストリップを形成するためにビアトランジショ
ン５５６及び５５８を通して互いに接続される）、第２の例示的なメビウス共振器５２０
とは異なり、第４の例示的なメビウス共振器５５０の構造は全体として、複数面ＰＣＢの
中間層内に位置し、入力ポート５５７及び出力ポート５５９の構造が変更されており、メ
ビウス構造のリングとは別の平面上にある。具体的には、図５Ｄにおけるポートは、スプ
リットリング要素５５２及び５５４内の切込みに対して垂直な方向において、ＰＣＢ５５
１の両端から延びる略直線のマイクロストリップである。ポート構造の変更は、共振器５
５０との間の電気信号のブロードサイド結合による供給及び収集が実行される方法に影響
を及ぼす。
【００５０】
図５Ｅは、本開示による、第５の例示的なメビウス共振器５６０を示す。第５の例示的
なメビウス共振器５６０の構造は、図５Ｄの第４の例示的なメビウス共振器５５０と同等
と見なすことができるが（例えば、スプリットリング要素５６２及び５６４が複数面ＰＣ
Ｂ５６１の異なる平面上にあり、メビウスストリップを形成するためにビアトランジショ
ン５６６及び５６８を通して互いに接続され、かつマイクロストリップポート５６７及び
５６９に接続される）、第４の例示的なメビウス共振器５５０とは異なり、ポート５６７
及び５６９の配置が変更されており、切れ目５６３、５６５がスプリットリング要素のそ
れぞれに追加されている（図５Ｃの例と同様）。具体的には、図５Ｅにおいて、ＰＣＢ５
６１の上側平面上のスプリットリング要素の切れ目５６３は、信号が収集される場所に位
置し、下側平面上のスプリットリング要素の切れ目５６５は、電気信号が上側平面上のス
プリットリング要素と入力ポートとの間でブロードサイド結合される場所の真下に位置す
る。この点において、ポートは要素５６２及び５６４の外周に沿って約９０度だけ径方向
に離れている。
【００５１】
有利なことに、メビウスストリップ共振器（例えば、図５Ａ〜図５Ｅの共振器）の共振
周波数は同じリング寸法（例えば、同じ半径）を有する標準的なスプリットリング共振器
の場合の共振周波数の概ね半分であることがわかっている。したがって、メタマテリアル
共振器等の共振器の構成においてメビウスストリップ構造を導入することは、そのような
共振器の共振周波数を下げる場合に有益な場合がある。これは、大きすぎて、小型化され
たパッケージ内に収容できなくなる構造を用いることなく、相対的に低い周波数（例えば
、ｋＨｚ、ＭＨｚレンジ）において動作するために必要とされるデバイスに関する製造の
問題を軽減するのを助ける。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｅはそれぞれ、上記の例示的な共振器５１０、５２０、５４０、５５０及
び５６０の各々の損失特性を示す。図６Ａに示すように、第１の例示的なメビウス共振器
５１０は約８．５ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図６Ｂに示すように、第２の例示的な
メビウス共振器５２０は約８．６ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図６Ｃに示すように、
第３の例示的なメビウス共振器５４０は約６．３ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図６Ｄ
に示すように、第４の例示的なメビウス共振器５５０は約４ＧＨｚ及び約８ＧＨｚにおい
て強い共振を示す。
【００５３】
符号５６０、５４０のメビウス共振器の例は、切れ目５６３、５４３及び５６５、５４
５とメビウス構造との両方が存在することから、メタマテリアル・メビウス共振器と呼ぶ
ことができる。図６Ｅに示すように、第５の例示的なメビウス共振器５６０は、約２ＧＨ
ｚよりさらに低い周波数において、かつ約４ＧＨｚにおいて強い共振を示す。
【００５４】
図７は、例示的なメタマテリアル・メビウス共振器の共振特性を、類似の共振周波数を
有するメタマテリアルスプリットリング共振器及びメビウスストリップ共振器と比べて示
す。図７に示すように、例示的な共振器はそれぞれ、約１０ＧＨｚの共振周波数を有する
。しかし、メタマテリアル・メビウス共振器は、１０ＧＨｚの周波数において、他の例示
的な共振器より強い共振を示し、結果として損失が低減している。さらに、他の共振器は
、より高次のモードにおいて(例えば、メビウスストリップ共振器の場合、約１０．７５
ＧＨｚにおいて、メタマテリアル共振器の場合、約１１ＧＨｚにおいて）相対的に強い信
号を示す。これに対し、メタマテリアル・メビウス共振器は、品質係数を犠牲にすること
なく、更には全体的な損失特性を改善しながら、より高次のモードの高い抑制を示す。こ
れは、メタマテリアル共振器及びメビウスストリップ共振器の各々の利点を１つの設計に
おいて利用することによって達成される。その設計におけるメタマテリアル共振器は、よ
り高次のモードの改善された抑制をもたらす一方で、その設計におけるメビウスストリッ
プは、（例えば、類似のリング寸法のメタマテリアル共振器と比べて）優れた品質係数を
もたらす。
【００５５】
図８は、電圧制御発振器８００の設計の平面図である。この電圧制御発振器は、発振又
は同調回路８５０と、メタマテリアル及びメビウスの両方の構成要素を有する共振器８１
０とを備えている。発振回路は、ＶＣＯに与えられる１以上の入力と、ＶＣＯの能動部品
内の内部雑音又は非線形性とのいずれか又は両方に少なくとも部分的に基づいて、所与の
周波数において電気信号を出力する。図８に示すように、共振器８１０は、４極エッジ結
合フィルタアレイ内に分散された４つのスプリットリング共振器８２２、８２４、８２６
及び８２８を有する。スプリットリング共振器８２２及び８２４は、第１の対の正方形共
振要素を構成し、スプリットリング共振器８２６及び８２８は、第１の対の共振要素に隣
接して配置される第２の対の正方形共振要素を構成する。各共振要素は、単一の切れ目（
それぞれ８２３、８２５、８２７、８２９）を有する。第１の対の共振要素における切れ
目８２３及び８２５はそれぞれ、電圧制御発振器８００の第１のライン（例えば、第１の
軸Ｘ）に沿って延び、第２の対の共振要素における切れ目８２７及び８２９はそれぞれ、
第１のラインに対して平行な第２のライン上に延びる。第１の対の共振要素における切れ
目８２３及び８２５は、第２の対の共振要素の両側に位置し、第２の対の共振要素におけ
る切れ目８２７及び８２９は、互いに直に隣接して位置する。
【００５６】
各スプリットリング共振器は更に、それぞれのスプリットリング共振器の中心点の周り
に位置するそれぞれのメビウスストリップ共振器８３２、８３４、８３６及び８３８を有
する。図８の例の共振器８１０は、更に改善されたモード抑制をもたらすモード抑制リン
グ８４０も有する。
【００５７】
図９は、図８の例示的な電圧制御発振器に関する位相雑音特性を示す。図９の例では、
発振器８００は、約１０ＧＨｚの信号周波数に設定され、例えば、約１ｋＨｚのオフセッ
トにおいて約８５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１０ｋＨｚのオフセット
において約１１５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１００ｋＨｚのオフセッ
トにおいて約１４０ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、例えば、約１ＭＨｚのオフセット
において約１６１ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音、及び例えば、約１０ＭＨｚのオフセ
ットにおいて約１７５ｄＢｃ／Ｈｚ程度の低い位相雑音を示す。
【００５８】
上記で説明した（又は類似の）メタマテリアル共振器設計は、ＶＣＯ等の共振器応用デ
バイスの動作を改善するために、基板一体型導波路（substrate integrated waveguide, 
ＳＩＷ）と一体に構成することもできる。ＳＩＷは、導波路に起因する性能改善と、平面
構造に起因する製造のしやすさとを１つにまとめた導波路型平面構造である。一般的に、
ＳＩＷは、接地面層上に上部金属層を付加し、めっきされたビアを用いてそれぞれの外周
に沿って層を接続することによって形成される。ＳＩＷ構造内の電磁波は、誘電体で満た
された長方形導波路内の電磁波と同様に挙動する。ＳＩＷのサイズは、構造の共振周波数
を決定する。ＳＩＷに相補共振器（例えば、ＳＲＲ）を付加することは、相補共振器の特
性に応じて、共振周波数を上げるか、又は下げる効果を有することができる。メタマテリ
アル共振器を付加する場合、この付加は、共振の品質係数を高めることもできる。この点
において、本開示は、上記で説明されたメタマテリアル共振器設計及び類似のメタマテリ
アル共振器設計とともに使用することができるＳＩＷにも関する。
【００５９】
図１０Ａは、第１の例示的なＳＩＷ共振器１０１０を示す。この共振器１０１０は、Ｓ
ＩＷ１０１２と、ＳＩＷ１０１２の表面上に形成された相補スプリットリングメタマテリ
アル共振器１０１４とから構成される。ＳＩＷは、基板１０１５の接地面金属層（図示せ
ず）上に上部金属層１０１６を付加することによって基板１０１５（例えば、軟質基板）
上に形成されている。上部層及び接地層は、めっきされたビア１０１７のそれぞれの列に
よって基板の各サイドに接続される。図１０Ａの例では、基板１０１５は、各サイドに６
個又は７個のビアを含む。ビア間の距離、ビアの寸法、上部金属層の寸法及び入力／出力
点、供給／抽出点がそれぞれ、構造の共振周波数及び損失特性に影響を及ぼす場合がある
。
【００６０】
図１０Ａの例では、相補スプリットリングメタマテリアル共振器１０１４は、図１Ｂの
第２の例示的なメタマテリアル共振器１２０の構造にほぼ類似している。例えば、図１０
Ａのスプリットリングメタマテリアル共振器１０１４は、共通の中心を有する２つの同心
正方形スプリットリング要素と、共通の中心から互いに反対方向に延びる切れ目とを有す
る。また、ＳＩＷ共振器１０１０は、基板１０１５の両端にある第１のポート１０１８及
び第２のポート１０１９も有する。図１０Ａの例において、ポートはそれぞれ、ＳＩＷの
両端からスプリットリングメタマテリアル共振器１０１４に向かって延びるマイクロスト
リップラインである。ポート１０１８及び１０１９並びにスプリットリングメタマテリア
ル共振器１０１４内の切れ目は、共振器１０１０の第１の軸Ｘ上のラインに沿って形成さ
れる。
【００６１】
図１０Ｂは、第２の例示的なＳＩＷ共振器１０２０を示す。共振器１０２０は、図１０
Ａの第１の例示的なＳＩＷ共振器のＳＩＷ及びポートに相当するＳＩＷ１０２２並びに第
１のポート１０２８及び第２のポート１０２９と、ＳＩＷ１０２２の表面上に形成された
、異なる種類の結合リングメタマテリアル共振器１０２４とを有する。具体的には、結合
リングメタマテリアル共振器１０２４は、リングの両側にあって、第１のポート１０２８
及び第２のポート１０２９と位置合わせされている第１の切れ目１０２３及び第２の切れ
目１０２５を有する単一の円形リングを備えている。構造１０２４は差動励起される結合
リング共振器の相補構造であり、相補構造であることは、差動励起をシングルエンド励起
に変換し、それゆえ、その構造を不平衡ＳＩＷ共振器に組み込むのに有用である。各切れ
目において、リングの切断端部は、第１の軸Ｘの方向において第１のポート１０２８に向
かって延びている。
【００６２】
図１０Ｃは、第３の例示的なＳＩＷ共振器１０３０を示す。共振器１０３０は、図１０
ＢのＳＩＷ及びメタマテリアル共振器に相当するＳＩＷ１０３２及び相補メタマテリアル
共振器１０３４を含むが、１つのポート（例えば、リングの切断端が向かって延びた先に
ある第１のポート１０３８）しか有していない。
【００６３】
図１１Ａ及び図１１Ｂはそれぞれ、図１０Ａ及び図１０Ｂの例示的なＳＩＷ共振器に関
する損失特性を示す。図１１Ａに示すように、第１の例示的なＳＩＷ共振器１０１０は約
２５ＧＨｚにおいて強い共振を示す。図１１Ｂに示されるように、第２の例示的なメビウ
ス共振器１０２０は約１８ＧＨｚにおいて強い共振を示す。
【００６４】
図１２は、電圧制御発振器１２００の平面図である。電圧制御発振器は、発振又は同調
回路１２４０と、図１０Ｃの共振器１０３０に類似のＳＩＷ共振器１２１０（例えば、全
て図１０Ｃに構造的に相当する、ＳＩＷ１２１２、相補メタマテリアル共振器１０１４及
び単一のポート１２１８）とを含む。ポート１２１８は、トランジスタ１２２０（例えば
、ヘテロ接合ＦＥＴ）のゲートに電気的に接続され、そのトランジスタは更にＶＣＯ１２
００の出力１２３０に容量性結合される。相補メタマテリアル共振器１０１４は、相補メ
タマテリアル共振器１２１４の両側に位置する第１のバラクタダイオード１２４２及び第
２のバラクタダイオード１２４２を通して同調回路１２４０に接続される。図１２Ａの例
では、図示される発振器１２００は、約５．０９ＧＨｚの発振周波数から１ＭＨｚオフセ
ットにおいて約−１１５．２ｄＢｃ／Ｈｚの位相雑音を達成するように構成される。
【００６５】
図１３Ａは、ある範囲の入力電圧に対する図１２の電圧制御発振器１２００の同調特性
を示す。図１３Ａに示されるように、発振器に印加される電圧が増加するにつれて、発振
器の共振周波数も増加する。さらに、印加される電圧が増加するにつれて、損失特性が改
善され、電圧制御発振器の品質係数も増加する。これは図１３Ｂのグラフにおいて更に示
される。図１３Ｂは、ある範囲の入力電圧に対する、発振器に関する無負荷品質係数（Ｑ
）をプロットしたものである。特に、発振器のＱは、５Ｖにおいて約１１０であり、１０
Ｖにおいて約１６０であり、１５Ｖにおいて約２００であり、２０Ｖにおいて約２１０で
ある。
【００６６】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、上記の共振回路及びデバイスのうちの幾つかの写真である。具
体的には、図１４Ａは、図１Ａの構造に類似の構造を有するプリント共振回路のアレイの
写真である。図１４Ｂは、図１Ｂの構造に類似の構造を有するプリント共振回路のアレイ
の写真である。そして、図１４Ｃは、図１２の構造に類似の構造を有するＶＣＯの写真で
ある。
【００６７】
上記の例示的なメタマテリアル共振器、メビウス・メタマテリアル共振器、及び基板一
体型導波路・メタマテリアル共振器は、マイクロ波発振器の適用例において示される。特
に、これらの共振器及びその組み合わせは、メタマテリアルアンテナ、吸収体、スーパー
レンズ等の適用例において使用することもできる。メビウスストリップは、抵抗器又はコ
ンデンサとして使用することもできる。これらは、自然界では容易には見つけられない、
非常に有用で、特殊な電気的特性を与えるグラフェンメビウスストリップにおいて使用す
ることもできる。ラプラス変換又はフーリエ変換に類似のメビウス変換を通信において使
用することができる。回転進行波（rotary travelling wave）又は定在波発振器（standi
ng wave oscillator）の開発もメビウスストリップを利用する。
【００６８】
本発明は特定の実施形態を参照しながら本明細書において説明されてきたが、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過ぎないものであることを理解された
い。それゆえ、添付の特許請求の範囲によって規定されるような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、及び
他の構成を考案することができることを理解されたい。
【図１Ａ．１Ｂ】
2019024207.tif 000003
【図１Ｃ．１Ｄ】
2019024207.tif 000004
【図１Ｅ．１Ｆ】
2019024207.tif 000005
【図２Ａ．２Ｂ】
2019024207.tif 000006
【図２Ｃ．２Ｄ】
2019024207.tif 000007
【図２Ｅ．２Ｆ】
2019024207.tif 000008
【図３Ａ．３Ｂ】
2019024207.tif 000009
【図３Ｃ．３Ｄ】
2019024207.tif 000010
【図４Ａ．４Ｂ】
2019024207.tif 000011
【図４Ｃ．４Ｄ】
2019024207.tif 000012
【図５Ａ．５Ｂ】
2019024207.tif 000013
【図５Ｃ．５Ｄ】
2019024207.tif 000014
【図５Ｅ】
2019024207.tif 000015
【図６Ａ．６Ｂ】
2019024207.tif 000016
【図６Ｃ．６Ｄ】
2019024207.tif 000017
【図６Ｅ】
2019024207.tif 000018
【図７】
2019024207.tif 000019
【図８】
2019024207.tif 000020
【図９】
2019024207.tif 000021
【図１０Ａ．１０Ｂ】
2019024207.tif 000022
【図１０Ｃ】
2019024207.tif 000023
【図１１Ａ．１１Ｂ】
2019024207.tif 000024
【図１２】
2019024207.tif 000025
【図１３Ａ．１３Ｂ】
2019024207.tif 000026
【図１４Ａ．１４Ｂ】
2019024207.tif 000027
【図１４Ｃ】
2019024207.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板一体型導波路であって、
第１の平面金属層と、
前記第１の層に対して平行な第２の平面金属層と、
前記第１の平面金属層と前記第２の平面金属層との間を横切るように延び、前記第１の平面金属層及び前記第２の平面金属層を互いに接続する複数のめっきされたビアと
を備えた基板一体型導波路と、
第１のポートと、
前記基板一体型導波路及び前記第１のポートに動作可能に結合されるメタマテリアル共振器と
を備える共振回路であって、
前記メタマテリアル共振器は略円形のリングを更に備え、該リングは、前記第１のポートと位置合わせされる第１の軸に沿って前記リングの両側にある第１の切れ目及び第２の切れ目を有し、該切れ目はそれぞれ前記円形リングの切断端を形成し、該リングの各切断端は、共通の方向に、かつ前記第１の軸と平行に延びる、共振回路。
【請求項２】
前記メタマテリアル共振器は、略平面のスプリットリング共振器を構成する第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素を備え、各同心スプリットリング要素は前記スプリットリング共振器の中心から径方向に延びる切れ目を有し、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は前記第２のスプリットリング要素の切れ目と反対方向に延び、前記スプリットリング要素は第１のポート及び第２のポートに結合される、請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
前記第１の同心及び前記第２の同心は、略平面の相補スプリットリング共振器を構成する、請求項２に記載の共振回路。
【請求項４】
前記共振回路は、共振回路の反対側にある第２のポートを更に備え、前記メタマテリアル共振器の前記第１の切れ目及び前記第２の切れ目はそれぞれ、前記共振回路の前記第１の軸に沿って前記第１のポート及び前記第２のポートと位置合わせされる、請求項１に記載の共振回路。
【請求項５】
前記リングの各切断端は前記第１のポートに向かう方向に延びる、請求項１に記載の共振回路。
【請求項６】
前記共振回路は約２５ＧＨｚ以下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成される、請求項１に記載の共振回路。
【請求項７】
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する発振器回路であって、前記所与の周波数は、前記デバイスに与えられる入力と、前記発振器回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの１つに少なくとも部分的に基づくものである、発振器回路と、
請求項１に記載の共振回路と
を備えたデバイス。
【請求項８】
前記共振回路の前記メタマテリアル共振器に結合される１以上のバラクタダイオードを備えた請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記デバイスの前記発振器回路の位相雑音は、例えば、１ＭＨｚオフセットにおいて約１１５．２ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項７に記載の共振回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
本発明は特定の実施形態を参照しながら本明細書において説明されてきたが、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過ぎないものであることを理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲によって規定されるような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、及び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、特願２０１８−１７０３７０の出願当初の特許請求の範囲は以下の通りである。
［請求項１］
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する同調発振回路であって、前記デバイスに与えられる入力と、前記発振回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの一つに少なくとも部分的に基づいて、発振器を前記所与の周波数に同調させることができる同調回路を備えた同調発振回路と、
前記同調発振回路に動作可能に接続され、前記所与の周波数において前記デバイスの品質係数を高めるメタマテリアル共振器と
を備えたデバイス。
［請求項２］
前記メタマテリアル共振器は、基板又は回路基板に相補回路として設けられる、請求項１に記載のデバイス。
［請求項３］
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素であって、各同心スプリットリング要素は略環状であり、該スプリットリング共振器の中心から環状部を通過するように径方向に延びる切れ目を有し、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は、前記第２のスプリットリング要素の切れ目とは反対方向に延びている、第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素と、
前記スプリットリング要素に接続される第１のポート及び第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
［請求項４］
前記第１のポート及び前記第２のポートは、前記第１のスプリットリング要素と同一平面をなし、かつ前記第１のスプリットリング要素にエッジ結合される、請求項３に記載のデバイス。
［請求項５］
前記第１のポート及び前記第２のポートの各々は前記メタマテリアル共振器にブロードサイド結合され、
前記第１のポートは、前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリング要素に平行な第１の平面に沿って位置し、
前記第２のポートは、前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリング要素に平行な第２の平面に沿って位置し、
前記第１の平面及び前記第２の平面は、前記スプリットリング要素の平面を挟んで互いに反対方向に延びている、請求項３に記載のデバイス。
［請求項６］
前記第１のスプリットリング要素及び前記第２のスプリットリング要素はいずれも同じ形状であり、前記形状は、円と正方形と楕円形と長方形とからなる群から選択されるものである、請求項３に記載のデバイス。
［請求項７］
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する同心スプリットリング要素の第１の対であって、各同心スプリットリング要素は前記スプリットリング共振器内の一点から径方向外向きに延びる切れ目を有し、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は、前記第２のスプリットリング要素の切れ目とは反対方向に延びている、同心スプリットリング要素の第１の対と、
前記共振器を二等分する軸に関して前記同心スプリットリング要素の第１の対と線対称をなす同心スプリットリング要素の第２の対と、
前記スプリットリング要素の第１の対に結合される第１のポートと、
前記スプリットリング要素の第２の対に結合される第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
［請求項８］
前記メタマテリアル共振器は、
略平面のスプリットリング共振器を構成する同心スプリットリング要素の第１の対であって、各同心スプリットリング要素は略環状であり、前記スプリットリング共振器内の一点から径方向外向きに延びる切れ目を有する、同心スプリットリング要素の第１の対と、
前記共振器を二等分する軸に関して前記同心スプリットリング要素の第１の対と線対称をなす同心スプリットリング要素の第２の対と、
前記第１の対及び前記第２の対における内側スプリットリング要素を結合する第１の接続ラインと、
前記第１の対及び前記第２の対における外側スプリットリング要素を結合する第２の接続ラインと、
前記第１の接続ラインに結合される第１のポートと、
前記第２の接続ラインに結合される第２のポートと
を備えている、請求項１に記載のデバイス。
［請求項９］
前記スプリットリング要素の各々の下にある接地面と、前記接地面上のエッチング除去部とを更に備えた請求項８に記載のデバイス。
［請求項１０］
前記メタマテリアル共振器は、約２０ＧＨｚ以下の少なくとも一つの共振周波数を有する、請求項１に記載のデバイス。
［請求項１１］
前記デバイスにおける前記発振回路の位相雑音は、１０ＭＨｚのオフセットにおいて約−１３５ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項１に記載のデバイス。
［請求項１２］
メビウスストリップ共振器であって、該メビウスストリップ共振器によって構成される閉路がそれ自体にマッピングされ、かつ連続しているトポロジを有するメビウスストリップ共振器と、
メタマテリアルスプリットリング共振器と
を備えた共振回路。
［請求項１３］
前記メタマテリアルスプリットリング共振器は、基板又は回路基板に相補回路として設けられる、請求項１２に記載の共振回路。
［請求項１４］
前記メビウスストリップ共振器は、
螺旋形に配置される略平面の導電性ストリップであって、該導電性ストリップは内端及び外端を有し、前記螺旋形の中心点の周りに２回転以上延びている、略平面の導電性ストリップと、
前記第１の端部に結合される第１のビアと、
前記第２の端部に結合される第２のビアと、
前記第１のビアと前記第２のビアとの間にある導電性接続部であって、それにより前記導電性ストリップの前記第１の端部及び前記第２の端部を接続してメビウスストリップを形成する、導電性接続部と
を備える、請求項１２に記載の共振器。
［請求項１５］
前記メビウスストリップ共振器は、
平行な第１の平面及び第２の平面上にそれぞれ配置される第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電性要素であって、各略環状の導電性要素は第１の端部及び第２の端部を形成する第１の切れ目を有する、第１の略環状の導電性要素及び第２の略環状の導電性要素と、
前記第１の平面と前記第２の平面との間を横切って延び、前記第１の略環状の導電性要素の前記第１の端部を前記第２の略環状の導電性要素の前記第２の端部に接続する第１のビアと、
前記第１の平面と前記第２の平面との間を横切って延び、前記第１の略環状の導電性要素の前記第２の端部を前記第２の略環状の導電性要素の前記第１の端部に接続する第２のビアであって、それにより前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性要素を接続してメビウスストリップを形成する、第２のビアと
を備える、請求項１２に記載の共振回路。
［請求項１６］
前記第１の略環状の導電性要素は前記第１の切れ目の場所において第１のポートにエッジ結合され、前記第１の切れ目から円周方向に１８０度の場所において第２のポートにエッジ結合される、請求項１５に記載の共振回路。
［請求項１７］
前記第１の略環状の導電性要素は前記第１の切れ目から円周方向に９０度の場所において第１のポートにブロードサイド結合され、前記第１の切れ目から円周方向に−９０度の場所において第２のポートにブロードサイド結合される、請求項１５に記載の共振回路。
［請求項１８］
前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性要素はそれぞれ第２の切れ目を含み、各第２の切れ目は、前記略環状の導電性要素の中心点から径方向外向きに延在し、前記略環状の導電性要素の外周に沿って、前記第１の切れ目から約９０度だけ離れて位置し、前記第１の略環状の導電性要素及び前記第２の略環状の導電性要素のそれぞれの前記第２の切れ目は、それぞれの中心点から反対方向に延びる、請求項１５に記載の共振回路。
［請求項１９］
前記第１の略環状の導電性要素は前記第２の切れ目の場所において第１のポートにブロードサイド結合され、前記第１の切れ目から円周方向に１８０度にあり、前記第２の切れ目から円周方向に９０度にある場所において第２のポートにブロードサイド結合される、請求項１８に記載の共振回路。
［請求項２０］
約８ＧＨｚ以下の少なくとも一つの共振周波数を有する請求項１２に記載の共振回路。
［請求項２１］
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する発振器回路であって、前記所与の周波数は、前記デバイスに与えられる入力と、前記発振器回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの１つに少なくとも部分的に基づくものである、発振器回路と、
請求項１２に記載の共振回路と
を備えたデバイス。
［請求項２２］
前記共振回路を少なくとも部分的に覆い、前記デバイスによって生成される高次のモードを抑制する１以上の環状共振要素を更に備えた請求項２１に記載のデバイス。
［請求項２３］
前記デバイスにおける前記発振器回路の位相雑音は、１０ＭＨｚのオフセットにおいて約−１７５ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項２１に記載のデバイス。
［請求項２４］
基板一体型導波路であって、
第１の平面金属層と、
前記第１の層に対して平行な第２の平面金属層と、
前記第１の平面金属層と前記第２の平面金属層との間を横切るように延び、前記第１の平面金属層及び前記第２の平面金属層を互いに接続する複数のめっきされたビアと
を備えた基板一体型導波路と、
第１のポートと、
前記基板一体型導波路及び前記第１のポートに動作可能に結合されるメタマテリアル共振器と
を備える共振回路であって、
前記メタマテリアル共振器は略円形のリングを更に備え、該リングは、前記第１のポートと位置合わせされる第１の軸に沿って前記リングの両側にある第１の切れ目及び第２の切れ目を有し、該切れ目はそれぞれ前記円形リングの切断端を形成し、該リングの各切断端は、共通の方向に、かつ前記第１の軸と平行に延びる、共振回路。
［請求項２５］
前記メタマテリアル共振器は、略平面のスプリットリング共振器を構成する第１の同心スプリットリング要素及び第２の同心スプリットリング要素を備え、各同心スプリットリング要素は前記スプリットリング共振器の中心から径方向に延びる切れ目を有し、前記第１のスプリットリング要素の切れ目は前記第２のスプリットリング要素の切れ目と反対方向に延び、前記スプリットリング要素は第１のポート及び第２のポートに結合される、請求項２４に記載の共振回路。
［請求項２６］
前記第１の同心及び前記第２の同心は、略平面の相補スプリットリング共振器を構成する、請求項２５に記載の共振回路。
［請求項２７］
前記共振回路は、共振回路の反対側にある第２のポートを更に備え、前記メタマテリアル共振器の前記第１の切れ目及び前記第２の切れ目はそれぞれ、前記共振回路の前記第１の軸に沿って前記第１のポート及び前記第２のポートと位置合わせされる、請求項２４に記載の共振回路。
［請求項２８］
前記リングの各切断端は前記第１のポートに向かう方向に延びる、請求項２４に記載の共振回路。
［請求項２９］
前記共振回路は約２５ＧＨｚ以下の少なくとも１つの共振周波数を有するように構成される、請求項２４に記載の共振回路。
［請求項３０］
デバイスであって、
所与の周波数において電気信号を出力する発振器回路であって、前記所与の周波数は、前記デバイスに与えられる入力と、前記発振器回路の能動部品内の内部雑音又は非線形性とのうちの１つに少なくとも部分的に基づくものである、発振器回路と、
請求項２４に記載の共振回路と
を備えたデバイス。
［請求項３１］
前記共振回路の前記メタマテリアル共振器に結合される１以上のバラクタダイオードを備えた請求項３０に記載のデバイス。
［請求項３２］
前記デバイスの前記発振器回路の位相雑音は、例えば、１ＭＨｚオフセットにおいて約１１５．２ｄＢｃ／Ｈｚ以上である、請求項３０に記載の共振回路。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ．１Ｂ】
2019024207.tif 000029
【図１Ｃ．１Ｄ】
2019024207.tif 000030
【図１Ｅ．１Ｆ】
2019024207.tif 000031
【図２Ａ．２Ｂ】
2019024207.tif 000032
【図２Ｃ．２Ｄ】
2019024207.tif 000033
【図２Ｅ．２Ｆ】
2019024207.tif 000034
【図３Ａ．３Ｂ】
2019024207.tif 000035
【図３Ｃ．３Ｄ】
2019024207.tif 000036
【図４Ａ．４Ｂ】
2019024207.tif 000037
【図４Ｃ．４Ｄ】
2019024207.tif 000038
【図５Ａ．５Ｂ】
2019024207.tif 000039
【図５Ｃ．５Ｄ】
2019024207.tif 000040
【図５Ｅ】
2019024207.tif 000041
【図６Ａ】
2019024207.tif 000042
【図６Ｂ】
2019024207.tif 000043
【図６Ｃ】
2019024207.tif 000044
【図６Ｄ】
2019024207.tif 000045
【図６Ｅ】
2019024207.tif 000046
【図７】
2019024207.tif 000047
【図８】
2019024207.tif 000048
【図９】
2019024207.tif 000049
【図１０Ａ．１０Ｂ】
2019024207.tif 000050
【図１０Ｃ】
2019024207.tif 000051
【図１１Ａ．１１Ｂ】
2019024207.tif 000052
【図１２】
2019024207.tif 000053
【図１３Ａ．１３Ｂ】
2019024207.tif 000054
【図１４Ａ．１４Ｂ】
2019024207.tif 000055
【図１４Ｃ】
2019024207.tif 000056
【外国語明細書】
2019024207000001.pdf