(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、
このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、
前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、
を備え、
前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方は、前記セルに供給される電流に基づいて制御される絶縁回路。
【請求項２】
少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、
このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、
前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、
を備え、
前記第１導体は略８の字形状をしており、この形状の少なくとも１箇所に切れ目を形成した絶縁回路。
【請求項３】
前記給電量制御部は、前記給電量を変化させることで前記回路部の特性を変化させる
請求項１または２記載の絶縁回路。
【請求項４】
前記回路部が所望の特性となるように、前記給電量制御部に前記給電量を予め設定する
請求項１乃至３のうち何れか記載の絶縁回路。
【請求項５】
前記セル領域は複数のエリアに分割され、当該エリアごとに前記給電量制御部が前記給電量を制御する
請求項１乃至４のうち何れか記載の絶縁回路。
【請求項６】
前記回路部が配置された回路層と、
前記セル領域が配置されたセル領域層と、
前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、前記回路層および前記セル領域層とは異なる層に設けた、外部からのノイズを反射するシールド層と、
を備えた請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の絶縁回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の絶縁回路と、
この絶縁回路から出力された信号を検出する信号検出部と、
前記給電量制御部に前記給電量の値を与えるために、前記信号検出部の検出結果に基づいて、前記絶縁回路を所望の特性とする前記給電量の値を演算する給電量演算部と、
を備えた絶縁回路の特性調整システム。
【請求項８】
少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、
このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、
前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、
を具備する絶縁回路と、
前記絶縁回路の外部に配置され、前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、外部からのノイズを反射する第１のシールドと、
前記絶縁回路の外部に配置され、前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、前記ノイズを反射する第２のシールドと、を備え、
前記絶縁回路は前記第１のシールドと前記第２のシールドとに挟まれている
絶縁回路のシールド装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の絶縁回路、請求項７記載の絶縁回路の特性調整システムまたは請求項８記載の絶縁回路のシールド装置をワンチップ化した
チップ。
【請求項１０】
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の絶縁回路から出力された信号を検出して、
前記給電量制御部に前記給電量の値を与えるために、検出した前記信号の結果に基づいて、前記絶縁回路を所望の特性とする前記給電量の値を演算して、
前記給電量制御部が前記給電量の値の給電量を前記給電路に供給する
絶縁回路の特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側と出力側とで電気的に絶縁を図る絶縁回路、絶縁回路の特性調整システム、絶縁回路のシールド装置および絶縁回路の特性調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁回路は入力側と出力側とで電気的に絶縁を図るために用いられている。絶縁回路としては主にトランスが知られている。圧電トランスの絶縁回路に関する技術が特許文献１に開示されている。図９は絶縁回路としてトランスを用いた回路の等価回路の一例を示している。この等価回路では、入力回路１０１とトランス１０２と出力回路１０３とを有している。入力回路１０１は信号を入力する回路であり、出力回路１０３は信号を出力する回路である。また、トランス１０２は電気的な絶縁を図る回路である。
【０００３】
入力回路１０１は交流電源１０４と入力インピーダンス１０５とを有しており、交流電源１０４はシグナルグランドＳＧに接続される。入力回路１０１から給電された信号はトランス１０２の第１の入力ポート１０６に入力される。そして、トランス１０２の電磁界結合の作用により信号は第１の出力ポート１０７から出力される。そして、出力回路１０３に信号が入力される。出力回路１０３は終端抵抗１０８と電流計１０９とを有している。従って、信号が出力回路１０３から出力される。
【０００４】
なお、図９では、ＤＣ的に絶縁を行うために、トランス１０２の第２の入力ポート１１０にはシグナルグランドＳＧを接続し、第２の出力ポート１１１にはフレームグランドＦＧを接続する。また、図９のコンデンサ１１２は浮遊容量を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１８８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁回路を用いた回路構成は、一般的に図９に示したような構成になる。絶縁回路は物理的な回路設計により製造され、絶縁回路の機能は一意に定まる。絶縁回路では電気的な絶縁を図りながら、信号を１次側（入力側）から２次側（出力側）に伝達する。従って、使用可能な信号の周波数は絶縁回路の設計に依存し、当該信号の周波数帯域も所定の範囲になる。例えば、１ＧＨｚ帯に対応可能な絶縁回路の回路設計を行ったときに、当該絶縁回路を用いて２ＧＨｚ帯の信号を使用することはできない。
【０００７】
従って、当該絶縁回路を用いて２ＧＨｚ帯の信号を伝達させるためには、絶縁回路自体を交換する必要が生じる。このとき、使用する絶縁回路が異なる回路に変更されるため、基板の交換や回路パターンの変更も余儀なくされる。従って、基板に形成されている回路全体の大幅な変更が必要になる。
【０００８】
従って、製造された絶縁回路で使用可能な信号の周波数は限定される。これは、信号の周波数だけでなく、信号の位相についても同様である。つまり、製造された絶縁回路に応じて位相特性は一意に定まり、絶縁回路に異なる位相特性を持たせるようとすると、やはり絶縁回路の交換を必要とし、回路全体の大幅な変更を余儀なくされる。
【０００９】
また、絶縁回路は回路設計により固定された特性を持つ。従って、絶縁回路の作用を受ける信号の入力インピーダンスに不整合を生じる。特に、使用する周波数帯域の両端で大きな不整合を生じる。また、信号の損失も絶縁回路の回路設計により固定されており、大きな信号損失を生じる場合もある。
【００１０】
前述したように、使用する信号の周波数等に応じて絶縁回路の回路設計を行う。このとき、使用する信号の周波数が低くなると、絶縁回路を実装する実装基板の面積も大きくなる。さらには、基板の比誘電率や多層化されたプリブレグ、板厚、エッチング製法によるオーバー／アンダーエッジによる特性インピーダンスのバラツキを生じる。
【００１１】
従って、絶縁回路の機能は一意に定まり、使用可能な信号も絶縁回路の特性によって決まる。つまり、絶縁回路の特性は回路設計により固定されている。仮に、絶縁回路の特性に適さない信号を用いた場合には、当該信号は絶縁回路を通過しないか、或いは信号に著しい劣化を生じる。このため、当該信号を用いる場合には、絶縁回路の交換を必要とする。
【００１２】
そこで、本発明は、簡単な制御で絶縁回路の特性を調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するため、本発明の絶縁回路は、少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、を備え、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方は、前記セルに供給される電流に基づいて制御される。
また、本発明の絶縁回路は、少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、を備え、前記第１導体は略８の字形状をしており、この形状の少なくとも１箇所に切れ目を形成した。
【００１４】
本発明によれば、給電路に供給する給電量を制御することで、セル領域およびその近傍の空間の誘電率や透磁率をコントロールできる。誘電率や透磁率が変化する作用が回路部に及ぼされ、これにより回路部の特性を制御できる。従って、絶縁回路を新たに設計する必要はなく、任意の特性を持つ絶縁回路を得ることができる。
【００１５】
また、前記給電量制御部は、前記給電量を変化させることで前記回路部の特性を変化させるようにしてもよい。
【００１６】
給電量制御部が給電量を変化させることで、誘電率や透磁率が変化して、その作用が回路部に及ぼされる。これにより、回路部の特性が変化する。給電量を適宜の値に変化させることで、回路部の特性を変化させることができる。
【００１７】
また、前記回路部が所望の特性となるように、前記給電量制御部に前記給電量を予め設定するようにしてもよい。
【００１８】
給電量を回路部の特性に応じて予め設定することができる。これにより、回路部の特性に応じた絶縁回路を用いることができる。なお、予め設定する給電量は任意の値に設定することができる。
【００１９】
また、前記セル領域は複数のエリアに分割され、当該エリアごとに前記給電量制御部が前記給電量を制御するようにしてもよい。
【００２０】
セル領域を複数のエリアに分割して、各エリアの給電量を制御することで、エリアごとに誘電率や透磁率を変化させることができる。回路部は所定の領域を有しており、回路部の領域ごとに特性を変化させることができる。
【００２３】
また、前記回路部が配置された回路層と、前記セル領域が配置されたセル領域層と、前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、前記回路層および前記セル領域層とは異なる層に設けた、外部からのノイズを反射するシールド層と、を備えてもよい。
【００２４】
絶縁回路を複数層構造にして、シールド層を備えるようにする。これにより、シールド層の効果により、外部からのノイズを遮断することができ、絶縁回路を通過する信号の純度を確保することができる。特に、回路層およびセル領域層の上層および下層にシールド層を設けて挟み込む構造とすることで、より外部からのノイズを遮断することができる。
【００２５】
また、本発明の絶縁回路の特性調整システムは、前述のうち１つの絶縁回路と、この絶縁回路から出力された信号を検出する信号検出部と、前記給電量制御部に前記給電量の値を与えるために、前記信号検出部の検出結果に基づいて、前記絶縁回路を所望の特性とする前記給電量の値を演算する給電量演算部と、を備えてもよい。
【００２６】
信号検出部により信号を検出して、その検出結果に基づいて給電量の値を演算して調整することで、所望の特性を持つ絶縁回路を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の絶縁回路のシールド装置は、少なくとも１つのキャパシタンス成分を含む第１導体と、この第１導体に接続されインダクタンス成分を含み共通電位に短絡された第２導体と、前記第１導体および前記第２導体と非接触で設けられる給電路とを有するセルの作用を受ける信号の波長よりも小さいサイズで構成した前記セルを複数配列したセル領域と、このセル領域を構成する各セルの前記給電路に供給する給電量を制御することで、前記セル領域の誘電率と透磁率との何れか一方または両方を制御する少なくとも１つの給電量制御部と、前記誘電率と前記透磁率との何れか一方または両方の作用を受ける位置に配置され、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる回路部と、を具備する絶縁回路と、前記絶縁回路の外部に配置され、前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、外部からのノイズを反射する第１のシールドと、前記絶縁回路の外部に配置され、前記セル領域と前記給電量制御部とをさらに有し、前記ノイズを反射する第２のシールドと、を備え、前記絶縁回路は前記第１のシールドと前記第２のシールドとに挟まれている。
【００２８】
絶縁回路の上方に第１のシールドおよび下方に第２のシールドを配置することで、外部からのノイズを反射させることができ、絶縁回路を通過する信号の純度を確保することができる。
【００２９】
また、本発明のチップは、前述のうち何れか１つの制御回路、絶縁回路の特性調整システムまたは絶縁回路のシールド装置をワンチップ化することができる。
【００３０】
前述した各回路は１つのチップにワンチップ化することにより、回路サイズのコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
また、本発明の絶縁回路の特性調整方法は、前述した何れか１つの絶縁回路から出力された信号を検出して、前記給電量制御部に前記給電量の値を与えるために、検出した前記信号の結果に基づいて、前記絶縁回路を所望の特性とする前記給電量の値を演算して、前記給電量制御部が前記給電量の値の給電量を前記給電路に供給する
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、給電路に供給する給電量を変化させることで、セル領域およびその近傍の空間の誘電率や透磁率が変化する。誘電率や透磁率が変化する作用が回路部に及ぼされ、これにより回路部の特性が変化する。従って、絶縁回路を新たに設計する必要はなく、給電量を変化させることで、任意の特性を持つ絶縁回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】絶縁回路の側面図および上面図である。
【図２】セル領域の構成の一例を示す図である。
【図３】セル領域のセルの構成を示す図である。
【図４】図１の絶縁回路にシールド領域を積層した図である。
【図５】図１の絶縁回路を４層構造にした図である。
【図６】絶縁回路の特性調整システムの構成を示すブロック図である。
【図７】絶縁回路のシールド装置の構成を示すブロック図である。
【図８】何れかの回路をワンチップ化したチップの一例を説明した図である。
【図９】従来の絶縁回路の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の絶縁回路１を示している。絶縁回路１は入力側と出力側とで電気的に絶縁を図る回路である。絶縁回路１は複数層構造の積層体２により構成されている。図１の絶縁回路１は２層構造になっており、第１層（Ｌａｙｅｒ１）と第２層（Ｌａｙｅｒ２）とを有している。第１層には第１層基板３が、第２層には第２層基板４が積層されている。同図（ａ）は上面図を示しており、同図（ｂ）は側面図を示している。
【００３５】
まず、第１層について説明する。第１層は回路部５が形成されている回路層である。回路部５は第１層基板３に形成されており、入力側と出力側とを電気的に絶縁する回路になっている。ここでは、回路部５として所謂マーチャンドバランを適用しているが、絶縁回路であれば任意の回路を適用することができる。このために、回路部５は入力ポート１０と第１線路１１と第２線路１２と第３線路１３と第４線路１４とオープン端１５とフレームグランド１６と第１出力ポート１７とシグナルグランド１８と第２出力ポート１９とを備えている。
【００３６】
第１線路１１と第２線路１２とは接続されているが、第１線路１１および第２線路１２と第３線路１３と第４線路１４とは相互に非接触で離間している。これにより、回路部５は絶縁回路を構成している。第１線路１１と第３線路１３とは平行であり、第２線路１２と第４線路１４とは平行であることが望ましい。
【００３７】
第１線路１１の一端には入力ポート１０が接続され、他端には第２線路１２が接続される。第２線路１２の一端には第１線路１１が接続され、他端にはオープン端１５が接続される。第３線路１３の一端にはフレームグランド１６が接続され、他端には第１出力ポート１７が接続される。第４線路１４の一端にはシグナルグランド１８が接続され、他端には第２出力ポート１９が接続される。第３線路１３にフレームグランド１６を接続し、第４線路１４にシグナルグランド１８を接続していることから、回路部５はＤＣ的に完全に絶縁された状態になっている
【００３８】
次に、第２層（Ｌａｙｅｒ２）について説明する。第２層基板４にはセル領域２０が形成されるセル領域層である。第２層は第１層の下部に積層されているが、第１層の上部に積層されてもよい。また、同層であってもよい。図１に示すように、セル領域２０はセル領域２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの４つの領域に分割されている。これら４つのセル領域２０Ａ〜２０Ｄに第１線路１１〜第４線路１４が対応して設けられている。なお、第１層基板３が介在しているため、同図（ａ）の上面図では第１層基板３が表されていないが、説明のため、第１層基板３の図示を省略している。
【００３９】
各セル領域２０Ａ〜２０Ｄはアイソレーション２０Ｉにより十字状に区画形成されている。従って、各セル領域２０Ａ〜２０Ｄの間は電気的に絶縁がされた状態になっている。図１では、十字状に区画形成をしたが任意の手法で区画形成をしてもよく、また区画形成をしなくてもよい。つまり、１つのセル領域２０のみで構成してもよい。また、５つ以上にセル領域２０を区画形成してもよい。
【００４０】
セル領域２０Ａ〜２０Ｄはほぼ同じ構成をしており、縦横に多数のセル２１を２次元的に配列している。図２は、セル領域２０Ａの一例を示しているが、セル領域２０Ｂ〜２０Ｄも同様の構成をしている。同図に示すように、セル領域２０Ａは多数のセル２１が縦横に２次元的に配列されている。セル２１の配列は１次元的でもよいし、３次元的でもよいが、ここでは２次元的に縦横に配列されているものとする。
【００４１】
各セル領域２０はＣＲＬＨ（Composite Right and Left Handed）構造として機能させることができる。ＣＲＬＨ構造は右手系左手系複合構造となり、誘電率および透磁率が正の値となるＲＨ系（右手系）と誘電率および透磁率が負の値となるＬＨ系（左手系）との複合構造になる。右手系の構造は自然界の物質にある振る舞いをするが、左手系の構造は自然界にはない振る舞いをする。つまり、左手系構造は人工物質により構成される。この左手系の構造物はメタマテリアルとも呼ばれる。
【００４２】
各セル２１のサイズは極めて微小になっている。セル領域２０は第１層に配置されている回路部５（絶縁回路）の特性を変化させることを目的として設けられている。各セル２１のサイズは極めて微小になるが、少なくともマーチャンドバランを流れる信号（高周波信号）の波長λよりも小さいサイズになり、実際には波長λよりも十分に小さいサイズになる。
【００４３】
図３は１つのセル２１の構成を示ししている。同図に示すように、セル２１は、第１導体２２と第２導体２３と給電路２４とを備えて構成している。第１導体２２は表面電流を流すために設けた導電性物質である。第１導体２２には少なくとも１つのキャパシタンスが含まれている。ここでは、この条件を満たすために、略８の字形状を採用し、上下２箇所に間隙部（第１導体２２の切れ目）Ｃ１、Ｃ２を設けている。間隙部Ｃ１、Ｃ２によってキャパシタンスを形成する。
【００４４】
第１導体２２は導電性物質であり、少なくとも１つのキャパシタンスを含んでいればよく、その形状は任意の形状が適用される。例えば、略四角、略三角、或いは所定の平面形状を採用してもよい。ただし、何れの形状を採用するにしても、少なくとも１つのキャパシタンスを含むようにする。キャパシタンスは第１導体２２の何れかの位置に形成されていればよく、その位置は限定されない。なお、セル２１のサイズとして、セルの各辺の長さ（例えば、第１導体２２の平面上の縦、横の長さ、１つのセル２１における給電路２４の長手方向の長さ等）が挙げられる。
【００４５】
第２導体２３はビア（スルーホール）として形成されており、図３の紙面に直交する方向に延在している。図３では第２導体２３は第１導体２２の略８の字形状の交点に設けているが、第１導体２２の任意の位置に設けてもよい。第２導体２３は図示しない共通電位（例えば、グランド）に短絡（ショートスタブ）されている。これにより、第２導体２３はインダクタンスを持つ。なお、第２導体２３はインダクタンスを持つ導体であれば、ビア以外のものを適用してもよい。
【００４６】
給電路２４は電流が流れる電流路である。図３の紙面直交方向において、給電路２４は第１導体２２と異なる高さ位置に配置している。これにより、第１導体２２と給電路２４とは非接触となる。且つ、給電路２４と第２導体２３とは非接触となるように構成している。従って、給電路２４には少なくとも第２導体２３の径よりも大きな孔が貫通されており、この孔に第２導体２３が給電路２４と非接触に挿嵌されている。
【００４７】
給電路２４には給電量制御部２５が接続されている。この給電量制御部２５は給電路２４に給電を行って、電流を流す電流源として作用すると同時に、給電量（電流量）を適宜に制御することができる。図３では、給電量制御部２５と給電路２４とを接続して給電を行う接触給電を示しているが、非接触給電（例えば、無線による給電）により給電を行ってもよい。
【００４８】
給電量制御部２５は、多数のセル２１に対して個別的に給電を行うことができ、また多数のセル２１のうち所定数のセル２１に対して同一の給電量制御部２５が給電を行うことができる。例えば、１列に配列されている複数のセル２１の給電路２４を接続して、同一の給電量制御部２５から給電を行うようにしてもよい。給電の方法は任意であり、例えば電波の輻射により給電を行うようにしてもよい。また、１つの給電量制御部２５からセル領域２０Ａの全てのセル２１に給電を行うように構成してもよい。
【００４９】
従って、各セル２１に対しての給電の態様によっては、セル２１の個数分の給電量制御部２５を設ける場合もあり、またそれよりも少ない個数の給電量制御部２５を設ける場合もある。つまり、給電の態様にもよるが、給電量制御部２５の個数は少なくとも１つ以上となる。
【００５０】
給電路２４に給電されることにより、電流（高周波電流でも低周波電流でもよい）が流れる。これにより、図３に示すように、磁界Ｍが発生する。磁界Ｍが発生することにより、第１導体２２に表面電流が流れる。この表面電流の大きさは給電路２４の給電量（電流量）に比例する。
【００５１】
第１導体２２に表面電流が流れることにより、キャパシタンスＣ１、Ｃ２に電荷が蓄積され、且つ第２導体２３に電流が流れる。これにより、給電路２４の給電量に応じた一定の共振周波数を持つＬＣ共振回路が構成される。従って、１つのセル２１はＬＣ共振回路を構成し、当該セル２１を縦横に多数配列することで、ＬＣ共振回路が多数配列された状態になる。
【００５２】
ただし、各セル２１は隣接するセル２１とは近接した位置に配置するが、相互に非接触に配列する。これにより、１つのセル２１と当該セル２１の周囲のセル２１との間に浮遊容量が発生する。この浮遊容量もＬＣ共振回路のキャパシタンスを構成する。浮遊容量は、第１導体２２の表面電流に依存することから、給電路２４の給電量に比例する。
【００５３】
図２のように、信号の波長λよりも十分に小さい微小サイズのセル２１を２次元的に近接且つ非接触で多数配列することで、一定面積を有するセル領域２０Ａが構成される。つまり、セル領域２０Ａは微小サイズのＬＣ共振回路がアレイ状に多数配列された状態になる。この構造はＣＲＬＨ構造として機能させることができる。
【００５４】
セル領域２０Ａを構成する各セル２１の給電路２４に対して給電量制御部２５が給電を行う。これにより、ＬＣ共振回路において共振を引き起こし、セル領域２０Ａおよびその近傍の空間の誘電率や透磁率が決定される。そして、給電量制御部２５が給電量を変化させることにより、誘電率や透磁率が変化する。すなわち、給電量を制御することで、セル領域２０Ａおよびその近傍の空間の誘電率や透磁率を制御できる。
【００５５】
前述したように、セル領域２０Ａは多数のセル２１をＬＣ共振回路として配列した構成となっており、給電量に応じて、誘電率や透磁率を制御することができる。従って、誘電率と透磁率とのうち一方または両方を制御することで、信号に対して振幅や位相、遅延等を変化させる等の所望の作用を与えることができる。
【００５６】
図１に示すように、第２層のセル領域２０Ａ〜２０Ｄにより、その近傍の空間の誘電率と透磁率との少なくとも一方または両方が制御される。ここでは、誘電率が制御されるものとするが、透磁率でもよいし、両者でもよい。セル領域２０Ａ〜２０Ｄの誘電率が制御されると、その近傍の空間の誘電率が変化する。
【００５７】
図１に示すように、回路部５は第１層（Ｌａｙｅｒ１）の第１層基板３に配置されている。従って、回路部５はセル領域２０Ａ〜２０Ｄの誘電率や透磁率の作用を受ける位置（例えば、セル領域２０Ａ〜２０Ｄに対し二次元又は三次元の近傍の位置）に配置する。この作用が回路部５に及ぼされて、回路部５の特性が変化する。つまり、マーチャンドバランの特性が変化する。
【００５８】
ところで、絶縁回路は、その物理的な回路設計により特性が一意に定まり、使用される信号の周波数や位相特性は予め定められた範囲のものとなる。つまり、通常の絶縁回路の特性は固定されている。例えば、１ＧＨｚ帯の回路設計の絶縁回路を用いている場合に、２ＧＨｚ帯の信号を当該絶縁回路に使用することはできない。また、位相特性も同様である。さらには、絶縁回路には入出力インピーダンス特性、通過ロス特性も存在しており、これらも絶縁回路の設計により固定されている。
【００５９】
従って、通常の絶縁回路はその回路設計により、絶縁回路の特性は固定されている。従って、異なる特性の絶縁回路を使用する場合には、絶縁回路の交換を必要とする。そこで、本実施形態では、絶縁回路１を交換することなく、絶縁回路の特性を自由に変化させる。このために、セル領域２０と回路部５とを積層しており、給電量制御部２５を用いてセル領域２０に給電を行うことにより、誘電率や透磁率の制御を行う。前述したように、誘電率や透磁率を制御することで、絶縁回路１を通る信号に対して振幅や位相、遅延、インピーダンス、通過ロス特性等が変化する。これにより、絶縁回路１の特性が変化する。
【００６０】
回路部５はマーチャンドバランであり、入力ポート１０からは単相信号（シングルエンド信号）が入力される。この単相信号は第１線路１１を伝送される。第１線路１１に単相信号が流れることにより第２線路１２に信号が流れ、そして電磁界結合の作用により、第３線路１３、第４線路１４に信号が流れる。このときに、第３線路１３と第４線路１４との両者に信号が流れ、しかも２つの信号が逆相になる。これにより、入力ポート１０から入力された単相信号は差動信号に変換されて、第１出力ポート１７および第２出力ポート１９から出力される。以上により、マーチャンドバランの機能が果たされる。
【００６１】
マーチャンドバランは絶縁回路であり、絶縁回路１の特性が１ＧＨｚ帯の信号には対応しているが、２ＧＨｚ帯の信号には対応していないことがある。この場合に、２ＧＨｚ帯の差動信号を出力することができない。そこで、給電量制御部２５は給電路２４を流れる給電量をコントロールする。
【００６２】
これにより、各セル領域２０Ａ〜２０Ｄおよびその近傍の誘電率や透磁率が変化する。この誘電率や透磁率の作用を回路部５が受けることにより、回路部５の特性（信号の通過帯域特性）が変化する。これにより、絶縁回路１は２ＧＨｚ帯の単相信号を差動信号に変換することができるようになる。つまり、単に給電量制御部２５の給電量を変化させるだけで、絶縁回路１の特性そのものを変化させることができる。これにより、絶縁回路１の特性、ここではマーチャンドバランの特性を変化させることができ、異なる周波数帯域の信号を単相信号から差動信号に変換することができる。
【００６３】
給電量制御部２５の給電量を変化させることで、セル領域２０Ａ〜２０Ｄおよびその近傍の誘電率と透磁率との一方または両方をコントロールできることで、使用可能な周波数帯域を可変にするだけでなく、信号の位相特性や通過時の損失特性、入出力インピーダンス特性、信号の減衰量特性等、様々な特性を制御することができる。
【００６４】
例えば、回路設計された絶縁回路は相当程度の入出力インピーダンス特性に不整合を生じるが、給電量制御部２５が給電量を変化させることで、入出力インピーダンス特性を制御することができる。これにより、給電量を最適に制御することで、入出力インピーダンス特性を完全にインピーダンスマッチングさせることができ、信号の反射をなくすことができる。
【００６５】
以上において、セル領域２０は４つのセル領域２０Ａ〜２０Ｄに分割して、それぞれをアイソレーションするようにしたが、分割数は任意に設定することができる。ここでは、第１線路１１〜第４線路１４のそれぞれに対応してセル領域２０Ａ〜２０Ｄを設けているため、分割数を４としている。従って、第１線路１１の特性はセル領域２０Ａにより制御され、第２線路１２の特性はセル領域２０Ｂにより制御され、第３線路１３の特性はセル領域２０Ｃにより制御され、第４線路１４の特性はセル領域２０Ｄにより制御される。
【００６６】
前記したように、セル領域２０の分割数を任意にすることができ、分割したそれぞれのセル領域が異なる誘電率や透磁率で制御する。例えば、第１線路１１の半分と残り半分とを異なる特性に制御するようにしてもよい。また、セル領域２０の分割の仕方は十字状に限らず、斜め方向に分割してもよい。ただし、分割したセル領域はアイソレーションが取れるようにしておく。セル領域２０の分割数を多くすることにより、回路部５の各所で特性を変化させることができる。つまり、分割数を多くすることで、回路部５の持つ特性のパラメータの調整精度をより細かくすることができる。
【００６７】
次に、図４を用いて、第１変形例を説明する。第１変形例の絶縁回路１は少なくとも３層の積層構造となっている。つまり、第１層は第１層基板３にマーチャンドバラン回路が配置され、第２層は第２層基板４にセル領域２０が配置され、第３層（Ｌａｙｅｒ３）は第３層基板３１にシールド領域３２が配置される。シールド領域３２はセル領域２０と同じ構成を採用しており、多数のセル２１を縦横に配列することで、ＬＣ共振回路を多数配列した構成とする。ただし、シールド領域３２はアイソレーションがされておらず、領域が分割されていない。
【００６８】
従って、シールド領域３２も、多数のセル２１が配列されており、各セル２１の給電量を自由にコントロールすることができる。これにより、誘電率や透磁率を自在に制御することができる。シールド領域３２は外部からノイズが混入することを防止するために設けている。外部からノイズが混入すると、絶縁回路１を通過する信号に影響を及ぼす。
【００６９】
シールド領域３２およびその近傍の誘電率や透磁率を制御することで、シールド領域３２の屈折率が変化して、外部からのノイズを反射させることができる。従って、図示しない給電量制御部は外部からのノイズを反射させるような誘電率や透磁率となるように各セル２１に対する給電量をコントロールする。これにより、回路部５の信号の純度に影響を及ぼすノイズを混入させないようにすることができる。
【００７０】
図５は、第２変形例を示している。図５は４層の積層構造をしている。第１層の第１層基板３には上層シールド３３を積層しており、第２層の第２層基板４には回路部５を積層している。第３層の第３層基板３１にはセル領域２０を積層しており、第４層（Ｌａｙｅｒ４）の第４層基板３５には下層シールド３４を積層している。第２変形例では回路部５は積層構造の内部に位置しており回路部５およびセル領域２０は上層シールド３３と下層シールド３４との間に挟まれた積層構造になっている。なお、図５で示した積層構造は４層構造となっているが、さらに多層構造としてもよい。図１、図４についても同様に５層以上の多層構造としてもよい。
【００７１】
セル領域２０は前述したように回路部５の特性を変化させる。上層シールド３３（上層シールド層）および下層シールド３４（下層シールド層）はセル領域２０と同様に、多数のセル２１を縦横に配列することで、ＬＣ共振回路を多数配列した構成となっている。ただし、上層シールド３３および下層シールド３４はアイソレーションされておらず、領域が分割されていない。
【００７２】
セル領域２０の各セル２１は給電量制御部２５により給電量が制御される。これにより、回路部５の特性を変化させる。上層シールド３３および下層シールド３４も多数のセル２１に対して図示しない給電量制御部により給電量を制御する。これにより、外部のノイズを反射するような特性を上層シールド３３および下層シールド３４に持たせる。つまり、上層シールド３３および下層シールド３４は、シールド領域３２と同じような特性を持つ。
【００７３】
これにより、上層シールド３３と下層シールド３４とにより挟まれた回路部５に外部からのノイズが混入しないため、回路部５の信号に対してノイズによる影響が及ぼされることがなくなる。図４で示したシールド領域３２だけでは、回路部５を１方向のノイズから保護を図ることができるが、反対方向のノイズから保護を図ることはできない。
【００７４】
そこで、回路部５を上層シールド３３と下層シールド３４とで挟むことにより、回路部５を双方向のノイズから保護することが可能になる。外部からのノイズを反射するように上層シールド３３および下層シールド３４の各セル２１の給電量をコントロールすることで、回路部５の信号をほぼ完全に保護することが可能になる。
【００７５】
次に、図６を参照して第３変形例について説明する。第３変形例では、絶縁回路１の特性を自動的且つ最適に調整することができる。同図は、絶縁回路の特性調整システム４０を示している。この絶縁回路の特性調整システム４０は、絶縁回路１と入力端４１とアッテネータ４２と出力端４３と信号検出部４４と特性制御部４５と給電量制御部４６とを備えている。また、特性制御部４５は調整量演算部４７と給電量演算部４８とアッテネータ制御部４９とを備えている。
【００７６】
絶縁回路１は、図１で示した絶縁回路１、図４で示した絶縁回路１、図５で示した絶縁回路１の何れを適用してもよい。ただし、給電量の調整を行うのは、セル領域２０Ａ〜２０Ｄに対してであり、回路部５の特性を変化させるために調整を行う。入力端４１から信号Ｓが入力される。アッテネータ４２は可変アッテネータであり、信号Ｓはアッテネータ４２により所定量の減衰が行われる。そして、信号Ｓは絶縁回路１に入力される。
【００７７】
絶縁回路１から出力された信号Ｓは出力端４３から出力される。このとき、信号Ｓは信号検出部４４に対しても入力される。信号検出部４４は信号Ｓのレベル（信号の振幅や電力等）を検出する。ここでは、信号Ｓのレベルを検出する。検出した信号レベルは特性制御部４５の調整量演算部４７に入力される。調整量演算部４７では、検出した信号レベルを認識する。
【００７８】
出力端４３から出力させる信号Ｓの信号レベルは所定の信号レベルにする必要がある。例えば、絶縁回路１により入出力インピーダンスの不整合が発生して、信号Ｓに反射が生じると、信号レベルに損失を生じる。そこで、調整量演算部４７は給電量演算部４８にその旨を出力する。そして、給電量演算部４８は、絶縁回路１による入出力インピーダンスがマッチングするような給電量の値を演算する。なお、信号Ｓの信号レベルがそれほど高くない場合には、アッテネータ４２の減衰量を変化させる必要はない。
【００７９】
演算した給電量の値は給電量制御部４６に出力され、給電量制御部４６により絶縁回路１の給電路２４に給電される。これにより、セル領域２０Ａ〜２０Ｄおよびその近傍の誘電率も変化して、インピーダンスのマッチングを実現することができる。従って、絶縁回路１から出力される信号Ｓの信号レベルも減衰せず高くなる。これにより、絶縁回路１の入出力インピーダンスが所望のインピーダンスとなることから、目的の信号レベルの信号Ｓを出力端４３から出力させることができる。
【００８０】
一方、入力端４１から入力された信号Ｓの信号レベルが過剰に高い場合もある。この場合には、信号検出部４４で高い信号レベルが検出される。セル領域２０Ａ〜２０Ｄの各セル２１への給電量を制御することで、信号レベルを低下させることもできる。ただし、絶縁回路１よりもアッテネータ４２の方が、より大きく信号レベルを低下させることができるので、信号レベルを低下させる幅が大きい場合には、アッテネータ４２を用いる。
【００８１】
このために、調整量演算部４７は信号Ｓの信号レベルを低下させる幅が大きい場合には、信号レベルの低下幅（減衰量）をアッテネータ制御部４９に通知する。アッテネータ制御部４９はこれにより、アッテネータ４２を制御する。従って、信号Ｓはアッテネータ４２により所定量の減衰が行われる。そして、減衰された信号Ｓが絶縁回路１に入力される。
【００８２】
調整量演算部４７は、アッテネータ４２で大きく減衰を行った上で、さらに信号Ｓを減衰させる量を認識する。この減衰は絶縁回路１のセル領域２０Ａ〜２０Ｄが行う。そのための給電量の値を給電量演算部４８が演算して、給電量制御部４６が各セル２１に給電を行う。これにより、信号Ｓを所望の信号レベルにして、出力端４３から出力させることができる。
【００８３】
絶縁回路１のセル領域２０Ａ〜２０Ｄの各セル２１の給電量をコントロールすることができるが、アッテネータ４２で減衰を行った方が大きな減衰量を得ることができる。そこで、アッテネータ４２で信号レベルを大きく減衰させて、絶縁回路１により微細に信号レベルの調整を行うことで、信号Ｓの信号レベルを所望のレベルにすることができる。
【００８４】
なお、特性制御部４５は、例えば図示しない外部のコンピュータによって実現することができる。すなわち、信号検出部４４の検出値を自動又は手動でコンピュータに取り込んで、この検出値に基づいて給電量の値又はアッテネータ４２の減衰量の値がコンピュータによって演算される。そして、これらの値が、コンピュータから自動又は手動で給電量制御部４６又はアッテネータ４２に与えられる。
【００８５】
従って、セル領域２０Ａ〜２０Ｄの各セル２１の給電量をコントロールすることで、絶縁回路１の特性を種々に変化させることができる。例えば、任意の周波数帯域の信号を使用することができ、入出力インピーダンスを自在に調整でき、減衰量のコントロールも行うことができる。しかも、図６のように、信号検出部４４が信号Ｓを検出して特性制御部４５が給電量制御部４６の給電量をコントロールすることで、自動的に且つ所望の絶縁回路１の特性を得ることができる。
【００８６】
ところで、図６では自動的に所望（最適）な絶縁回路１の特性を得ることができるが、絶縁回路１の特性調整システム４０を必要とする。この点、絶縁回路１の所望の特性が予め認識できていれば、絶縁回路１の特性調整システム４０を使用する必要はない。例えば、２ＧＨｚ帯の信号を使用する場合には、それに応じた給電量を図３の給電量制御部２５に設定することで、目的に応じた絶縁回路１の特性を得ることができる。
【００８７】
つまり、自動的に絶縁回路１の特性を調整するのではなく、予め所望の絶縁回路１の特性を設定しておくこともできる。例えば、次に１ＧＨｚ帯の信号を使用する場合には、図３の給電量制御部２５に１ＧＨｚ帯に応じた給電量を設定することで、１ＧＨｚ帯に応じた絶縁回路１を使用することができる。なお、１ＧＨｚ帯用の絶縁回路と２ＧＨｚ帯用とを別々に設計する場合においても、各々の給電量制御部２５へ設定する給電量を変更するだけで実現できるので、設計作業を容易にすることができる。
【００８８】
次に、図７を参照して第４変形例について説明する。第４変形例は、絶縁回路１の保護を図る絶縁回路のシールド装置５０の例である。同図に示すように、絶縁回路１は第１シールド５１と第２シールド５２とに挟まれている。絶縁回路１の環境下にはノイズＮが存在し、このノイズＮが絶縁回路１の信号に影響を及ぼす。
【００８９】
このために、第１シールド５１および第２シールド５２でノイズＮを反射する。第１シールド５１および第２シールド５２は、図１で示したセル領域２０のように縦横にセル２１を多数配列している。ただし、アイソレーションを取る必要はない。従って、給電量制御部２５の給電量を制御することで、第１シールド５１および第２シールド５２の特性を調整することができる。
【００９０】
この特性の調整は、以下の動作により行われる。ノイズＮはシールド制御装置５３のアンテナ６１に入力される。アンテナ６１に入力されたノイズＮは周波数解析部６２で周波数が解析されて、絶縁回路１の信号に対して影響を及ぼさないノイズＮであれば格別の動作を行う必要がない。つまり第１シールド５１および第２シールド５２をノイズＮが透過するようにしてもよい。
【００９１】
一方、ノイズＮが絶縁回路１の信号に対して影響を及ぼす周波数であることが周波数解析部６２で解析されたときには、アンテナ６１で検出されたノイズＮのレベルをレベル検出部６３が検出する。そして、給電量演算部６４は第１シールド５１および第２シールド５２の屈折率を制御することで、ノイズＮを十分に反射して遮断できるような給電量の値を演算する。そして、演算した給電量の値を給電量制御部６５に出力する。
【００９２】
給電量制御部６５は第１シールド５１および第２シールド５２の各セル２１に対して演算した給電量を供給する。これにより、第１シールド５１および第２シールド５２は誘電率が制御されることにより、屈折率が変化してノイズＮを反射するようになる。これにより、第１シールド５１と第２シールド５２との間の絶縁回路１の信号に対してノイズＮによる影響を与えないようにする。
【００９３】
ところで、図７の絶縁回路のシールド装置５０と図５で説明した上層シールド３３および下層シールド３４は同じ機能を有している。つまり、上層シールド３３（第１のシールド５１）と下層シールド３４（第２のシールド５２）との間に挟まれた絶縁回路１をノイズＮから保護している。その意味では、同じ機能を有している。
【００９４】
そこで、図５の上層シールド３３および下層シールド３４に図７のシールド制御装置５３を接続してもよい。この場合も、自動的に絶縁回路１を保護する最適なシールド効果を持たせることができる。
【００９５】
次に、図８を参照して、第５変形例を説明する。前述した絶縁回路１、絶縁回路の特性調整システム４０および絶縁回路のシールド装置５０は、誘電率が比較的高い基板を用いてワンチップ化することができる。誘電率が高い基板を用いることで、ワンチップ化したチップを小型化することができる。このとき、絶縁回路１および絶縁回路の特性調整システム４０の全部をワンチップ化してもよいし、一部をワンチップ化してもよい。
【００９６】
図８のチップ８０は、絶縁回路の特性調整システム４０をワンチップ化したチップ８０の例を示している。チップ８０は、前述した入力端４１と出力端４３の他、第１コントロールポート８１と第２コントロールポート８２とを備えている。入力端４１から信号Ｓが入力され、出力端４３から信号Ｓが出力される。信号Ｓは絶縁回路１を通過して、出力端４３から出力することができる。
【００９７】
前述したように、各セル２１の給電路２４の給電量を制御するための給電量制御部４６が設けられている。給電量制御部２５は電流を供給する電流源であり、これを第１コントロールポート８１や第２コントロールポート８２に設けられているポート（給電ポート）で実現することができる。
【００９８】
なお、チップ８０にＣＰＵやＡＬＣ（Automatic Level Control）、可変減衰器、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、ＰＬＬ（Phase locked loop）、電力分配合成器（Power Divider/Combiner）、アンテナ等が含まれる場合には、これらを制御するポートを第１コントロールポート８１や第２コントロールポート８２に設けるようにする。
【符号の説明】
【００９９】
１    絶縁回路
２    積層体
５    回路部
１０    入力ポート
１１    第１線路
１２    第２線路
１３    第３線路
１４    第４線路
２０    セル領域
２０Ｉ    アイソレーション
２１    セル
２２    導体
２３    ビア
２４    給電路
２５    給電量制御部
３２    シールド領域
３３    上層シールド
３４    下層シールド
４０    絶縁回路の特性調整システム
４４    信号検出部
４５    特性制御部
４６    給電量制御部
４７    調整量演算部
４８    給電量演算部
５０    絶縁回路のシールド装置
５１    第１のシールド
５２    第２のシールド
５３    シールド制御装置
６５    給電量制御部
８０    チップ
【図１】
0005688688.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005688688.tif 000005
【図５】
0005688688.tif 000006
【図６】
0005688688.tif 000007
【図７】
0005688688.tif 000008
【図８】
0005688688.tif 000009
【図９】
0005688688.tif 000010