(57)【要約】少なくとも二以上の導体配線層を有する多層誘電体基板（１）に形成された高周波回路であって、第１の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第１の螺旋導体配線（４）と、第１の螺旋導体配線と導通することなく第１の導体配線層とは異なる第２の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第２の螺旋導体配線（５）とを備え、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっており、第１の螺旋導体配線の巻き方向と第２の螺旋導体配線の巻き方向とは、反対向きであることを特徴とする。
2004095624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二以上の導体配線層を有する多層誘電体基板に形成された高周波回路であって、
第１の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第１の螺旋導体配線と、
前記第１の螺旋導体配線と導通することなく前記第１の導体配線層とは異なる第２の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第２の螺旋導体配線とを備え、
前記第１の螺旋導体配線と前記第２の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっており、
前記第１の螺旋導体配線の巻き方向と前記第２の螺旋導体配線の巻き方向とは、反対向きであることを特徴とする、高周波回路。
【請求項２】
前記多層誘電体基板は、三以上の導体配線層を有しており、
前記第１および第２の螺旋導体配線と導通することなく前記第１および第２の導体配線層とは異なる少なくとも一以上の第３の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線をさらに備え、
前記少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線は、前記第１および第２の螺旋導体配線と高さを違えて重なっており
前記第１〜第３の螺旋導体配線の内、互いに隣接する螺旋導体配線同士は、互いに反対向きの巻き方向を有することを特徴とする、請求項１に記載の高周波回路。
【請求項３】
各螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の高周波回路。
【請求項４】
隣接する二つの螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の高周波回路。
【請求項５】
前記第１〜第３の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備える、請求項２に記載の高周波回路。
【請求項６】
前記多層誘電体基板に形成されており、前記第１〜第３の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、
各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の高周波回路。
【請求項７】
前記積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは
前記第１の導体配線層上に前記第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、前記第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第４の螺旋導体配線と、
前記第２の導体配線層上に前記第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、前記第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第５の螺旋導体配線と、
前記第３の導体配線層上に前記第３の螺旋導体配線に隣接して形成されており、前記第３の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第６の螺旋導体配線とを含み、
前記第４〜第６の螺旋導体配線は、互いに高さを違えて重なっている、請求項６に記載の高周波回路。
【請求項８】
各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備える、請求項６に記載の高周波回路。
【請求項９】
前記第１および第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の高周波回路。
【請求項１０】
前記第１の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所と前記第２の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所とが前記第１の螺旋導体配線における螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、前記第１および第２の螺旋導体配線は、配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の高周波回路。
【請求項１１】
前記第１または第２の螺旋導体配線の最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備える、請求項１に記載の高周波回路。
【請求項１２】
前記多層誘電体基板に形成されており、前記第１および第２の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、
各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の高周波回路。
【請求項１３】
前記積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは、
前記第１の導体配線層上に前記第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、前記第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第７の螺旋導体配線と、
前記第２の導体配線層上に前記第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、前記第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第８の螺旋導体配線とを備え、
前記第７の螺旋導体配線と前記第８の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっている、請求項１２に記載の高周波回路。
【請求項１４】
各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備える、請求項１２に記載の高周波回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などの高周波信号を伝送、もしくは放射する高周波回路に関し、より特定的には、共振現象を発現することができる高周波回路に関する。
【背景技術】  近年、無線通信機器の小型化、高機能化が進み、それによって携帯電話の爆発的な普及が可能になった。今後も、さらなる小型化、高機能化、低コスト化が要求されると思われる。
携帯電話等の無線通信機器に搭載される高周波回路内では、フィルタやアンテナなどの回路を構成するために、共振器が構成要素として必要となる。
たとえば、共振器として、両端が開放された伝送線路からなる二分の一波長共振器が利用される。図２５Ａは、従来の二分の一波長共振器の上面図である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す従来の二分の一波長共振器の断面図である。
図２５Ａに示すような両端開放伝送線路９００から構成される二分の一波長共振器は、例えば２ＧＨｚを共振周波数とする場合、７．５ｃｍもの長さを必要とする。したがって、回路サイズを小型化するには、何らかの方法で、共振器長を低減する必要がある。一般に、高誘電率材料を回路基板９０１に用いれば、両端開放伝送線路９００の長さを伝送線路からなる共振器のサイズを低減できることが知られている。
一方、伝送線路からなる複数の共振器を電磁気的に結合させれば、最低次の共振周波数が低下することが一般的に知られている。図２６Ａは、二つの共振器を電磁気的に結合させた従来の共振器の上面図である。図２６Ｂは、図２６Ａに示す二つの共振器を電磁的に結合させた従来の共振器の断面図である。文献１（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ｐｐ．２７５  Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ２００３）に示されているように、二つの共振器に含まれる二本の平行結合線路９０２，９０３間の距離を近接させて結合させれば、共振器が一つ存在した場合に共振周波数ｆ０において生じた共振現象は起こらなくなる。その代わり、共振周波数ｆ１（＜ｆ０）における偶モードの共振現象と、共振周波数ｆ２（＞ｆ０）における奇モードの共振現象とが起こる。二つの共振器が強く結合するほど、ｆ１およびｆ２が、それぞれｆ０から離れた値へシフトする。したがって、共振周波数がｆ０である二つの共振器をより強く結合させることによって、より低い共振周波数ｆ１（より長い波長）で共振する共振器を提供することができるので、所望の共振周波数に対して、一つの共振器を用いるよりも共振器長が短い共振器が提供されることとなる。
しかし、低誘電率特性を有する樹脂などの基板材料は、高誘電率特性を有する基板材料よりも安価であるので、高誘電率材料を回路基板に用いて共振器のサイズを低減することは、回路全体を高誘電率材料の基板を用いて形成する方法、または共振器の個所のみを高誘電率材料を用いて形成する方法のいずれを用いても、コスト高につながるという課題を有する。
また、二つの共振器に含まれる二本の平行結合線路間の結合度を向上させて、共振周波数をシフトさせるためには、平行配置される線路間距離を極端に短縮しなければならない。したがって、配線の形成精度を飛躍的に向上させなければならない。しかし、製造プロセスの低コスト化が要求されている現状において、共振器において平行配置された線路間距離だけを極端に短縮することは現実的ではない。したがって、平行結合線路間隔を短縮することによって共振器長が短い共振器を提供することは、現実的ではない。
ゆえに、半導体プロセスや低温焼結セラミック基板の製造プロセス、樹脂基板の多層回路プロセスなどに適用可能な回路構造で共振器の小型化を図ることが、実用上好ましい解決手段である。
二つの伝送線路を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって、平行結合線路間において、高い結合度が得られると考えられる。図２７は、二つの伝送線路９０４，９０５を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって結合度を高くした従来の共振器の断面図である。しかし、図２７に示すように、二つの伝送線路を多層配線し、厚さ方向に交差させる方法にも、以下の二つの課題が存在する。
第一の課題は、二本の伝送線路９０４，９０５を平行に交差させることによって得られる容量が原因で低下する共振周波数の値には、限界があるというものである。上記方法によって電磁的な結合を強めることとしても、新たな共振周波数ｆ１は、基本周波数ｆ０の値を大きく下回ることはない。この方法は、結合線路の長さが電磁波の波長の二分の一である場合のみ共振を生じさせるものでしかなく、結合線路の線路長は、波長の二分の一と同程度を必要とすることに変わりがない。したがって、小型化には、限界があることとなる。
第二の課題は、平行結合線路において得られる共振現象では、良好なスプリアス阻止特性を得ることが困難であるというものである。実際の通信装置において、例えば帯域通過フィルタは、所望帯域の通過特性および所望帯域のごく近傍の周波数での阻止特性だけでなく、前段ブロックのさまざまな能動素子において発生した高調波成分の除去を目的としたスプリアス阻止特性が必要である。平行結合線路を基にした共振器は、基本周波数の二倍の周波数で生じる共振を抑制できないため、通信モジュールにおける使用には不適な点があった。
それゆえ、本発明の目的は、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本共振周波数の二倍付近の周波数において共振せず、構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い小型共振器を提供することである。また、さらなる本発明の目的は、伝送周波数の二倍波に対して阻止機能を有する小型フィルタ回路を提供することである。
【発明の開示】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。
本発明は、少なくとも二以上の導体配線層を有する多層誘電体基板に形成された高周波回路であって、第１の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第１の螺旋導体配線と、第１の螺旋導体配線と導通することなく第１の導体配線層とは異なる第２の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第２の螺旋導体配線とを備え、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっており、第１の螺旋導体配線の巻き方向と第２の螺旋導体配線の巻き方向とは、反対向きであることを特徴とする。
本発明の高周波回路において、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とが高さを違えて立体交差する部分付近では、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とを結合させる交差結合容量が発生している。したがって、第１の螺旋導体配線を流れる第１の高周波電流が、交差結合容量を介して第２の螺旋導体配線に移動することによって、第２の螺旋導体配線に第２の高周波電流が流れる。第１の高周波電流の流れる方向と第２の高周波電流の流れる方向とが同じ方向になるような結合が起こった場合、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線との交差部分は、同じ向きに電流が流れる偶モードが誘起された状態の平行結合線路とみなすことができる。第２の螺旋導体配線に沿って流れる第２の高周波電流は、交差結合容量を介して更に第１の螺旋導体配線に移動することも可能である。よって、本発明の高周波回路は、物理的なサイズを超えた長い波長の電磁波に対して共振現象を生じさせる共振器として機能する。容量回路は高域通過フィルタとしての機能があるので、本発明の高周波回路がより低い共振周波数で共振現象を発生させるためには、本発明の高周波回路を流れる高周波電流が交差結合容量を介する回数を少なくして、第１もしくは第２の螺旋導体配線を有効に用いて共振器長を実効的に増大せしめる配置が有効である。したがって、第１の螺旋導体配線の巻き方向と第２の螺旋導体配線の巻き方向とを反対方向にすることによって、より低い共振周波数で共振現象を発生させるという効果を得ることができる。
また、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象を捉えた場合、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放端がそれぞれ全体構造の開放端に相当するものとみなせる。したがって、当該開放端での電流分布は零となる。一方、本発明の高周波回路では、螺旋導体配線間の交差結合容量を介して、両螺旋導体配線を流れる電流が相互に移動しているので、両螺旋導体配線の交差個所付近では電流分布密度は零となりえない。同様に、基本モードの共振が起こる周波数に対する二倍の周波数の波長の信号が共振現象を起こすためには、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放端がそれぞれ全体構造の開放端に相当し、且つ、両螺旋導体配線の交差個所付近において電流分布密度が零となる必要がある。しかし、両螺旋導体配線は既に個別の螺旋導体配線としては機能せず、両螺旋導体配線間の結合を利用した共振現象のみしか発現できなので、両螺旋導体配線の交差個所付近で電流分布密度が零となる条件を満たすことができない。両螺旋導体配線の最外郭の開放端で分布電流密度が零となり、かつ両螺旋導体配線の交差個所付近でも電流密度が零とならずに共振が起こる条件を満たすのは、基本周波数の３倍の周波数である。なお、両螺旋導体配線間を貫通導体等を用いて機械的に接続したら、この効果を得ることはできない。
よって、特殊な材料を用いることなく、単純な構造により、従来よりも小型で、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を起こさず、かつ構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い高機能な共振器が低コストで提供されることとなる。
好ましくは、多層誘電体基板は、三以上の導体配線層を有しており、第１および第２の螺旋導体配線と導通することなく第１および第２の導体配線層とは異なる少なくとも一以上の第３の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線をさらに備え、少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線は、第１および第２の螺旋導体配線と高さを違えて重なっており、第１〜第３の螺旋導体配線の内、互いに隣接する螺旋導体配線同士は、互いに反対向きの巻き方向を有するとよい。
上記構成において、第１の螺旋導体配線に流れた電流によって第１の螺旋導体配線の中心を垂直に貫通する方向に磁場が発生する。発生した磁場は、近接交差する第２の螺旋導体配線の中心も垂直に貫通する。第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線との間には、交差個所において両者を結合させる容量が発生しているので、第１の螺旋導体配線と同じ方向に第２の螺旋導体配線にも電流が流れる。第２の螺旋導体配線が形成される導体配線層を垂直に横切る磁場は、近接交差する第３の螺旋導体配線も横切る。第２の螺旋導体配線と第３の螺旋導体配線との間には、交差個所において両者を結合させる容量が発生しているので、第２の螺旋導体配線と同じ方向に第３の螺旋導体配線にも電流が流れる。したがって、第１の螺旋導体配線と同じ方向に、第３の螺旋導体にも電流が流れる。この現象は、近接交差する螺旋導体配線の数が４以上であっても成立する。
複数の近接交差螺旋導体対の組み合わせ構造が更に長い共振器長の共振器として機能するためには、近接交差する螺旋導体配線対が最も長い共振器長の共振器として機能するための条件を、複数の近接交差螺旋導体配線対において満足することが必要である。このため、互いに隣接する螺旋導体配線の全ての組み合わせにおいて、巻き方向がそれぞれ逆向きに設定されることが、最も長い共振器長を実現するための条件になる。
よって、本発明の構成により、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、従来よりも小型な共振器を低コストに提供することができる。
好ましくは、各螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されているとよい。
より好ましくは、隣接する二つの螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、配置されているとよい。
好ましい実施形態では、第１〜第３の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備えるとよい。
これにより、小型共振器と外部回路との強い結合を、単純且つ小型な回路で実現することができる。
なお、螺旋導体配線と入出力線路とが同一導体配線層上に形成されていることが、回路構造単純化のためには好ましい。しかし、螺旋導体配線と入出力線路とを異なる導体配線層上に配置し、螺旋導体配線と入出力線路とを貫通導体によって電気的に接続しても、同様の効果が得られる。
好ましくは、多層誘電体基板に形成されており、第１〜第３の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されているとよい。
上記構成において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各螺旋導体配線間で空間的な容量が生じる。加えて、一方の積層螺旋導体配線共振器に電流が流れた場合、当該積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界は、当該積層螺旋導体配線共振器の外側においても磁束を閉じる。したがって、当該磁界は、多層誘電体基板に対して垂直な方向に向く。よって、この周辺に発生する磁界が十分な強さで他方の積層螺旋導体配線共振器を貫くように、他方の積層螺旋導体配線共振器を配置すれば、他方の積層螺旋導体配線共振器にも電流が流れる。ゆえに、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するだけで、所望の共振器間結合を得ることができる。また、積層螺旋導体配線共振器間の結合を配置間隔によって調整することができるという有利な効果は、高誘電率材料の使用など、追加プロセスを必要とせず得られるので、上記構成の高周波回路は、低コストに製造することができる。
好ましい実施形態では、積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは、第１の導体配線層上に第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第４の螺旋導体配線と、第２の導体配線層上に第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第５の螺旋導体配線と、第３の導体配線層上に第３の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第３の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第６の螺旋導体配線とを含み、第４〜第６の螺旋導体配線は、互いに高さを違えて重なっている。
好ましくは、各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備えるとよい。
上記構成は、各螺旋導体配線の共振器長よりも長い共振器長を有する積層螺旋導体配線共振器を複数用いて帯域通過フィルタ回路を実現する。各積層螺旋導体配線共振器自体は従来の平面共振器よりも省占有面積であるので、従来の平面共振器構造を用いる帯域通過フィルタ回路よりも省占有面積となる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも不要な通過特性を有してしまう。しかし、上記構成の高周波回路は、フィルタ回路を構成する積層螺旋導体配線共振器自体が基本波の二倍の周波数での共振現象を抑制する特性を有しているので、基本波の二倍の周波数帯域で不要な通過特性を示さないという有利な効果を有する。また、上記構成の高周波回路は、回路面積低減や、基本通過帯域の二倍の周波数での不要通過特性の抑制などの有利な効果を、高誘電率材料の使用など追加プロセスを必要とせず得るので、低コストに製造できる。
なお、螺旋導体配線の一部と入出力線路の一部とが直接接続されて結合されることが、外部回路と積層螺旋導体配線共振器との間に強い結合を得るためには好ましい。
これにより、外部回路から積層螺旋導体配線共振器へ、または積層螺旋導体配線共振器から外部回路へ伝達するエネルギー効率を向上することができるだけでなく、帯域が広いフィルタ特性を得ることができる。
好ましくは、第１および第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されているとよい。
これにより、第一の螺旋導体配線と第二の螺旋導体配線との間の交差部分付近において両者を結合させるべく発生している容量が増大する。したがって、両螺旋導体配線間の交差結合容量を介した電流の移動がより低周波でも発現できることとなる。よって、共振周波数の更なる低下、すなわち更なる小型共振器の提供が可能となる。
より好ましくは、第１の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所と第２の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所とが第１の螺旋導体配線における螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、第１および第２の螺旋導体配線は、配置されているとよい。
これにより、螺旋導体配線の螺旋の中心を中心点とした場合の単位回転あたりの距離が最も長くなっている最外郭導体配線において、両螺旋導体配線間の効果的な交差状態が実現できることとなる。したがって、両螺旋導体配線間の交差結合容量を介した電流の移動がより低周波でも発現できる。よって、共振周波数の更なる低下、すなわち更なる小型共振器の提供が可能となる。
好ましい実施形態では、第１または第２の螺旋導体配線の最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備えるとよい。
これにより、小型共振器と外部回路との強い結合を、単純且つ小型な回路で実現することができる。
なお、螺旋導体配線と入出力線路とが同一導体配線層上に形成されていることが、回路構造単純化のためには、好ましい。しかし、螺旋導体配線と入出力線路とを異なる導体配線層上に配置し、螺旋導体配線と入出力線路とを貫通導体によって電気的に接続しても、同様の効果が得られる。
好ましくは、多層誘電体基板に形成されており、第１および第２の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されているとよい。
上記構成において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各螺旋導体配線間で空間的な容量が生じる。加えて、一方の積層螺旋導体配線共振器に電流が流れた場合、当該積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界は、当該積層螺旋導体配線共振器の外側においても磁束を閉じる。したがって、当該磁界は、多層誘電体基板に対して垂直な方向に向く。よって、この周辺に発生する磁界が十分な強さで他方の積層螺旋導体配線共振器を貫くように、他方の積層螺旋導体配線共振器を配置すれば、他方の積層螺旋導体配線共振器にも電流が流れる。ゆえに、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するだけで、所望の共振器間結合を得ることができる。また、積層螺旋導体配線共振器間の結合を配置間隔によって調整することができるという有利な効果は、高誘電率材料の使用など、追加プロセスを必要とせず得られるので、上記構成の高周波回路は、低コストに製造することができる。
好ましい実施形態では、積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは、第１の導体配線層上に第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第７の螺旋導体配線と、第２の導体配線層上に第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第８の螺旋導体配線とを備え、第７の螺旋導体配線と第８の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっている。
好ましくは、各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備えるとよい。
上記構成は、各螺旋導体配線の共振器長よりも長い共振器長を有する積層螺旋導体配線共振器を複数用いて帯域通過フィルター回路を実現する。各積層螺旋導体配線共振器自体は従来の平面共振器よりも省占有面積であるので、従来の平面共振器構造を用いる帯域通過フィルタ回路よりも省占有面積となる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも不要な通過特性を有してしまう。しかし、上記構成の高周波回路は、フィルタ回路を構成する積層螺旋導体配線共振器自体が基本波の二倍の周波数での共振現象を抑制する特性を有しているので、基本波の二倍の周波数帯域で不要な通過特性を示さないという有利な効果を有する。また、上記構成の高周波回路は、回路面積低減や、基本通過帯域の二倍の周波数での不要通過特性の抑制などの有利な効果を、高誘電率材料の使用など追加プロセスを必要とせず得るので、低コストに製造できる。
以上のように、本発明は、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本共振周波数の二倍付近の周波数において共振しない小型共振器を提供し、さらには伝送周波数の二倍波に対して阻止機能を有する小型帯域通過フィルタ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】  図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路のＡＢ線に沿う概略断面図である。
図１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。
図１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
図２Ａは、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するために偶モードを示す図である。
図２Ｂは、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するために希モードを示す図である。
図３Ａは、平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために伝送線路を完全に平行に配置した場合を示す図である。
図３Ｂは、平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために伝送線路を長さ方向に半分ずらして、両者を平行に配置した場合を示す図である。
図３Ｃは、平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために、図３Ｂの構造を円状に曲げることによって、内側の信号導体配線と外側の信号導体配線とが二個所において結合ような配置とした場合を示す図である。
図４は、電流の流れを説明するために、螺旋導体配線４，５における点を示した図である。
図５は、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明するための図である。
図６は、二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する場合の螺旋導体配線のパターンを示す図である。
図７Ａは、最外郭形状が円形である螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。
図７Ｂは、最外郭形状が円形である螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
図８Ａは、両螺旋導体配線の開放終端個所が両螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向にある状態を示す図である。
図８Ｂは、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を９０度回転した状態を示す図である。
図８Ｃは、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を１８０度回転した状態を示す図である。
図８Ｄは、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を２７０度回転した状態を示す図である。
図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る高周波回路のＣＤ線に沿う概略断面図である。
図９Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。
図９Ｃは、多層誘電体基板１における中位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
図９Ｄは、多層誘電体基板１における最下位の導体配線層の内部面８上に形成される螺旋導体配線８のパターンを示す上面図である。
図１０Ａは、本発明の第３の実施形態に係る高周波回路のＥＦ線に沿う概略断面図である。
図１０Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。
図１０Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す図である。
図１１Ａは、本発明の第４の実施形態に係る高周波回路のＧＨ線に沿う概略断面図である。
図１１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４のパターンを示す上面図である。
図１１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
図１２Ａは、本発明の第５の実施形態に係る高周波回路のＩＪ線に沿う概略断面図である。
図１２Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４および入出力線路１２，１７のパターンを示す上面図である。
図１２Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
図１３Ａは、測定に用いた評価用高周波回路の概略断面図である。
図１３Ｂは、測定に用いた評価用高周波回路の螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。
図１３Ｃは、測定に用いた評価用高周波回路の螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
図１４は、上下の螺旋導体配線の配置位置の相対的ずれ距離による基本共振周波数の変化を示す図である。
図１５は、追加層表面に形成される螺旋導体配線の形成方向を４５度ずつ回転させたいくつかの高周波回路の特性を測定した結果を示す図である。
図１６は、各螺旋導体配線の巻き数が２．２５回転である場合の測定結果を示す図である。
図１７は、各螺旋導体配線の巻き数が２回転である場合の測定結果を示す図である。
図１８は、螺旋導体配線と入出力線路とを直接接続した第３の実施形態の実施例に係る高周波回路に対して、入出力線路から給電をした場合の反射強度の周波数特性を示すグラフである。
図１９Ａは、線路間距離２００ミクロンの平行結合線路として機能するように、入出力線路１２の方向を螺旋導体配線４の最外郭配線に対して９０度回転させたときの高周波回路の概略断面図である。
図１９Ｂは、図１９Ａに示す高周波回路における螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。
図１９Ｃは、図１９Ａに示す高周波回路における螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
図２０は、両共振器の配置間隔を変化させた場合の結合度を示すグラフである。
図２１は、第５の実施形態に係る実施例の第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。
図２２は、第５の実施形態に係る実施例の第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。
図２３は、第５の実施形態に係る実施例の第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。
図２４は、第５の実施形態に係る実施例の第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。
図２５Ａは、従来の二分の一波長共振器の上面図である。
図２５Ｂは、図２５Ａに示す従来の二分の一波長共振器の断面図である。
図２６Ａは、二つの共振器を電磁気的に結合させた従来の共振器の上面図である。
図２６Ｂは、図２６Ａに示す二つの共振器を電磁的に結合させた従来の共振器の断面図である。
図２７は、二つの伝送線路９０４，９０５を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって結合度を高くした従来の共振器の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の高周波回路の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。なお、便宜上、異なった図面中で、同様の機能を有する部分については、同一の符号を付与することとするが、これは、同一の符号が付された部分が必ずしも完全に同一のものであることを示しているわけではない。
（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路のＡＢ線に沿う概略断面図である。本発明の高周波回路は、二層の導体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。図１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
第１の実施形態に係る高周波回路では、多層誘電体基板１の最上位の導体配線層の表面に螺旋導体配線４が形成され、下位の導体配線層上に螺旋導体配線５が形成されている。最表面２と内部面３とを重ねたときに、図１Ｂに記した螺旋導体配線４の螺旋の中心点Ｏ４と図１Ｃに記した螺旋導体配線５の螺旋の中心点Ｏ５とは、一致する。また、それぞれの螺旋の中心が一致するように最表面２と内部面３とを重ねたときに、螺旋導体配線４の外縁と螺旋導体配線５の外縁とは、一致する。螺旋導体配線４の回転方向と螺旋導体配線５の回転方向とは、互いに反対向きとなっている。螺旋導体配線４において、回路上面から見た巻き方向は、螺旋の外側から中心に向かって時計回りである。なお、以下の説明において、螺旋の巻き方向は、回路上面から見たときの螺旋の外側から中心に向かった巻き方向を示すものとする。多層誘電体基板１の内部に形成された螺旋導体配線５の巻き方向は、反時計回りである。螺旋導体配線４，５の巻き数は、それぞれ２．５回である。
以下、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理について説明する。
図２Ａ〜Ｂは、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するための図である。螺旋導体配線４に高周波電流Ｉ４が流れた場合、螺旋導体配線５において螺旋導体配線４の一部と上下に高さを違えて交差する領域には交差結合容量を介して電荷の移動が生じるので、高周波電流Ｉ５が螺旋導体配線５を流れる。交差領域は、任意の長さを有する二本の平行結合線路とみなせる。螺旋導体配線４に高周波電流Ｉ４が流れた場合、図２Ａに示すように、螺旋導体配線４に流れる高周波電流Ｉ４の方向と螺旋導体配線５に流れる高周波電流Ｉ５の方向とが同じ場合と、図２Ｂに示すように、螺旋導体配線４に流れる高周波電流Ｉ４の方向と螺旋導体配線５に流れる高周波電流Ｉ５の方向とが逆方向の場合との二種類のモードが誘起される。交差領域を平行結合線路とみなした場合、前者は偶モード、後者は奇モードに相当する。
図３Ａ〜Ｃは、平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するための図である。なお、図３Ａ〜Ｃにおいて、伝送線路の接地導体は省略されており、信号導体配線のみを図示している。図３Ａに示すように、伝送線路を完全に平行に配置した場合、高い結合度が得られない。なぜなら、両導体に同方向の電流が流れ、且つ両導体の両開放終端において開放条件が満足された場合、隣接する両導体における開放終端個所では、同符号の電荷が配置されることになり、結合せず反発しあうこととなるからである。
一方、図３Ｂに示すように、伝送線路を長さ方向に半分ずらして、両者を平行に配置した場合、結合度を高めることが可能になる。
さらに、図３Ｃに示すように、図３Ｂの構造を円状に曲げることによって、内側の信号導体配線と外側の信号導体配線とが二個所において結合ような配置とすれば、両者の結合度は最大となり、共振周波数は最も低い値をとる。この共振モードにおいて、両信号導体配線には同一方向に電流が流れており、電流は、外側の信号導体配線から内側の信号導体配線へ、さらには内側の信号導体配線から外側の信号導体配線へと両配線間の容量を介して流れ続ける。このため、図３Ｃの高周波回路は、回路構造が占有するサイズよりも遥かに長い電磁波に対して共振現象を生じさせることが可能となる。しかし、図３Ｃの構造をどこまで大きな波長の電磁波に対して機能させるかは、高周波電流が両線路間をどれだけ移動できるかのみに依存してしまう。本発明の高周波回路は、図３Ｃの構造において得られた電磁波の波長の制限を逃れた小型共振器の原理を、さらに拡張して、最も小型な共振器を得ることができるように、各線路構造内における配線構造形状について規定するものである。
図３Ｃで本発明の原理を示したように、本発明の高周波回路において、上下に形成される二つの螺旋導体配線の螺旋回転の向きを逆方向に設定することにより、共振器長の増大、すなわち共振器の小型化という有利な効果が効率的に得られる。
図４は、電流の流れを説明するために、螺旋導体配線４，５における点を示した図である。螺旋導体配線４上の点Ｂ４を流れる電流要素が、両螺旋導体配線間の交差個所に存在する分布的な容量によって、螺旋導体配線５上の点Ｃ５へと結合する。これにより、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ｃ５→Ｄ５→Ｅ５→Ｆ５という順序で、電流が流れる。このときの共振器長Ｌｃｐ−ｅｖｅは、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ａ４という順序で一つの螺旋導体配線４内を電流が流れて共振する場合の単独の螺旋導体配線共振器の共振器長Ｌｉｎｄに比べて、はるかに長い。したがって、二つの螺旋導体配線４，５を上下に設けることで起こる共振現象による共振周波数は、個々の螺旋導体配線４，５が起こす最も低い共振周波数よりも、低くなる。
図５は、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明するための図である。以下、図５を参照しながら、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明する。両螺旋導体配線４，５の最外郭導体配線の開放終端個所４ｏ，５ｏがそれぞれ全体構造の開放端に相当するとみなした場合、開放終端個所４ｏ，５ｏでの電流分布密度は零となる。また、最も低い周波数での基本共振条件は、螺旋導体配線４，５の交差個所６において発生する交差結合容量７によって両螺旋導体配線間を相互に移動する電流分布密度が高くなる、という条件に他ならない。一方、本発明の高周波回路において、螺旋導体配線４，５が交差個所での交差結合容量７により結合しているので、両螺旋導体配線の交差個所６付近では電流分布密度は零となりえない。しかし、基本共振周波数の二倍の周波数において共振現象を起こさせるためには、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所４ｏ，５ｏが共振構造の開放終端に相当し、且つ、両螺旋導体配線の交差個所６付近において電流分布密度が零となる必要がある。しかし、この条件は成立し得ない。すなわち、本発明の高周波回路は、原理的に、基本共振周波数の約二倍の周波数において共振現象の発現を抑制することが可能な共振構造を有していることとなる。なお、上記効果を得るために、本発明の高周波回路において、両螺旋導体配線間は、貫通導体のような機械的な手段によって導通させてはいけない。
なお、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所で分布電流密度が零となり、かつ両螺旋導体配線の交差個所付近でも電流密度が零とならずに共振が起こる条件を満たせるのは、基本周波数の３倍の周波数の場合についてである。
なお、本発明の高周波回路と類似する構成の高周波回路として、二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する高周波回路が考えられる。図６は、二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する場合の螺旋導体配線のパターンを示す図である。しかし、両螺旋導体配線内の電流の流れを考えると、図６の構成では回路サイズの効率的な小型化が実現できないことが分かる。螺旋導体配線５に、螺旋導体配線４と同じ方向の、時計回りの方向に電流を流れる条件を考えた場合、螺旋導体配線５上の点Ａ５を流れる電流要素が、両螺旋導体配線間に存在する分布的な容量によって、螺旋導体配線４上の点Ａ４へと結合したと想定する。互いに向きが等しい両螺旋導体配線４、５はほとんど重なっているため、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ｃ５→Ｂ５→Ａ５という順序で、電流が流れる。このときの共振器長Ｌｃｐ−ｏｄｄは、Ａ４→Ｂ４→Ｃ４→Ｄ４と螺旋導体配線４内を電流が流れて共振する場合の単独の螺旋導体配線共振器の共振器長Ｌｉｎｄと、大きく変わらない。したがって、両螺旋導体配線の巻き方向を同じにした場合、螺旋導体配線の積層による共振器長の増大、すなわち共振周波数の低下という効果を発現できない。すなわち、本発明の効果を得るためには、上下に交差する両螺旋導体配線の巻き方向が、互いに反対向きでなければならない。
なお、本発明の高周波回路において、上側の螺旋導体配線の最外郭形状と、下側の螺旋導体配線の最外郭形状とが、高さを違えて重なるようにパターンされているのが好ましい。図３における正方形状の螺旋導体配線を例にあげると、最外郭の形状は正方形である。この正方形が重なるように、両螺旋導体配線がパターンされることが好ましい。同様に、最外郭形状が円形や正方形以外の多角形である場合にも同様の条件が好ましい。図７Ａ，Ｂは、最外郭形状が円形である螺旋導体配線４，５のパターンを示す上面図である。両螺旋導体配線間で高さを違えて重なっている個所の面積が増加するほど、両螺旋導体配線間の高周波電流の相互移動が円滑に行われる。したがって、積層配置される両螺旋導体配線の最外郭形状が最も広い面積で交差するよう配置されることが、共振周波数低下のために好ましい。
なお、本発明の高周波回路において、上側の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所と、下側の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所とが、上側の螺旋導体配線の螺旋の中心点から臨んで逆方向に配置されることが好ましい。図１において説明した第１の実施形態での正方形状の螺旋導体配線を例にあげると、両螺旋導体配線の最外郭形状が一致するような配置としては、図８Ａ〜Ｄに示すように、全部で４種類の組み合わせが考えられる。これらの４種類の組み合わせは、図８Ａで示したように、両螺旋導体配線の開放終端個所が両螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向にある状態を０度とする。図８Ｂで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を９０度回転して形成される組み合わせである。図８Ｃで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を１８０度回転して形成される組み合わせである。図８Ｄで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を２７０度回転して形成される組み合わせである。図８Ａ〜Ｄにおいて、十字パターンで示される個所は、上面に配置される螺旋導体配線において最外郭導体配線の開放終端個所から０．５巻き部分に相当する個所に、下面に形成される螺旋導体配線中で交差する個所を示したものである。十字パターンで示す領域では、両螺旋導体配線の間に生じる交差結合容量が得られるため、両螺旋導体配線間の電流の移動がより低い周波数でも得られ、共振周波数の低減に寄与しうる。一方、図８Ａ，Ｂ，Ｄにおいて、白く示した個所は、下面に形成する螺旋導体配線の最外郭導体配線の中でも、上面の最外郭導体配線の開放終端個所から０．５巻きまでの個所と交差し得なかった個所を示す。白く示した領域は、効果的な交差結合容量を生じさせることができず、効果的な基本共振周波数の低減に貢献できない領域である。白く示した領域は、上面の螺旋導体配線における最外郭導体配線の終端個所に近くない個所と結合することや、内郭の導体配線と結合することは、可能である。しかし、最外郭導体配線の開放終端個所付近が最も一辺の長さが長いことを考慮すると、白く示した領域が少なくなる構成が、最も基本共振周波数を低減しうることは明らかである。以上の理由により、両螺旋導体配線の開放終端個所付近で、最外郭導体配線が最も高い確率で交差している状態である、図８Ｃに相当する状態が、本発明の高周波回路の実施形態の４種類の選択肢の中では最も好ましい例となる。次が、図８Ｄに示す状態である。その次が、図８Ｂに示す状態である。最も好ましくないのが、図８Ａに示す状態である。各螺旋導体配線の最外郭形状が円形（図７Ａ，Ｂ参照）や正方形以外の多角形である場合にも、上記の条件を満たすことが好ましい。
なお、図１では、上面の螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面に形成される実施形態を示したが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されてもよいし、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。また、多層誘電体基板１が三層以上である場合、螺旋導体配線４と螺旋導体配線５との間に、二層以上の導体配線層が形成されていてもよい。
なお、本発明の高周波回路において、構成螺旋導体配線の巻き数を一回以上としているのは、二つの積層される螺旋導体配線間の近接交差領域を大きく設定することが可能となるからである。
以上説明したように、第１の実施形態によれば、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本波の二倍付近の周波数で共振現象を発現せず、波長よりも遥かに小型な共振器を提供することができる。
（第２の実施形態）
図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る高周波回路のＣＤ線に沿う概略断面図である。本発明の高周波回路は、三層の誘電体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図９Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。図９Ｃは、多層誘電体基板１における中位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。図９Ｄは、多層誘電体基板１における最下位の導体配線層の内部面８上に形成される螺旋導体配線９のパターンを示す上面図である。
図９Ｂに記した螺旋導体配線４の中心点Ｏ４と、図９Ｃに記した螺旋導体配線５の中心点Ｏ５と、図９Ｄに記した螺旋導体配線９の中心点Ｏ９とは、最表面２と内部面３と内部面８とを重ねた場合、一致する。また、螺旋導体配線４，５，９の螺旋の中心点Ｏ４，Ｏ５，Ｏ９が一致するように最表面２と内部面３と内部面８とを重ねた場合、三つの螺旋導体配線４，５，９の外縁は一致する。
螺旋導体配線４の巻き方向は、時計回りである。螺旋導体配線５の巻き方向は、反時計回りである。螺旋導体配線５の巻き方向は、時計回りである。したがって、三つの積層された螺旋導体配線の巻き方向は、最上位から順番に逆向きになっている。すなわち、互いに隣接する螺旋導体配線同士は、互いに反対向きの巻き方向を有している。各螺旋導体配線の巻き数は、それぞれ２．５回である。
以下、第２の実施形態に係る高周波回路の動作原理について説明する。
螺旋導体配線４と螺旋導体配線５との交差領域間に存在する交差結合容量によって、螺旋導体配線４を流れた高周波電流は、螺旋導体配線５に移動する。このときに、当該交差領域を平行結合線路とみなした場合、螺旋導体配線４に高周波電流が流れる方向と同じ方向に高周波電流が流れる螺旋導体配線５の部分は、平行結合線路の偶モード的な電流分布に相当する。当該部分では、実効誘電率の増大が発現するので、結合領域長の増大が見込める。さらに、螺旋導体配線５と螺旋導体配線９との交差領域間に存在する交差結合容量によって、螺旋導体配線５を流れた高周波電流は、螺旋導体配線９に移動する。このときに、当該交差領域を平行結合線路としてみなした場合、螺旋導体配線５に高周波電流が流れる方向と同じ方向に高周波電流が流れる螺旋導体配線９の部分は、平行結合線路の偶モード的な電流分布に相当する。当該部分では、近接する各螺旋導体配線間の高い結合度が得られる。これらの原理から、近接交差する螺旋導体配線数が３を超えても、各螺旋導体配線内を同じ方向に電流が流れるモードは、最も低い周波数で共振現象を発現する。このような電流分布が生じた場合に、近接交差する螺旋導体配線４，５の対、若しくは螺旋導体配線５，９の対がそれぞれ最も長い共振器長の積層螺旋導体配線共振器となるための条件は、三つの螺旋導体配線４，５，９からなる積層螺旋導体配線共振器の共振器長が最も長くなるための条件と一致する。したがって、全ての近接交差する螺旋導体配線の組み合わせを逆向きに設定することが、最も長い共振器長にし、最も低い周波数で基本共振周波数を発現する条件になる。
なお、例えば、３層以上の螺旋導体配線が交差して、その内の近接交差する螺旋導体配線の組み合わせが全て反対向きに配置されておらず、例えば一つの組み合わせが同じ回転方向の螺旋導体配線の積層構造により構成されていても、その他の組み合わせによって発現している本発明の有利な効果は消滅しない。
なお、図９Ａでは、螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面２に形成された場合について示したが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていてもよいし、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。また、多層誘電体基板が四層以上であって、四層以上の螺旋導体配線が形成されていても、同様の効果を得ることができる。また、各螺旋導体配線間に、二層以上の誘電体配線層が形成されていてもよい。
以上説明したように、第２の実施形態によれば、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本波の二倍付近の周波数で共振現象を発現せず、波長よりも遥かに小型な共振器を提供することができる。
（第３の実施形態）
図１０Ａは、本発明の第３の実施形態に係る高周波回路のＥＦ線に沿う概略断面図である。第３の実施形態に係る高周波回路は、二層の誘電体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１０Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。図１０Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す図である。
図１０Ｂに記した点Ｏ４と図１０Ｃに記した点Ｏ５は、第１の実施形態と同様、面内位置がそれぞれ等しい。積層された螺旋導体配線４，５は、積層螺旋導体配線共振器１１を構成する。積層螺旋導体配線共振器１１に結合する入出力線路１２は、多層誘電体基板１の最表面２に形成されている。すなわち、螺旋導体配線４と入出力線路１２とは、同一平面内に配置され、その一部が接続点１３において直接接続されている。
外部回路から共振器へ、または共振器から外部回路へ伝達するエネルギー効率を低下させないため、もしくは、帯域の広いフィルタ回路を構成するために、共振器と外部回路との強い結合が不可欠である。例えば、二本の伝送線路を結合させるためには、両者を平行に配置すればよく、その結合度は配置間隔を変化させることにより調整できる。例えば、伝送線路間の距離を減じれば、両伝送線路間の交差結合容量が増大し、結合度は増加する。また、結合する線路長が４分の１波長や２分の１波長などに設定できれば、結合伝送線路構造が共振現象を示し、一方の伝送線路から片方の伝送線路へ効率よくエネルギーの伝達が可能となる。しかし、複数積層された螺旋導体配線からなる積層螺旋導体配線共振器は回路占有面積が小さくなっているため、入出力線路を隣接配置したとしても強い結合を得ることが困難である。結合距離を長くするために、螺旋導体配線の最外郭導体配線の周辺を間隙を介して、折り曲げながら配置することによって結合度を得ることも可能であるが、不要な回路の占有面積が必要となってしまう。そこで、第３の実施形態に係る高周波回路においては、積層螺旋導体配線共振器を構成する螺旋導体配線４の一部に入出力線路１２を直接接続することによって、両者の結合を強めることとした。
なお、一般に、二分の一波長共振器と入出力線路とを直接接続すると、直流的にも両者が接続されてしまうことになることから、あまりにも広帯域に強い結合を得てしまうという問題がある。そのため、両者を直接接続することなく、短い結合領域長で高い容量を得る必要があるので、高誘電率材料を用いたキャパシタによる接続や、配線間距離を極端に狭くする結合、層間距離が極端に薄い多層誘電体基板を使用しての結合などの解決策が考えられる。しかし、いずれも低コスト性を維持することが困難である。第３の実施形態に係る高周波回路では、積層螺旋導体配線共振器が二つ以上の空間的に分離された螺旋導体配線構造の組み合わせから構成されるので、空間的に分離された螺旋導体配線間を円滑に移動可能な電流が有する周波数帯域は限定される。そのため、直流的な結合は起こらず、極端に強い結合が不要に広帯域に起こってしまうこともない。さらには、直接接続する個所の接続幅を変えれば、結合度を変化させることも可能である。
なお、図１０Ａには、入出力線路１２およびそれに直接結合する螺旋導体配線４は、同一導体層に形成されることとしたが、入出力線路１２と直接接続される螺旋導体配線は多層誘電体基板１内の異なる導体層に形成されていてもかまわない。この構成の場合、両者の直接接続は、多層誘電体基板１の少なくとも一部を貫通する貫通接続導体を用いて実現されることとなる。
なお、図１０Ａでは、上面の螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
なお、図１０Ａでは、入出力線路１２が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、入出力線路１２が多層誘電体基板１内の内部導体層に形成されていてもよい。
なお、図１０Ａでは、二層の導体配線層上に二つの螺旋導体配線を形成することとしたが、第２の実施形態に示したように、三層以上の導体配線層上に三以上の螺旋導体配線を形成してもよい。
以上説明したように、第３の実施形態によれば、単純且つ小型な回路で積層螺旋導体配線共振器と入出力線路との間の強い結合を得ることができる。
（第４の実施形態）
図１１Ａは、本発明の第４の実施形態に係る高周波回路のＧＨ線に沿う概略断面図である。第４の実施形態に係る高周波回路は、二層の導体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４のパターンを示す上面図である。図１１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
図１１Ｂに記した点Ｏ４と図１１Ｃに記した点Ｏ５とは、第１の実施形態と同様、面内一が等しい。さらに、図１１Ｂに記した点Ｏ１４と図１１Ｃに記した点Ｏ１５とは、面内位置が等しい。積層された螺旋導体配線４，５によって、積層螺旋導体配線共振器１１が構成される。積層された螺旋導体配線１４，１５によって、積層螺旋導体配線共振器１６が構成される。積層螺旋導体配線共振器１１，１６において、上下に形成される螺旋導体配線４，５および１４，１５は、それぞれ、互いに逆向きの巻き方向を有している。積層螺旋導体配線共振器１１と積層螺旋導体配線共振器１６とは、隣接して配置されている。
複数の共振器間を結合する方法として、結合させる共振器間の容量によって結合させる方法と、片方の共振器から生じる磁界をもう片方の共振器に結合させる方法とがある。第４の実施形態に係る高周波回路では、螺旋の回転方向が逆向きの螺旋導体配線を積層して形成される積層螺旋導体配線共振器間に結合を生じさせるために、二つの積層螺旋導体配線共振器を空間を介して面的に隣接して配置している。各積層螺旋導体配線共振器は、それを構成している螺旋導体配線が発現する共振周波数よりもはるかに低い基本共振周波数を実現した小型共振器である。したがって、隣接する伝送線路との間に発生する空間的な容量によって外部回路と適度な結合を得ることが困難になる。これは、積層螺旋導体配線共振器は、共振器長が長いにもかかわらず占有する面積が少ないため、基本共振周波数の波長に比べて、螺旋導体配線と伝送線路とが隣接して配置できる距離が短いことに起因している。しかし、第４の実施形態に係る高周波回路において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各配線間で多重の空間的な容量が生じる。さらに、片方の積層螺旋導体配線共振器に沿って電流が流れた場合に積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界が、積層螺旋導体配線共振器の外側においては、もう一方の積層螺旋導体配線共振器の中央を貫くように、配置位置を調整することによって、もう一方の積層螺旋導体配線共振器にも誘導電流を流すことが可能となる。よって、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するのみで、所望の共振器間結合を得ることが可能となる。
また、積層螺旋導体配線共振器間の結合の実現、という有利な効果は、高誘電率材料の使用などの追加プロセスを必要とせず得られるので、第４の実施形態に係る高周波回路は、低コストで製造可能な利点を有する。
なお、図１１Ａには、螺旋導体配線４と１４、あるいは５と１５、がそれぞれ同一導体層に形成された場合の本発明の実施の形態について示したが、それぞれが異なる導体層に形成されても本発明の有利な効果を得ることは同様に可能である。
なお、図１１Ａにおいては、積層螺旋導体配線共振器１１、１６の上面の螺旋導体配線４，１４が多層誘電体基板１の最表面に形成された場合の本発明の実施の形態について示したが、螺旋導体配線４，１４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４，１４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
なお、上記では、二つの積層螺旋導体配線共振器が結合することとしたが、三以上の積層螺旋導体配線共振器が結合するように構成されていてもよい。
以上説明したように、第４の実施形態によれば、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、従来よりも小型な共振器である積層螺旋導体配線共振器間の結合を実現することができる。
（第５の実施形態）
図１２Ａは、本発明の第５の実施形態に係る高周波回路のＩＪ線に沿う概略断面図である。なお、ＩＪ線に沿う断面図上では、入出力線路１２，１７は、見えないが、図１２Ａでは、断面図に入出力線路１２，１７を投影させて表記している。図１２Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４および入出力線路１２，１７のパターンを示す上面図である。図１２Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
図１２Ｂに記した点Ｏ４Ａと図１２Ｃに記した点Ｏ５Ａとは、第１の実施形態と同様、面内位置が一致する。図１２Ｂに記した点Ｏ４Ｂと図１２Ｃ中に記した点Ｏ５Ｂとは、面内位置が一致する。積層された螺旋導体配線４，５によって、積層螺旋導体配線共振器１１が構成される。積層された螺旋導体配線１４，１５によって、積層螺旋導体配線共振器１６が構成される。螺旋導体配線４，５のそれぞれの巻き方向は、互いに逆向きである。螺旋導体配線１４，１５のそれぞれの巻き方向は、互いに逆向きである。両積層螺旋導体配線共振器の上面に形成された螺旋導体配線４，１４の巻き方向は、同じである。積層螺旋導体配線共振器１１と積層螺旋導体配線共振器１６とは、隣接して配置され結合されている。螺旋導体配線４に隣接して入出力線路１２が配置され、外部回路と積層螺旋導体配線共振器１１との結合が実現している。螺旋導体配線１４に隣接して入出力線路１７が配置され、外部回路と積層螺旋導体配線共振器１６との結合が実現している。
第５の実施形態に係る高周波回路において、積層螺旋導体配線共振器によって構成される帯域通過フィルタが実現する。構成要素である各螺旋導体配線の基本共振周波数より低い周波数で基本共振現象を示す小型共振器である積層螺旋導体配線共振器を使用することによって、第５の実施形態に係る高周波回路においても、回路の小型化が実現できる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも通過特性を有してしまう。それに比べて、積層螺旋導体配線共振器においては、二分の一波長共振器であるにもかかわらず、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を示さない。したがって、第５の実施形態に係る高周波回路においても、通過帯域の二倍の周波数付近の帯域で通過特性を示さないという有利な効果が得られる。
なお、図１２Ａでは、積層螺旋導体配線共振器１１と入出力線路１２、および積層螺旋導体配線共振器１６と入出力線路１７との結合を得るために、空間的な容量を利用しているが、螺旋導体配線４と入出力線路１２との間、螺旋導体配線１４と入出力線路１７との間を、キャパシタ部品を用いてそれぞれ接続することも可能である。この場合、所望の特性を得るために最適な結合度は、キャパシタの容量値を調整すれば得ることができる。また、螺旋導体配線４と入出力線路１２、および螺旋導体配線１４と入出力線路１７とをそれぞれ直接接続して結合を得ることも可能であり、所望の特性を得るために最適な結合度は、接続幅を変化することにより調整可能である。
なお、図１２Ａでは、入出力線路１２，１７と結合する螺旋導体配線４，１４は同一導体層に形成されることとしたが、それぞれが異なる導体層に形成されても本発明の有利な効果を得ることは可能である。
なお、図１２Ａにおいて、積層螺旋導体配線共振器１１，１６の上面の螺旋導体配線４、１４は多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、螺旋導体配線４，１４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４，１４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
なお、図１２Ａにおいて、入出力線路１２が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、入出力線路１２が多層誘電体基板１内の内部導体層に形成されてもよい。
なお、上記では、二つの積層螺旋導体配線共振器が結合することとしたが、三以上の積層螺旋導体配線共振器が結合するように構成されていてもよい。
以上説明したように、第５の実施形態によれば、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、通過帯域の二倍の周波数帯域に通過特性をもたない、通過帯域フィルタ特性を有する、従来よりも小型な高周波回路を提供することができる。
（第１の実施形態に係る実施例）
本発明者は、第１の実施形態に係る実施例となる高周波回路を作成して共振特性を測定した。図１３Ａ〜Ｃは、測定に用いた評価用高周波回路の構造概略を示す図である。図１３Ａは、評価用高周波回路のＫＬ線に沿う断面概略図である。なお、図１３Ａでは、入出力線路１２を投影させて表記している。図１３Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。図１３Ｃは、多層誘電体基板における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
評価用高周波回路において、積層螺旋導体配線共振器１１に対する結合度を低くした状態で、プローブとなるマイクロストリップ構造の入出力線路１２を近接させ、本発明者は、一端子の反射を測定した。本発明者は、共振周波数および反射帯域からＱ値を見積もった。本発明者は、基本共振および二次の共振についての評価を行った。
表１は、本発明の高周波回路の実施例および比較実施例のパラメータおよび特性を示す。実施例および比較実施例において、評価基板材は、誘電率が１０．２、誘電正接が０．００３のＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板であるとした。多層基板構造は、厚さ６４０ミクロンの同材をベースとし、その両面に厚さ４０ミクロンの銅配線を施した後、厚さ１３０ミクロンの同材を追加層として貼り付ける構造とした。追加層の上面に形成する銅配線は、厚さ４０ミクロンと統一した。全ての配線の配線幅は、２００ミクロンであるとした。面内の隣接配線間の間隙は、２００ミクロンと統一した。形成した各螺旋導体配線の外形は、２５００ミクロンの正方形と統一した。なお、多層誘電体基板の裏面には、全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。測定端子は、多層基板構造へ追加される追加層の有無にかかわらず、最上面に形成した。
2004095624.tif 000003
第１の実施例および第１の比較実施例は、共に、２．５回巻きの螺旋導体配線が二層積層された構造を含んでいることとする。第１の実施例では、螺旋導体配線の巻き方向が上下で逆である。一方、第１の比較実施例では、螺旋導体配線の巻き方向が上下で同じである。第１の実施例では、１．４２ＧＨｚで共振現象を示したのに対して、第１の比較実施例では、２．６２ＧＨｚで共振現象を示した。
第２の比較実施例は、追加層の表面にのみ巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した構成を有している。第２の比較実施例では、共振周波数は３．３１ＧＨｚであり、Ｑは９６．６であった。
第３の比較実施例は、追加層を設けずに、厚さ６４０ミクロンのベース基板の表面に巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した構成を有している。第３の比較実施例では、共振周波数は３．３５ＧＨｚであり、Ｑ値は１０３．５であった。
第４の比較実施例は、厚さ６４０ミクロンのベース基板の表面に巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した後、追加層を被覆し、追加層表面に螺旋導体配線の導体パターンを形成した構成を有している。第４の比較実施例では、共振周波数は２．６６ＧＨｚであり、Ｑ値は９１．６であった。
これらの結果より、第１の実施例が示す共振周波数は、第１の比較実施例と比較して共振周波数が４６％低下していることが明らかになった。また、第１の実施例が示す共振周波数は、多層基板条件を変化させた第２〜第４の比較実施例のいずれと比較しても、実効的な共振器長が２倍近く増加したといえる。したがって、第１の比較実施例が、小型化な共振器であることが確認された。
また、第１の実施例では、二次の共振周波数は基本周波数の３倍程度であって、基本共振周波数の二倍の周波数での共振現象を起こさなかった。
次に、第１の実施例と同様の螺旋導体配線構造において、上下の螺旋導体配線の配置位置が相対的にずれることによる基本共振周波数への影響を把握するために、計６個の高周波回路を作製した。図１４は、上下の螺旋導体配線の配置位置の相対的ずれ距離による基本共振周波数の変化を示す図である。図１４から明らかなように、積層する螺旋導体配線の外縁の形状が一致している条件で、最も低い基本共振周波数が得られた。これは、両螺旋導体配線間の高さを違えて重なっている交差個所の面積が増加するほど、両螺旋導体配線間の高周波電流の相互移動が円滑に行われるので、積層配置される両螺旋導体配線の外縁の形状が最も広い面積で交差するよう配置されることが共振周波数低下のために好ましいことを示している。
次に、両螺旋導体配線の交差の仕方が変化した場合の影響を把握するために、ベース基板表面に形成された螺旋導体配線を形状、方向共に固定し、追加層表面に形成される螺旋導体配線の形成方向を４５度ずつ回転させたいくつかの高周波回路の特性を測定し、図１５に示した。同様に、各螺旋導体配線の巻き数が２．２５回転である場合の結果を測定し、図１６に示した。さらに、各螺旋導体配線の巻き数が２回転である場合の結果を測定し、図１７に示した。
図１５〜１７では、両螺旋導体配線の開放終端個所が螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向に存在する場合の状態を、角度０度と定義した。螺旋導体配線数がいずれの値においても、角度が１８０度の場合の高周波回路が最も低い基本共振周波数を示した。
すなわち、両螺旋導体配線の開放終端個所が、螺旋導体配線の中心点から臨んで逆方向に存在する場合、最も小型の共振器を提供することができることが分かった。また、いずれの配置角度においても、個別の螺旋導体配線が有する共振器長よりも、３４％以上長い共振器長の共振器として機能することが分かった。
（第２の実施形態に係る実施例）
次に、本発明者は、第１の実施例に、更に厚さ１３０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板を追加層として表面に張り合わせ三層の誘電体基板を回路基板として使用した第２の実施形態に係る実施例となる高周波回路を作製した。最表面を含む三層の導体配線層に、厚さ４０ミクロンの銅配線からなる等価な螺旋導体配線をそれぞれ形成し、積層螺旋導体配線共振器構造を作製した。螺旋導体配線の形状は、第１の実施例と同様である。第１の実施例と同様に、最表面に形成したプローブ構造により、共振器の基本共振周波数とＱ値、および二次の共振周波数とＱ値を見積もった。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り、高周波グラウンドとして機能させた。
表２に、本発明の第２〜第４の実施例、第５の比較例のパラメータおよび特性を示す。第２の実施例は、３層の螺旋導体配線が全て逆の螺旋回転方向を有している構造である。第３の実施例は、一層目と二層目が逆向きで、二層目と三層目は同じ向きの螺旋回転方向を有している構造である。第４の実施例は、一層目と二層目が同じ向きで、二層目と三層目が逆向きの螺旋回転方向を有している構造である。第５の比較実施例は、三層全ての螺旋導体配線の螺旋回転方向が同じ向きである。
表２より明らかなように、全ての交差近接する螺旋導体配線間の螺旋回転方向が、逆向きに設定された第２の実施例が最も低い基本共振周波数を示している。一方、三層全てが同じ螺旋回転方向に設定された第５の比較実施例は、個別の螺旋導体配線が２分の１波長共振器として示す基本共振周波数とほとんど同じ基本共振周波数しか示さなかった。また、交差近接する螺旋導体配線の二つの組み合わせのうち、一つの組み合わせのみが螺旋回転方向を逆向きになるよう設定した第３および第４の実施例は、それぞれ第２の実施例２程ではないが、第５の比較実施例と比較すると基本共振周波数が低下している。また、第５の比較実施例では、基本共振周波数の２倍の周波数で共振現象を起こしたが、第２〜第４の実施例では、二次の共振周波数は基本周波数の３倍程度であって、基本共振周波数の二倍の周波数での共振現象を起こさなかった。
2004095624.tif 000004
（第３の実施形態に係る実施例）
第３の実施形態に係る実施例の高周波回路のベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）である。当該高周波回路は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンの追加基板をベース基板に積層することによって、二層の多層誘電体基板として構成されている。表面と内部導体層とには、導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺９００ミクロンの正方形の最外郭形状を有する１．５回転の巻き数の螺旋導体配線が二層積層されている。これによって、積層螺旋導体配線共振器が構成される。多層誘電体基板の最上面には、幅４００ミクロンの入出力線路が形成されている。図１８は、螺旋導体配線と入出力線路とを直接接続した第３の実施形態の実施例に係る高周波回路に対して、入出力線路から給電をした場合の反射強度の周波数特性を示すグラフである。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り、高周波グラウンドとして機能させた。上面の螺旋導体配線に対する接続点１３の相対位置は、図１０Ｂに示した位置と同一とした。
図１８に示すように、２．３７ＧＨｚの基本共振周波数の周波数を変化させることなく、反射損失１４ｄＢという強い強度の反射ピークを得ることができた。したがって、積層螺旋導体配線共振器と外部回路との間に、強い結合が得られたことがわかった。
上記高周波回路と同様の設定で、幅４００ミクロンの入出力線路と積層螺旋導体配線との間に２００ミクロンの間隙を介した比較例を用いて、給電を行った。この場合、反射強度測定限界内では反射特性にピークを確認することはできなかった。したがって、結合距離を短くしただけでは積層螺旋導体配線共振器に対する強い結合が得られないことがわかった。また、図１９Ａ〜Ｃに示すように、線路間距離２００ミクロンの平行結合線路として機能するように、入出力線路１２の方向を螺旋導体配線４の最外郭配線に対して９０度回転させた。このとき、接続点１３の付近を開放終端とし給電したところ、共振周波数での反射損失は０．５５ｄＢにしか達しなかった。したがって、結合距離を短くしただけでは積層螺旋導体配線共振器に対する強い結合が得られないことがわかった。
（第４の実施形態に係る実施例）
第４の実施形態に係る実施例の高周波回路のベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）である。当該高周波回路は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンの追加基板をベース基板に積層することによって、二層の多層誘電体基板として構成されている。表面と内部導体層とには、導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺２５００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた２．５回転の巻き数の螺旋導体配線を二層積層した積層螺旋導体配線共振器が二つ構成されている。本発明者は、距離を介して二つの積層螺旋導体配線共振器を配置した場合の、積層螺旋導体配線共振器の基本共振周波数の分離による両共振器間の結合度を見積もった。なお、多層誘電体基板の裏面には、全面に銅導体貼り、高周波グラウンドとして機能させた。結合した共振器間の結合度は、基本共振周波数の偶モードおよび奇モードへの分離量より計算することが可能である。図２０は、両共振器の配置間隔を変化させた場合の結合度を示すグラフである。図２０には、基本共振周波数が結合により分離した偶モードおよび奇モードの二つの共振周波数の変化も示した。
例えば、比帯域５％、帯域内通過損失偏差０．２ｄＢのチェビシェフ特性の帯域通過フィルタを３段の共振器から構成する場合、共振器間の結合度は０．０４２４である。また、比帯域を１０％とすれば、帯域内通過損失偏差０．２ｄＢの場合には、結合度に０．０８４８といった値が理論的に必要になる。しかし、図２０から明らかなように、二つの積層螺旋導体配線共振器間の配置間隔を調整することによって、第４の実施形態に係る実施例において、現実的なフィルタ設計において要求される程度の結合度が、小型共振器である積層螺旋導体配線共振器間において実現可能であることが確認された。
（第５の実施形態に係る実施例）
第５の実施形態に係る実施例として、二つの積層螺旋導体配線共振器を用いた第１の帯域通過フィルタを作製した。ベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）であるとした。追加基板は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンであるとした。これによって、二層の多層誘電体基板を構成した。表面と内部導体層とに導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺１８００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた１．５回転の巻き数の螺旋導体配線を二層積層した積層螺旋導体配線共振器を二つ構成した。両積層螺旋導体配線共振器間の間隔は、比帯域６％を得るために必要な０．０７の結合度に相当する３００ミクロンに設定した。両積層螺旋導体配線共振器を構成する上面の螺旋導体配線同士、また下面の螺旋導体配線同士の螺旋回転方向は同一とした。両積層螺旋導体配線共振器の上面の螺旋導体配線の最外郭導体配線には、同一平面状に形成された幅４００ミクロンの入出力線路を直接接続して、外部回路と共振器構造との間の結合を得た。接続点は、螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所から正方形一辺分移動した個所とした。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。
図２１および図２２は、上記第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。図２１は、通過帯域付近での狭帯域な特性を示す。図２２は、通過帯域の４倍の周波数に相当する１２ＧＨｚまでの広帯域な特性を示す。図２１に示すように、中心周波数２．９５ＧＨｚ、比帯域５．９％のフィルタが実現された。通過帯域内での挿入損失の最小値は１．８ｄＢであった。図２２より明らかなように、中心周波数の二倍に相当する６ＧＨｚ付近の周波数帯域には不要な通過帯域の存在は確認されなかった。
また、同様にして、二つの積層螺旋導体配線共振器を用いた第２の帯域通過フィルタを作製した。ベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）であるとした。二層の追加基板は、ベース基板と同材のそれぞれ厚さ１３０ミクロンとした。これによって、三層の多層誘電体基板を構成した。表面と内部導体層とに導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンにより一辺１７００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた２回転の巻き数の螺旋導体配線を三層積層した積層螺旋導体配線共振器を二つ構成した。すなわち、第２の帯域通過フィルタは、前述の第１の帯域通過フィルタでは積層螺旋導体配線共振器の積層数が２であったのを、３に増加させた構造である。両積層螺旋導体配線共振器間の間隔は、比帯域５％を得るために必要な０．０６の結合度に相当する６５０ミクロンに設定した。両積層螺旋導体配線共振器を構成する上面の螺旋導体配線同士、また下面の螺旋導体配線同士の螺旋回転方向は同一とした。両積層螺旋導体配線共振器の上面の螺旋導体配線の最外郭導体配線に、同一平面状に形成された幅４００ミクロンの入出力線路を直接接続して、外部回路と共振器構造との間の結合を得た。接続点は、螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所から正方形一辺分移動した個所とした。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。
図２３および図２４は、上記第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。図２３は、通過帯域付近での狭帯域な特性を示す。図２４は、通過帯域の５倍の周波数に相当する１２ＧＨｚまでの広帯域な特性を示す。図２３に示すように、中心周波数２．３８ＧＨｚ、比帯域３．１％のフィルタが実現された。通過帯域内での挿入損失の最小値は５．０ｄＢであった。また中心周波数の二倍に相当する４．８ＧＨｚ付近の周波数帯域には不要な通過帯域の存在は確認されなかった。
以上、従来技術構成の高周波回路、比較実施例、本発明の高周波回路の実施例の特性比較よって、本発明の有意な効果について証明がなされた。
【産業上の利用可能性】  本発明に係る高周波回路は、特殊な材料を用いることなく、単純な構造により、従来よりも小型で、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を起こさず、かつ構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い高機能な共振器であり、無線通信機器等に有用である。
2004095624.tif 000005
2004095624.tif 000006
2004095624.tif 000007
【図４】
2004095624.tif 000008
【図５】
2004095624.tif 000009
【図６】
2004095624.tif 000010
2004095624.tif 000011
2004095624.tif 000012
2004095624.tif 000013
2004095624.tif 000014
2004095624.tif 000015
2004095624.tif 000016
2004095624.tif 000017
【図１４】
2004095624.tif 000018
【図１５】
2004095624.tif 000019
【図１６】
2004095624.tif 000020
【図１７】
2004095624.tif 000021
【図１８】
2004095624.tif 000022
2004095624.tif 000023
【図２０】
2004095624.tif 000024
【図２１】
2004095624.tif 000025
【図２２】
2004095624.tif 000026
【図２３】
2004095624.tif 000027
【図２４】
2004095624.tif 000028
2004095624.tif 000029
2004095624.tif 000030
【図２７】
2004095624.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月27日(2004.8.27)
【手続補正００１】
【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】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】１回以上の巻き数を有する１本の導体配線からなる第１の螺旋導体配線と、
１回以上の巻き数を有する１本の導体配線からなる第２の螺旋導体配線と、
を有する多層誘電体基板からなり、
前記第１の螺旋導体配線と前記第２の螺旋導体配線とは導通しておらず、
前記第１の螺旋導体配線と前記第２の螺旋導体配線とは高さを違えて重なっており、
前記第１の螺旋導体配線の巻き方向と前記第２の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、共振器。
【請求項２】第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されている、請求項１に記載の共振器。
【請求項３】第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の共振器。
【請求項４】前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項１に記載の共振器。
【請求項５】前記多層誘電体基板は、さらに１回以上の巻き数を有する１本の第３の螺旋導体配線を有しており、
前記第３の螺旋導体配線は、前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれにも導通しておらず、
前記第３の螺旋導体配線は、前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれとも高さを違えて重なっており、
前記第１の螺旋導体配線と前記第３の螺旋導体配線との間に前記第２の螺旋導体配線が挟まれており、
前記第２の螺旋導体配線の巻き方向と前記第３の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、請求項１に記載の共振器。
【請求項６】前記第１の螺旋導体配線、前記第２の螺旋導体配線、および第３の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の共振器。
【請求項７】第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されており、
第２の螺旋導体配線および前記第３の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の共振器。
【請求項８】前記第１〜第３の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項５に記載の共振器。
【請求項９】前記第１の螺旋導体配線の横方向に隣接して形成されており、前記第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ一回以上の巻き数を有する１本の第４の螺旋導体配線と、
前記第２の螺旋導体配線の横方向に隣接して形成されており、前記第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ一回以上の巻き数を有する１本の第５の螺旋導体配線とをさらに備え、
前記第４の螺旋導体配線と前記第５の螺旋導体配線とは導通しておらず、
前記第４の螺旋導体配線と前記第５の螺旋導体配線とは高さを違えて重なっており、
前記第４の螺旋導体配線の巻き方向と前記第５の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、請求項１に記載の共振器。
【請求項１０】第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されており、
第４の螺旋導体配線および前記第５の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されている、請求項９に記載の共振器。
【請求項１１】第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されており、
第４の螺旋導体配線および前記第５の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されている、請求項９に記載の共振器。
【請求項１２】前記第１〜第４の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項１に記載の共振器。




【手続補正書】
【提出日】平成16年11月30日(2004.11.30)
【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】
１回以上の巻き数を有する１本の導体配線からなる第１の螺旋導体配線と、
１回以上の巻き数を有する１本の導体配線からなる第２の螺旋導体配線と、
を有する多層誘電体基板からなり、
前記第１の螺旋導体配線と前記第２の螺旋導体配線とは導通しておらず、
前記第１の螺旋導体配線と前記第２の螺旋導体配線とは高さを違えて重なっており、
前記第１の螺旋導体配線の巻き方向と前記第２の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、共振器。
【請求項２】
第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されている、請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の共振器。
【請求項４】
前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項１に記載の共振器。
【請求項５】
前記多層誘電体基板は、さらに１回以上の巻き数を有する１本の第３の螺旋導体配線を有しており、
前記第３の螺旋導体配線は、前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれにも導通しておらず、
前記第３の螺旋導体配線は、前記第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線のいずれとも高さを違えて重なっており、
前記第１の螺旋導体配線と前記第３の螺旋導体配線との間に前記第２の螺旋導体配線が挟まれており、
前記第２の螺旋導体配線の巻き方向と前記第３の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、請求項１に記載の共振器。
【請求項６】
前記第１の螺旋導体配線、前記第２の螺旋導体配線、および第３の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の共振器。
【請求項７】
第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されており、
第２の螺旋導体配線および前記第３の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の共振器。
【請求項８】
前記第１〜第３の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項５に記載の共振器。
【請求項９】
前記第１の螺旋導体配線の横方向に隣接して形成されており、前記第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ一回以上の巻き数を有する１本の第４の螺旋導体配線と、
前記第２の螺旋導体配線の横方向に隣接して形成されており、前記第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ一回以上の巻き数を有する１本の第５の螺旋導体配線とをさらに備え、
前記第４の螺旋導体配線と前記第５の螺旋導体配線とは導通しておらず、
前記第４の螺旋導体配線と前記第５の螺旋導体配線とは高さを違えて重なっており、
前記第４の螺旋導体配線の巻き方向と前記第５の螺旋導体配線の巻き方向とは反対向きである、請求項１に記載の共振器。
【請求項１０】
第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されており、
第４の螺旋導体配線および前記第５の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されている、請求項９に記載の共振器。
【請求項１１】
第１の螺旋導体配線および前記第２の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されており、
第４の螺旋導体配線および前記第５の螺旋導体配線が有するそれぞれの最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように配置されている、請求項９に記載の共振器。
【請求項１２】
前記第１〜第４の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線に結合する入出力線路をさらに備える、請求項１に記載の共振器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などの高周波信号を伝送、もしくは放射する高周波回路に関し、より特定的には、共振現象を発現することができる高周波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信機器の小型化、高機能化が進み、それによって携帯電話の爆発的な普及が可能になった。今後も、さらなる小型化、高機能化、低コスト化が要求されると思われる。
【０００３】
携帯電話等の無線通信機器に搭載される高周波回路内では、フィルタやアンテナなどの回路を構成するために、共振器が構成要素として必要となる。
【０００４】
たとえば、共振器として、両端が開放された伝送線路からなる二分の一波長共振器が利用される。図２５Ａは、従来の二分の一波長共振器の上面図である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す従来の二分の一波長共振器の断面図である。
【０００５】
図２５Ａに示すような両端開放伝送線路９００から構成される二分の一波長共振器は、例えば２ＧＨｚを共振周波数とする場合、７．５ｃｍもの長さを必要とする。したがって、回路サイズを小型化するには、何らかの方法で、共振器長を低減する必要がある。一般に、高誘電率材料を回路基板９０１に用いれば、両端開放伝送線路９００の長さを伝送線路からなる共振器のサイズを低減できることが知られている。
【０００６】
一方、伝送線路からなる複数の共振器を電磁気的に結合させれば、最低次の共振周波数が低下することが一般的に知られている。図２６Ａは、二つの共振器を電磁気的に結合させた従来の共振器の上面図である。図２６Ｂは、図２６Ａに示す二つの共振器を電磁的に結合させた従来の共振器の断面図である。非特許文献１に示されているように、二つの共振器に含まれる二本の平行結合線路９０２，９０３間の距離を近接させて結合させれば、共振器が一つ存在した場合に共振周波数ｆ０において生じた共振現象は起こらなくなる。その代わり、共振周波数ｆ１（＜ｆ０）における偶モードの共振現象と、共振周波数ｆ２（＞ｆ０）における奇モードの共振現象とが起こる。二つの共振器が強く結合するほど、ｆ１およびｆ２が、それぞれｆ０から離れた値へシフトする。したがって、共振周波数がｆ０である二つの共振器をより強く結合させることによって、より低い共振周波数ｆ１（より長い波長）で共振する共振器を提供することができるので、所望の共振周波数に対して、一つの共振器を用いるよりも共振器長が短い共振器が提供されることとなる。
【非特許文献１】Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ｐｐ．２７５  Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、低誘電率特性を有する樹脂などの基板材料は、高誘電率特性を有する基板材料よりも安価であるので、高誘電率材料を回路基板に用いて共振器のサイズを低減することは、回路全体を高誘電率材料の基板を用いて形成する方法、または共振器の個所のみを高誘電率材料を用いて形成する方法のいずれを用いても、コスト高につながるという課題を有する。
【０００８】
また、二つの共振器に含まれる二本の平行結合線路間の結合度を向上させて、共振周波数をシフトさせるためには、平行配置される線路間距離を極端に短縮しなければならない。したがって、配線の形成精度を飛躍的に向上させなければならない。しかし、製造プロセスの低コスト化が要求されている現状において、共振器において平行配置された線路間距離だけを極端に短縮することは現実的ではない。したがって、平行結合線路間隔を短縮することによって共振器長が短い共振器を提供することは、現実的ではない。
【０００９】
ゆえに、半導体プロセスや低温焼結セラミック基板の製造プロセス、樹脂基板の多層回路プロセスなどに適用可能な回路構造で共振器の小型化を図ることが、実用上好ましい解決手段である。
【００１０】
二つの伝送線路を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって、平行結合線路間において、高い結合度が得られると考えられる。図２７は、二つの伝送線路９０４，９０５を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって結合度を高くした従来の共振器の断面図である。しかし、図２７に示すように、二つの伝送線路を多層配線し、厚さ方向に交差させる方法にも、以下の二つの課題が存在する。
【００１１】
第一の課題は、二本の伝送線路９０４，９０５を平行に交差させることによって得られる容量が原因で低下する共振周波数の値には、限界があるというものである。上記方法によって電磁的な結合を強めることとしても、新たな共振周波数ｆ１は、基本周波数ｆ０の値を大きく下回ることはない。この方法は、結合線路の長さが電磁波の波長の二分の一である場合のみ共振を生じさせるものでしかなく、結合線路の線路長は、波長の二分の一と同程度を必要とすることに変わりがない。したがって、小型化には、限界があることとなる。
【００１２】
第二の課題は、平行結合線路において得られる共振現象では、良好なスプリアス阻止特性を得ることが困難であるというものである。実際の通信装置において、例えば帯域通過フィルタは、所望帯域の通過特性および所望帯域のごく近傍の周波数での阻止特性だけでなく、前段ブロックのさまざまな能動素子において発生した高調波成分の除去を目的としたスプリアス阻止特性が必要である。平行結合線路を基にした共振器は、基本周波数の二倍の周波数で生じる共振を抑制できないため、通信モジュールにおける使用には不適な点があった。
【００１３】
それゆえ、本発明の目的は、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本共振周波数の二倍付近の周波数において共振せず、構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い小型共振器を提供することである。また、さらなる本発明の目的は、伝送周波数の二倍波に対して阻止機能を有する小型フィルタ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。
【００１５】
本発明は、少なくとも二以上の導体配線層を有する多層誘電体基板に形成された高周波回路であって、第１の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第１の螺旋導体配線と、第１の螺旋導体配線と導通することなく第１の導体配線層とは異なる第２の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する第２の螺旋導体配線とを備え、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっており、第１の螺旋導体配線の巻き方向と第２の螺旋導体配線の巻き方向とは、反対向きであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の高周波回路において、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とが高さを違えて立体交差する部分付近では、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線とを結合させる交差結合容量が発生している。したがって、第１の螺旋導体配線を流れる第１の高周波電流が、交差結合容量を介して第２の螺旋導体配線に移動することによって、第２の螺旋導体配線に第２の高周波電流が流れる。第１の高周波電流の流れる方向と第２の高周波電流の流れる方向とが同じ方向になるような結合が起こった場合、第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線との交差部分は、同じ向きに電流が流れる偶モードが誘起された状態の平行結合線路とみなすことができる。第２の螺旋導体配線に沿って流れる第２の高周波電流は、交差結合容量を介して更に第１の螺旋導体配線に移動することも可能である。よって、本発明の高周波回路は、物理的なサイズを超えた長い波長の電磁波に対して共振現象を生じさせる共振器として機能する。容量回路は高域通過フィルタとしての機能があるので、本発明の高周波回路がより低い共振周波数で共振現象を発生させるためには、本発明の高周波回路を流れる高周波電流が交差結合容量を介する回数を少なくして、第１もしくは第２の螺旋導体配線を有効に用いて共振器長を実効的に増大せしめる配置が有効である。したがって、第１の螺旋導体配線の巻き方向と第２の螺旋導体配線の巻き方向とを反対方向にすることによって、より低い共振周波数で共振現象を発生させるという効果を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象を捉えた場合、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放端がそれぞれ全体構造の開放端に相当するものとみなせる。したがって、当該開放端での電流分布は零となる。一方、本発明の高周波回路では、螺旋導体配線間の交差結合容量を介して、両螺旋導体配線を流れる電流が相互に移動しているので、両螺旋導体配線の交差個所付近では電流分布密度は零となりえない。同様に、基本モードの共振が起こる周波数に対する二倍の周波数の波長の信号が共振現象を起こすためには、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放端がそれぞれ全体構造の開放端に相当し、且つ、両螺旋導体配線の交差個所付近において電流分布密度が零となる必要がある。しかし、両螺旋導体配線は既に個別の螺旋導体配線としては機能せず、両螺旋導体配線間の結合を利用した共振現象のみしか発現できなので、両螺旋導体配線の交差個所付近で電流分布密度が零となる条件を満たすことができない。両螺旋導体配線の最外郭の開放端で分布電流密度が零となり、かつ両螺旋導体配線の交差個所付近でも電流密度が零とならずに共振が起こる条件を満たすのは、基本周波数の３倍の周波数である。なお、両螺旋導体配線間を貫通導体等を用いて機械的に接続したら、この効果を得ることはできない。
【００１８】
よって、特殊な材料を用いることなく、単純な構造により、従来よりも小型で、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を起こさず、かつ構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い高機能な共振器が低コストで提供されることとなる。
【００１９】
好ましくは、多層誘電体基板は、三以上の導体配線層を有しており、第１および第２の螺旋導体配線と導通することなく第１および第２の導体配線層とは異なる少なくとも一以上の第３の導体配線層上に形成された少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線をさらに備え、少なくとも一以上の第３の螺旋導体配線は、第１および第２の螺旋導体配線と高さを違えて重なっており、第１〜第３の螺旋導体配線の内、互いに隣接する螺旋導体配線同士は、互いに反対向きの巻き方向を有するとよい。
【００２０】
上記構成において、第１の螺旋導体配線に流れた電流によって第１の螺旋導体配線の中心を垂直に貫通する方向に磁場が発生する。発生した磁場は、近接交差する第２の螺旋導体配線の中心も垂直に貫通する。第１の螺旋導体配線と第２の螺旋導体配線との間には、交差個所において両者を結合させる容量が発生しているので、第１の螺旋導体配線と同じ方向に第２の螺旋導体配線にも電流が流れる。第２の螺旋導体配線が形成される導体配線層を垂直に横切る磁場は、近接交差する第３の螺旋導体配線も横切る。第２の螺旋導体配線と第３の螺旋導体配線との間には、交差個所において両者を結合させる容量が発生しているので、第２の螺旋導体配線と同じ方向に第３の螺旋導体配線にも電流が流れる。したがって、第１の螺旋導体配線と同じ方向に、第３の螺旋導体にも電流が流れる。この現象は、近接交差する螺旋導体配線の数が４以上であっても成立する。
【００２１】
複数の近接交差螺旋導体対の組み合わせ構造が更に長い共振器長の共振器として機能するためには、近接交差する螺旋導体配線対が最も長い共振器長の共振器として機能するための条件を、複数の近接交差螺旋導体配線対において満足することが必要である。このため、互いに隣接する螺旋導体配線の全ての組み合わせにおいて、巻き方向がそれぞれ逆向きに設定されることが、最も長い共振器長を実現するための条件になる。
【００２２】
よって、本発明の構成により、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、従来よりも小型な共振器を低コストに提供することができる。
【００２３】
好ましくは、各螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されているとよい。
【００２４】
より好ましくは、隣接する二つの螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所は、螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、配置されているとよい。
【００２５】
好ましい実施形態では、第１〜第３の螺旋導体配線のいずれかの最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備えるとよい。
【００２６】
これにより、小型共振器と外部回路との強い結合を、単純且つ小型な回路で実現することができる。
【００２７】
なお、螺旋導体配線と入出力線路とが同一導体配線層上に形成されていることが、回路構造単純化のためには好ましい。しかし、螺旋導体配線と入出力線路とを異なる導体配線層上に配置し、螺旋導体配線と入出力線路とを貫通導体によって電気的に接続しても、同様の効果が得られる。
【００２８】
好ましくは、多層誘電体基板に形成されており、第１〜第３の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されているとよい。
【００２９】
上記構成において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各螺旋導体配線間で空間的な容量が生じる。加えて、一方の積層螺旋導体配線共振器に電流が流れた場合、当該積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界は、当該積層螺旋導体配線共振器の外側においても磁束を閉じる。したがって、当該磁界は、多層誘電体基板に対して垂直な方向に向く。よって、この周辺に発生する磁界が十分な強さで他方の積層螺旋導体配線共振器を貫くように、他方の積層螺旋導体配線共振器を配置すれば、他方の積層螺旋導体配線共振器にも電流が流れる。ゆえに、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するだけで、所望の共振器間結合を得ることができる。また、積層螺旋導体配線共振器間の結合を配置間隔によって調整することができるという有利な効果は、高誘電率材料の使用など、追加プロセスを必要とせず得られるので、上記構成の高周波回路は、低コストに製造することができる。
【００３０】
好ましい実施形態では、積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは、第１の導体配線層上に第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第４の螺旋導体配線と、第２の導体配線層上に第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第５の螺旋導体配線と、第３の導体配線層上に第３の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第３の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する少なくとも一以上の第６の螺旋導体配線とを含み、第４〜第６の螺旋導体配線は、互いに高さを違えて重なっている。
【００３１】
好ましくは、各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備えるとよい。
【００３２】
上記構成は、各螺旋導体配線の共振器長よりも長い共振器長を有する積層螺旋導体配線共振器を複数用いて帯域通過フィルタ回路を実現する。各積層螺旋導体配線共振器自体は従来の平面共振器よりも省占有面積であるので、従来の平面共振器構造を用いる帯域通過フィルタ回路よりも省占有面積となる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも不要な通過特性を有してしまう。しかし、上記構成の高周波回路は、フィルタ回路を構成する積層螺旋導体配線共振器自体が基本波の二倍の周波数での共振現象を抑制する特性を有しているので、基本波の二倍の周波数帯域で不要な通過特性を示さないという有利な効果を有する。また、上記構成の高周波回路は、回路面積低減や、基本通過帯域の二倍の周波数での不要通過特性の抑制などの有利な効果を、高誘電率材料の使用など追加プロセスを必要とせず得るので、低コストに製造できる。
【００３３】
なお、螺旋導体配線の一部と入出力線路の一部とが直接接続されて結合されることが、外部回路と積層螺旋導体配線共振器との間に強い結合を得るためには好ましい。
【００３４】
これにより、外部回路から積層螺旋導体配線共振器へ、または積層螺旋導体配線共振器から外部回路へ伝達するエネルギー効率を向上することができるだけでなく、帯域が広いフィルタ特性を得ることができる。
【００３５】
好ましくは、第１および第２の螺旋導体配線は、それぞれの螺旋の中心が一致するようにお互いを重ね合わせたときにそれぞれの外縁が一致するように配置されているとよい。
【００３６】
これにより、第一の螺旋導体配線と第二の螺旋導体配線との間の交差部分付近において両者を結合させるべく発生している容量が増大する。したがって、両螺旋導体配線間の交差結合容量を介した電流の移動がより低周波でも発現できることとなる。よって、共振周波数の更なる低下、すなわち更なる小型共振器の提供が可能となる。
【００３７】
より好ましくは、第１の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所と第２の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所とが第１の螺旋導体配線における螺旋の中心から見て逆方向に位置するように、第１および第２の螺旋導体配線は、配置されているとよい。
【００３８】
これにより、螺旋導体配線の螺旋の中心を中心点とした場合の単位回転あたりの距離が最も長くなっている最外郭導体配線において、両螺旋導体配線間の効果的な交差状態が実現できることとなる。したがって、両螺旋導体配線間の交差結合容量を介した電流の移動がより低周波でも発現できる。よって、共振周波数の更なる低下、すなわち更なる小型共振器の提供が可能となる。
【００３９】
好ましい実施形態では、第１または第２の螺旋導体配線の最外郭導体配線の一部に直接接続された入出力線路をさらに備えるとよい。
【００４０】
これにより、小型共振器と外部回路との強い結合を、単純且つ小型な回路で実現することができる。
【００４１】
なお、螺旋導体配線と入出力線路とが同一導体配線層上に形成されていることが、回路構造単純化のためには、好ましい。しかし、螺旋導体配線と入出力線路とを異なる導体配線層上に配置し、螺旋導体配線と入出力線路とを貫通導体によって電気的に接続しても、同様の効果が得られる。
【００４２】
好ましくは、多層誘電体基板に形成されており、第１および第２の螺旋導体配線によって構成される積層螺旋導体配線共振器と同様の構成を有する少なくとも１以上の積層螺旋導体配線共振器をさらに備え、各積層螺旋導体配線共振器は、隣接して配置されているとよい。
【００４３】
上記構成において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各螺旋導体配線間で空間的な容量が生じる。加えて、一方の積層螺旋導体配線共振器に電流が流れた場合、当該積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界は、当該積層螺旋導体配線共振器の外側においても磁束を閉じる。したがって、当該磁界は、多層誘電体基板に対して垂直な方向に向く。よって、この周辺に発生する磁界が十分な強さで他方の積層螺旋導体配線共振器を貫くように、他方の積層螺旋導体配線共振器を配置すれば、他方の積層螺旋導体配線共振器にも電流が流れる。ゆえに、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するだけで、所望の共振器間結合を得ることができる。また、積層螺旋導体配線共振器間の結合を配置間隔によって調整することができるという有利な効果は、高誘電率材料の使用など、追加プロセスを必要とせず得られるので、上記構成の高周波回路は、低コストに製造することができる。
【００４４】
好ましい実施形態では、積層螺旋導体配線共振器の内、少なくとも一つは、第１の導体配線層上に第１の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第１の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第７の螺旋導体配線と、第２の導体配線層上に第２の螺旋導体配線に隣接して形成されており、第２の螺旋導体配線と同じ巻き方向を有し、かつ少なくとも一回以上の巻き数を有する第８の螺旋導体配線とを備え、第７の螺旋導体配線と第８の螺旋導体配線とは、高さを違えて重なっている。
【００４５】
好ましくは、各積層螺旋導体配線共振器にそれぞれ結合する複数の入出力線路をさらに備えるとよい。
【００４６】
上記構成は、各螺旋導体配線の共振器長よりも長い共振器長を有する積層螺旋導体配線共振器を複数用いて帯域通過フィルタ回路を実現する。各積層螺旋導体配線共振器自体は従来の平面共振器よりも省占有面積であるので、従来の平面共振器構造を用いる帯域通過フィルタ回路よりも省占有面積となる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも不要な通過特性を有してしまう。しかし、上記構成の高周波回路は、フィルタ回路を構成する積層螺旋導体配線共振器自体が基本波の二倍の周波数での共振現象を抑制する特性を有しているので、基本波の二倍の周波数帯域で不要な通過特性を示さないという有利な効果を有する。また、上記構成の高周波回路は、回路面積低減や、基本通過帯域の二倍の周波数での不要通過特性の抑制などの有利な効果を、高誘電率材料の使用など追加プロセスを必要とせず得るので、低コストに製造できる。
【発明の効果】
【００４７】
以上のように、本発明は、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本共振周波数の二倍付近の周波数において共振しない小型共振器を提供し、さらには伝送周波数の二倍波に対して阻止機能を有する小型帯域通過フィルタ回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の高周波回路の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。なお、便宜上、異なった図面中で、同様の機能を有する部分については、同一の符号を付与することとするが、これは、同一の符号が付された部分が必ずしも完全に同一のものであることを示しているわけではない。
【００４９】
（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路のＡＢ線に沿う概略断面図である。本発明の高周波回路は、二層の導体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。図１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
【００５０】
第１の実施形態に係る高周波回路では、多層誘電体基板１の最上位の導体配線層の表面に螺旋導体配線４が形成され、下位の導体配線層上に螺旋導体配線５が形成されている。最表面２と内部面３とを重ねたときに、図１Ｂに記した螺旋導体配線４の螺旋の中心点Ｏ４と図１Ｃに記した螺旋導体配線５の螺旋の中心点Ｏ５とは、一致する。また、それぞれの螺旋の中心が一致するように最表面２と内部面３とを重ねたときに、螺旋導体配線４の外縁と螺旋導体配線５の外縁とは、一致する。螺旋導体配線４の回転方向と螺旋導体配線５の回転方向とは、互いに反対向きとなっている。螺旋導体配線４において、回路上面から見た巻き方向は、螺旋の外側から中心に向かって時計回りである。なお、以下の説明において、螺旋の巻き方向は、回路上面から見たときの螺旋の外側から中心に向かった巻き方向を示すものとする。多層誘電体基板１の内部に形成された螺旋導体配線５の巻き方向は、反時計回りである。螺旋導体配線４，５の巻き数は、それぞれ２．５回である。
【００５１】
以下、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理について説明する。
【００５２】
図２Ａ〜Ｂは、第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するための図である。螺旋導体配線４に高周波電流Ｉ４が流れた場合、螺旋導体配線５において螺旋導体配線４の一部と上下に高さを違えて交差する領域には交差結合容量を介して電荷の移動が生じるので、高周波電流Ｉ５が螺旋導体配線５を流れる。交差領域は、任意の長さを有する二本の平行結合線路とみなせる。螺旋導体配線４に高周波電流Ｉ４が流れた場合、図２Ａに示すように、螺旋導体配線４に流れる高周波電流Ｉ４の方向と螺旋導体配線５に流れる高周波電流Ｉ５の方向とが同じ場合と、図２Ｂに示すように、螺旋導体配線４に流れる高周波電流Ｉ４の方向と螺旋導体配線５に流れる高周波電流Ｉ５の方向とが逆方向の場合との二種類のモードが誘起される。交差領域を平行結合線路とみなした場合、前者は偶モード、後者は奇モードに相当する。
【００５３】
図３Ａ〜Ｃは、平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するための図である。なお、図３Ａ〜Ｃにおいて、伝送線路の接地導体は省略されており、信号導体配線のみを図示している。図３Ａに示すように、伝送線路を完全に平行に配置した場合、高い結合度が得られない。なぜなら、両導体に同方向の電流が流れ、且つ両導体の両開放終端において開放条件が満足された場合、隣接する両導体における開放終端個所では、同符号の電荷が配置されることになり、結合せず反発しあうこととなるからである。
【００５４】
一方、図３Ｂに示すように、伝送線路を長さ方向に半分ずらして、両者を平行に配置した場合、結合度を高めることが可能になる。
【００５５】
さらに、図３Ｃに示すように、図３Ｂの構造を円状に曲げることによって、内側の信号導体配線と外側の信号導体配線とが二個所において結合ような配置とすれば、両者の結合度は最大となり、共振周波数は最も低い値をとる。この共振モードにおいて、両信号導体配線には同一方向に電流が流れており、電流は、外側の信号導体配線から内側の信号導体配線へ、さらには内側の信号導体配線から外側の信号導体配線へと両配線間の容量を介して流れ続ける。このため、図３Ｃの高周波回路は、回路構造が占有するサイズよりも遥かに長い電磁波に対して共振現象を生じさせることが可能となる。しかし、図３Ｃの構造をどこまで大きな波長の電磁波に対して機能させるかは、高周波電流が両線路間をどれだけ移動できるかのみに依存してしまう。本発明の高周波回路は、図３Ｃの構造において得られた電磁波の波長の制限を逃れた小型共振器の原理を、さらに拡張して、最も小型な共振器を得ることができるように、各線路構造内における配線構造形状について規定するものである。
【００５６】
図３Ｃで本発明の原理を示したように、本発明の高周波回路において、上下に形成される二つの螺旋導体配線の螺旋回転の向きを逆方向に設定することにより、共振器長の増大、すなわち共振器の小型化という有利な効果が効率的に得られる。
【００５７】
図４は、電流の流れを説明するために、螺旋導体配線４，５における点を示した図である。螺旋導体配線４上の点Ｂ４を流れる電流要素が、両螺旋導体配線間の交差個所に存在する分布的な容量によって、螺旋導体配線５上の点Ｃ５へと結合する。これにより、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ｃ５→Ｄ５→Ｅ５→Ｆ５という順序で、電流が流れる。このときの共振器長Ｌｃｐ−ｅｖｅは、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ａ４という順序で一つの螺旋導体配線４内を電流が流れて共振する場合の単独の螺旋導体配線共振器の共振器長Ｌｉｎｄに比べて、はるかに長い。したがって、二つの螺旋導体配線４，５を上下に設けることで起こる共振現象による共振周波数は、個々の螺旋導体配線４，５が起こす最も低い共振周波数よりも、低くなる。
【００５８】
図５は、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明するための図である。以下、図５を参照しながら、本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明する。両螺旋導体配線４，５の最外郭導体配線の開放終端個所４ｏ，５ｏがそれぞれ全体構造の開放端に相当するとみなした場合、開放終端個所４ｏ，５ｏでの電流分布密度は零となる。また、最も低い周波数での基本共振条件は、螺旋導体配線４，５の交差個所６において発生する交差結合容量７によって両螺旋導体配線間を相互に移動する電流分布密度が高くなる、という条件に他ならない。一方、本発明の高周波回路において、螺旋導体配線４，５が交差個所での交差結合容量７により結合しているので、両螺旋導体配線の交差個所６付近では電流分布密度は零となりえない。しかし、基本共振周波数の二倍の周波数において共振現象を起こさせるためには、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所４ｏ，５ｏが共振構造の開放終端に相当し、且つ、両螺旋導体配線の交差個所６付近において電流分布密度が零となる必要がある。しかし、この条件は成立し得ない。すなわち、本発明の高周波回路は、原理的に、基本共振周波数の約二倍の周波数において共振現象の発現を抑制することが可能な共振構造を有していることとなる。なお、上記効果を得るために、本発明の高周波回路において、両螺旋導体配線間は、貫通導体のような機械的な手段によって導通させてはいけない。
【００５９】
なお、両螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所で分布電流密度が零となり、かつ両螺旋導体配線の交差個所付近でも電流密度が零とならずに共振が起こる条件を満たせるのは、基本周波数の３倍の周波数の場合についてである。
【００６０】
なお、本発明の高周波回路と類似する構成の高周波回路として、二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する高周波回路が考えられる。図６は、二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する場合の螺旋導体配線のパターンを示す図である。しかし、両螺旋導体配線内の電流の流れを考えると、図６の構成では回路サイズの効率的な小型化が実現できないことが分かる。螺旋導体配線５に、螺旋導体配線４と同じ方向の、時計回りの方向に電流を流れる条件を考えた場合、螺旋導体配線５上の点Ａ５を流れる電流要素が、両螺旋導体配線間に存在する分布的な容量によって、螺旋導体配線４上の点Ａ４へと結合したと想定する。互いに向きが等しい両螺旋導体配線４、５はほとんど重なっているため、Ｆ４→Ｅ４→Ｄ４→Ｃ４→Ｂ４→Ｃ５→Ｂ５→Ａ５という順序で、電流が流れる。このときの共振器長Ｌｃｐ−ｏｄｄは、Ａ４→Ｂ４→Ｃ４→Ｄ４と螺旋導体配線４内を電流が流れて共振する場合の単独の螺旋導体配線共振器の共振器長Ｌｉｎｄと、大きく変わらない。したがって、両螺旋導体配線の巻き方向を同じにした場合、螺旋導体配線の積層による共振器長の増大、すなわち共振周波数の低下という効果を発現できない。すなわち、本発明の効果を得るためには、上下に交差する両螺旋導体配線の巻き方向が、互いに反対向きでなければならない。
【００６１】
なお、本発明の高周波回路において、上側の螺旋導体配線の最外郭形状と、下側の螺旋導体配線の最外郭形状とが、高さを違えて重なるようにパターンされているのが好ましい。図３における正方形状の螺旋導体配線を例にあげると、最外郭の形状は正方形である。この正方形が重なるように、両螺旋導体配線がパターンされることが好ましい。同様に、最外郭形状が円形や正方形以外の多角形である場合にも同様の条件が好ましい。図７Ａ，Ｂは、最外郭形状が円形である螺旋導体配線４，５のパターンを示す上面図である。両螺旋導体配線間で高さを違えて重なっている個所の面積が増加するほど、両螺旋導体配線間の高周波電流の相互移動が円滑に行われる。したがって、積層配置される両螺旋導体配線の最外郭形状が最も広い面積で交差するよう配置されることが、共振周波数低下のために好ましい。
【００６２】
なお、本発明の高周波回路において、上側の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所と、下側の螺旋導体配線における最外郭導体配線の開放終端個所とが、上側の螺旋導体配線の螺旋の中心点から臨んで逆方向に配置されることが好ましい。図１において説明した第１の実施形態での正方形状の螺旋導体配線を例にあげると、両螺旋導体配線の最外郭形状が一致するような配置としては、図８Ａ〜Ｄに示すように、全部で４種類の組み合わせが考えられる。これらの４種類の組み合わせは、図８Ａで示したように、両螺旋導体配線の開放終端個所が両螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向にある状態を０度とする。図８Ｂで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を９０度回転して形成される組み合わせである。図８Ｃで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を１８０度回転して形成される組み合わせである。図８Ｄで示した状態は、図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を２７０度回転して形成される組み合わせである。図８Ａ〜Ｄにおいて、十字パターンで示される個所は、上面に配置される螺旋導体配線において最外郭導体配線の開放終端個所から０．５巻き部分に相当する個所に、下面に形成される螺旋導体配線中で交差する個所を示したものである。十字パターンで示す領域では、両螺旋導体配線の間に生じる交差結合容量が得られるため、両螺旋導体配線間の電流の移動がより低い周波数でも得られ、共振周波数の低減に寄与しうる。一方、図８Ａ，Ｂ，Ｄにおいて、白く示した個所は、下面に形成する螺旋導体配線の最外郭導体配線の中でも、上面の最外郭導体配線の開放終端個所から０．５巻きまでの個所と交差し得なかった個所を示す。白く示した領域は、効果的な交差結合容量を生じさせることができず、効果的な基本共振周波数の低減に貢献できない領域である。白く示した領域は、上面の螺旋導体配線における最外郭導体配線の終端個所に近くない個所と結合することや、内郭の導体配線と結合することは、可能である。しかし、最外郭導体配線の開放終端個所付近が最も一辺の長さが長いことを考慮すると、白く示した領域が少なくなる構成が、最も基本共振周波数を低減しうることは明らかである。以上の理由により、両螺旋導体配線の開放終端個所付近で、最外郭導体配線が最も高い確率で交差している状態である、図８Ｃに相当する状態が、本発明の高周波回路の実施形態の４種類の選択肢の中では最も好ましい例となる。次が、図８Ｄに示す状態である。その次が、図８Ｂに示す状態である。最も好ましくないのが、図８Ａに示す状態である。各螺旋導体配線の最外郭形状が円形（図７Ａ，Ｂ参照）や正方形以外の多角形である場合にも、上記の条件を満たすことが好ましい。
【００６３】
なお、図１では、上面の螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面に形成される実施形態を示したが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されてもよいし、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。また、多層誘電体基板１が三層以上である場合、螺旋導体配線４と螺旋導体配線５との間に、二層以上の導体配線層が形成されていてもよい。
【００６４】
なお、本発明の高周波回路において、構成螺旋導体配線の巻き数を一回以上としているのは、二つの積層される螺旋導体配線間の近接交差領域を大きく設定することが可能となるからである。
【００６５】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本波の二倍付近の周波数で共振現象を発現せず、波長よりも遥かに小型な共振器を提供することができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る高周波回路のＣＤ線に沿う概略断面図である。本発明の高周波回路は、三層の誘電体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図９Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図である。図９Ｃは、多層誘電体基板１における中位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。図９Ｄは、多層誘電体基板１における最下位の導体配線層の内部面８上に形成される螺旋導体配線９のパターンを示す上面図である。
【００６７】
図９Ｂに記した螺旋導体配線４の中心点Ｏ４と、図９Ｃに記した螺旋導体配線５の中心点Ｏ５と、図９Ｄに記した螺旋導体配線９の中心点Ｏ９とは、最表面２と内部面３と内部面８とを重ねた場合、一致する。また、螺旋導体配線４，５，９の螺旋の中心点Ｏ４，Ｏ５，Ｏ９が一致するように最表面２と内部面３と内部面８とを重ねた場合、三つの螺旋導体配線４，５，９の外縁は一致する。
【００６８】
螺旋導体配線４の巻き方向は、時計回りである。螺旋導体配線５の巻き方向は、反時計回りである。螺旋導体配線５の巻き方向は、時計回りである。したがって、三つの積層された螺旋導体配線の巻き方向は、最上位から順番に逆向きになっている。すなわち、互いに隣接する螺旋導体配線同士は、互いに反対向きの巻き方向を有している。各螺旋導体配線の巻き数は、それぞれ２．５回である。
【００６９】
以下、第２の実施形態に係る高周波回路の動作原理について説明する。
【００７０】
螺旋導体配線４と螺旋導体配線５との交差領域間に存在する交差結合容量によって、螺旋導体配線４を流れた高周波電流は、螺旋導体配線５に移動する。このときに、当該交差領域を平行結合線路とみなした場合、螺旋導体配線４に高周波電流が流れる方向と同じ方向に高周波電流が流れる螺旋導体配線５の部分は、平行結合線路の偶モード的な電流分布に相当する。当該部分では、実効誘電率の増大が発現するので、結合領域長の増大が見込める。さらに、螺旋導体配線５と螺旋導体配線９との交差領域間に存在する交差結合容量によって、螺旋導体配線５を流れた高周波電流は、螺旋導体配線９に移動する。このときに、当該交差領域を平行結合線路としてみなした場合、螺旋導体配線５に高周波電流が流れる方向と同じ方向に高周波電流が流れる螺旋導体配線９の部分は、平行結合線路の偶モード的な電流分布に相当する。当該部分では、近接する各螺旋導体配線間の高い結合度が得られる。これらの原理から、近接交差する螺旋導体配線数が３を超えても、各螺旋導体配線内を同じ方向に電流が流れるモードは、最も低い周波数で共振現象を発現する。このような電流分布が生じた場合に、近接交差する螺旋導体配線４，５の対、若しくは螺旋導体配線５，９の対がそれぞれ最も長い共振器長の積層螺旋導体配線共振器となるための条件は、三つの螺旋導体配線４，５，９からなる積層螺旋導体配線共振器の共振器長が最も長くなるための条件と一致する。したがって、全ての近接交差する螺旋導体配線の組み合わせを逆向きに設定することが、最も長い共振器長にし、最も低い周波数で基本共振周波数を発現する条件になる。
【００７１】
なお、例えば、３層以上の螺旋導体配線が交差して、その内の近接交差する螺旋導体配線の組み合わせが全て反対向きに配置されておらず、例えば一つの組み合わせが同じ回転方向の螺旋導体配線の積層構造により構成されていても、その他の組み合わせによって発現している本発明の有利な効果は消滅しない。
【００７２】
なお、図９Ａでは、螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面２に形成された場合について示したが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていてもよいし、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。また、多層誘電体基板が四層以上であって、四層以上の螺旋導体配線が形成されていても、同様の効果を得ることができる。また、各螺旋導体配線間に、二層以上の誘電体配線層が形成されていてもよい。
【００７３】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、単純な構造で、特殊な材料を新たに用いることなく、基本波の二倍付近の周波数で共振現象を発現せず、波長よりも遥かに小型な共振器を提供することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
図１０Ａは、本発明の第３の実施形態に係る高周波回路のＥＦ線に沿う概略断面図である。第３の実施形態に係る高周波回路は、二層の誘電体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１０Ｂは、多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。図１０Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す図である。
【００７５】
図１０Ｂに記した点Ｏ４と図１０Ｃに記した点Ｏ５は、第１の実施形態と同様、面内位置がそれぞれ等しい。積層された螺旋導体配線４，５は、積層螺旋導体配線共振器１１を構成する。積層螺旋導体配線共振器１１に結合する入出力線路１２は、多層誘電体基板１の最表面２に形成されている。すなわち、螺旋導体配線４と入出力線路１２とは、同一平面内に配置され、その一部が接続点１３において直接接続されている。
【００７６】
外部回路から共振器へ、または共振器から外部回路へ伝達するエネルギー効率を低下させないため、もしくは、帯域の広いフィルタ回路を構成するために、共振器と外部回路との強い結合が不可欠である。例えば、二本の伝送線路を結合させるためには、両者を平行に配置すればよく、その結合度は配置間隔を変化させることにより調整できる。例えば、伝送線路間の距離を減じれば、両伝送線路間の交差結合容量が増大し、結合度は増加する。また、結合する線路長が４分の１波長や２分の１波長などに設定できれば、結合伝送線路構造が共振現象を示し、一方の伝送線路から片方の伝送線路へ効率よくエネルギーの伝達が可能となる。しかし、複数積層された螺旋導体配線からなる積層螺旋導体配線共振器は回路占有面積が小さくなっているため、入出力線路を隣接配置したとしても強い結合を得ることが困難である。結合距離を長くするために、螺旋導体配線の最外郭導体配線の周辺を間隙を介して、折り曲げながら配置することによって結合度を得ることも可能であるが、不要な回路の占有面積が必要となってしまう。そこで、第３の実施形態に係る高周波回路においては、積層螺旋導体配線共振器を構成する螺旋導体配線４の一部に入出力線路１２を直接接続することによって、両者の結合を強めることとした。
【００７７】
なお、一般に、二分の一波長共振器と入出力線路とを直接接続すると、直流的にも両者が接続されてしまうことになることから、あまりにも広帯域に強い結合を得てしまうという問題がある。そのため、両者を直接接続することなく、短い結合領域長で高い容量を得る必要があるので、高誘電率材料を用いたキャパシタによる接続や、配線間距離を極端に狭くする結合、層間距離が極端に薄い多層誘電体基板を使用しての結合などの解決策が考えられる。しかし、いずれも低コスト性を維持することが困難である。第３の実施形態に係る高周波回路では、積層螺旋導体配線共振器が二つ以上の空間的に分離された螺旋導体配線構造の組み合わせから構成されるので、空間的に分離された螺旋導体配線間を円滑に移動可能な電流が有する周波数帯域は限定される。そのため、直流的な結合は起こらず、極端に強い結合が不要に広帯域に起こってしまうこともない。さらには、直接接続する個所の接続幅を変えれば、結合度を変化させることも可能である。
【００７８】
なお、図１０Ａには、入出力線路１２およびそれに直接結合する螺旋導体配線４は、同一導体層に形成されることとしたが、入出力線路１２と直接接続される螺旋導体配線は多層誘電体基板１内の異なる導体層に形成されていてもかまわない。この構成の場合、両者の直接接続は、多層誘電体基板１の少なくとも一部を貫通する貫通接続導体を用いて実現されることとなる。
【００７９】
なお、図１０Ａでは、上面の螺旋導体配線４が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、螺旋導体配線４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
【００８０】
なお、図１０Ａでは、入出力線路１２が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、入出力線路１２が多層誘電体基板１内の内部導体層に形成されていてもよい。
【００８１】
なお、図１０Ａでは、二層の導体配線層上に二つの螺旋導体配線を形成することとしたが、第２の実施形態に示したように、三層以上の導体配線層上に三以上の螺旋導体配線を形成してもよい。
【００８２】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、単純且つ小型な回路で積層螺旋導体配線共振器と入出力線路との間の強い結合を得ることができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
図１１Ａは、本発明の第４の実施形態に係る高周波回路のＧＨ線に沿う概略断面図である。第４の実施形態に係る高周波回路は、二層の導体配線層を有する多層誘電体基板１に形成される。図１１Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４のパターンを示す上面図である。図１１Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
【００８４】
図１１Ｂに記した点Ｏ４と図１１Ｃに記した点Ｏ５とは、第１の実施形態と同様、面内一が等しい。さらに、図１１Ｂに記した点Ｏ１４と図１１Ｃに記した点Ｏ１５とは、面内位置が等しい。積層された螺旋導体配線４，５によって、積層螺旋導体配線共振器１１が構成される。積層された螺旋導体配線１４，１５によって、積層螺旋導体配線共振器１６が構成される。積層螺旋導体配線共振器１１，１６において、上下に形成される螺旋導体配線４，５および１４，１５は、それぞれ、互いに逆向きの巻き方向を有している。積層螺旋導体配線共振器１１と積層螺旋導体配線共振器１６とは、隣接して配置されている。
【００８５】
複数の共振器間を結合する方法として、結合させる共振器間の容量によって結合させる方法と、片方の共振器から生じる磁界をもう片方の共振器に結合させる方法とがある。第４の実施形態に係る高周波回路では、螺旋の回転方向が逆向きの螺旋導体配線を積層して形成される積層螺旋導体配線共振器間に結合を生じさせるために、二つの積層螺旋導体配線共振器を空間を介して面的に隣接して配置している。各積層螺旋導体配線共振器は、それを構成している螺旋導体配線が発現する共振周波数よりもはるかに低い基本共振周波数を実現した小型共振器である。したがって、隣接する伝送線路との間に発生する空間的な容量によって外部回路と適度な結合を得ることが困難になる。これは、積層螺旋導体配線共振器は、共振器長が長いにもかかわらず占有する面積が少ないため、基本共振周波数の波長に比べて、螺旋導体配線と伝送線路とが隣接して配置できる距離が短いことに起因している。しかし、第４の実施形態に係る高周波回路において、隣接して配置される二つの積層螺旋導体配線共振器は、共に積層構造を有しているので、積層された各配線間で多重の空間的な容量が生じる。さらに、片方の積層螺旋導体配線共振器に沿って電流が流れた場合に積層螺旋導体配線共振器の内側を貫いて発生する磁界が、積層螺旋導体配線共振器の外側においては、もう一方の積層螺旋導体配線共振器の中央を貫くように、配置位置を調整することによって、もう一方の積層螺旋導体配線共振器にも誘導電流を流すことが可能となる。よって、二つの積層螺旋導体配線共振器を隣接して配置するのみで、所望の共振器間結合を得ることが可能となる。
【００８６】
また、積層螺旋導体配線共振器間の結合の実現、という有利な効果は、高誘電率材料の使用などの追加プロセスを必要とせず得られるので、第４の実施形態に係る高周波回路は、低コストで製造可能な利点を有する。
【００８７】
なお、図１１Ａには、螺旋導体配線４と１４、あるいは５と１５、がそれぞれ同一導体層に形成された場合の本発明の実施の形態について示したが、それぞれが異なる導体層に形成されても本発明の有利な効果を得ることは同様に可能である。
【００８８】
なお、図１１Ａにおいては、積層螺旋導体配線共振器１１、１６の上面の螺旋導体配線４，１４が多層誘電体基板１の最表面に形成された場合の本発明の実施の形態について示したが、螺旋導体配線４，１４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４，１４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
【００８９】
なお、上記では、二つの積層螺旋導体配線共振器が結合することとしたが、三以上の積層螺旋導体配線共振器が結合するように構成されていてもよい。
【００９０】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、従来よりも小型な共振器である積層螺旋導体配線共振器間の結合を実現することができる。
【００９１】
（第５の実施形態）
図１２Ａは、本発明の第５の実施形態に係る高周波回路のＩＪ線に沿う概略断面図である。なお、ＩＪ線に沿う断面図上では、入出力線路１２，１７は、見えないが、図１２Ａでは、断面図に入出力線路１２，１７を投影させて表記している。図１２Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４および入出力線路１２，１７のパターンを示す上面図である。図１２Ｃは、多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図である。
【００９２】
図１２Ｂに記した点Ｏ４と図１２Ｃに記した点Ｏ５とは、第１の実施形態と同様、面内位置が一致する。図１２Ｂに記した点Ｏ１４と図１２Ｃ中に記した点Ｏ１５とは、面内位置が一致する。積層された螺旋導体配線４，５によって、積層螺旋導体配線共振器１１が構成される。積層された螺旋導体配線１４，１５によって、積層螺旋導体配線共振器１６が構成される。螺旋導体配線４，５のそれぞれの巻き方向は、互いに逆向きである。螺旋導体配線１４，１５のそれぞれの巻き方向は、互いに逆向きである。両積層螺旋導体配線共振器の上面に形成された螺旋導体配線４，１４の巻き方向は、同じである。積層螺旋導体配線共振器１１と積層螺旋導体配線共振器１６とは、隣接して配置され結合されている。螺旋導体配線４に隣接して入出力線路１２が配置され、外部回路と積層螺旋導体配線共振器１１との結合が実現している。螺旋導体配線１４に隣接して入出力線路１７が配置され、外部回路と積層螺旋導体配線共振器１６との結合が実現している。
【００９３】
第５の実施形態に係る高周波回路において、積層螺旋導体配線共振器によって構成される帯域通過フィルタが実現する。構成要素である各螺旋導体配線の基本共振周波数より低い周波数で基本共振現象を示す小型共振器である積層螺旋導体配線共振器を使用することによって、第５の実施形態に係る高周波回路においても、回路の小型化が実現できる。単層平面回路で形成された従来の二分の一波長共振器は基本波の二倍の周波数でも共振現象を発現するので、二分の一波長共振器により構成される従来の帯域通過フィルタは基本周波数の二倍の周波数の帯域でも通過特性を有してしまう。それに比べて、積層螺旋導体配線共振器においては、二分の一波長共振器であるにもかかわらず、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を示さない。したがって、第５の実施形態に係る高周波回路においても、通過帯域の二倍の周波数付近の帯域で通過特性を示さないという有利な効果が得られる。
【００９４】
なお、図１２Ａでは、積層螺旋導体配線共振器１１と入出力線路１２、および積層螺旋導体配線共振器１６と入出力線路１７との結合を得るために、空間的な容量を利用しているが、螺旋導体配線４と入出力線路１２との間、螺旋導体配線１４と入出力線路１７との間を、キャパシタ部品を用いてそれぞれ接続することも可能である。この場合、所望の特性を得るために最適な結合度は、キャパシタの容量値を調整すれば得ることができる。また、螺旋導体配線４と入出力線路１２、および螺旋導体配線１４と入出力線路１７とをそれぞれ直接接続して結合を得ることも可能であり、所望の特性を得るために最適な結合度は、接続幅を変化することにより調整可能である。
【００９５】
なお、図１２Ａでは、入出力線路１２，１７と結合する螺旋導体配線４，１４は同一導体層に形成されることとしたが、それぞれが異なる導体層に形成されても本発明の有利な効果を得ることは可能である。
【００９６】
なお、図１２Ａにおいて、積層螺旋導体配線共振器１１，１６の上面の螺旋導体配線４、１４は多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、螺旋導体配線４，１４は多層誘電体基板１の内部面に形成されていても、螺旋導体配線４，１４が形成される導体配線層が被覆されていても、本発明の有利な効果を同様に得ることが可能である。
【００９７】
なお、図１２Ａにおいて、入出力線路１２が多層誘電体基板１の最表面２に形成されることとしたが、入出力線路１２が多層誘電体基板１内の内部導体層に形成されてもよい。
【００９８】
なお、上記では、二つの積層螺旋導体配線共振器が結合することとしたが、三以上の積層螺旋導体配線共振器が結合するように構成されていてもよい。
【００９９】
以上説明したように、第５の実施形態によれば、特殊な材料を用いることなく、単純な構造によって、通過帯域の二倍の周波数帯域に通過特性をもたない、通過帯域フィルタ特性を有する、従来よりも小型な高周波回路を提供することができる。
【実施例１】
【０１００】
（第１の実施形態に係る実施例）
本発明者は、第１の実施形態に係る実施例となる高周波回路を作成して共振特性を測定した。図１３Ａ〜Ｃは、測定に用いた評価用高周波回路の構造概略を示す図である。図１３Ａは、評価用高周波回路のＫＬ線に沿う断面概略図である。なお、図１３Ａでは、入出力線路１２を投影させて表記している。図１３Ｂは、多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図である。図１３Ｃは、多層誘電体基板における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図である。
【０１０１】
評価用高周波回路において、積層螺旋導体配線共振器１１に対する結合度を低くした状態で、プローブとなるマイクロストリップ構造の入出力線路１２を近接させ、本発明者は、一端子の反射を測定した。本発明者は、共振周波数および反射帯域からＱ値を見積もった。本発明者は、基本共振および二次の共振についての評価を行った。
【０１０２】
表１は、本発明の高周波回路の実施例および比較実施例のパラメータおよび特性を示す。実施例および比較実施例において、評価基板材は、誘電率が１０．２、誘電正接が０．００３のＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板であるとした。多層基板構造は、厚さ６４０ミクロンの同材をベースとし、その両面に厚さ４０ミクロンの銅配線を施した後、厚さ１３０ミクロンの同材を追加層として貼り付ける構造とした。追加層の上面に形成する銅配線は、厚さ４０ミクロンと統一した。全ての配線の配線幅は、２００ミクロンであるとした。面内の隣接配線間の間隙は、２００ミクロンと統一した。形成した各螺旋導体配線の外形は、２５００ミクロンの正方形と統一した。なお、多層誘電体基板の裏面には、全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。測定端子は、多層基板構造へ追加される追加層の有無にかかわらず、最上面に形成した。
【表１】
2004095624.tif 000032
【０１０３】
第１の実施例および第１の比較実施例は、共に、２．５回巻きの螺旋導体配線が二層積層された構造を含んでいることとする。第１の実施例では、螺旋導体配線の巻き方向が上下で逆である。一方、第１の比較実施例では、螺旋導体配線の巻き方向が上下で同じである。第１の実施例では、１．４２ＧＨｚで共振現象を示したのに対して、第１の比較実施例では、２．６２ＧＨｚで共振現象を示した。
【０１０４】
第２の比較実施例は、追加層の表面にのみ巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した構成を有している。第２の比較実施例では、共振周波数は３．３１ＧＨｚであり、Ｑは９６．６であった。
【０１０５】
第３の比較実施例は、追加層を設けずに、厚さ６４０ミクロンのベース基板の表面に巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した構成を有している。第３の比較実施例では、共振周波数は３．３５ＧＨｚであり、Ｑ値は１０３．５であった。
【０１０６】
第４の比較実施例は、厚さ６４０ミクロンのベース基板の表面に巻き方向が時計回りの一つの螺旋導体配線を形成した後、追加層を被覆し、追加層表面に螺旋導体配線の導体パターンを形成しなかった構成を有している。第４の比較実施例では、共振周波数は２．６６ＧＨｚであり、Ｑ値は９１．６であった。
【０１０７】
これらの結果より、第１の実施例が示す共振周波数は、第１の比較実施例と比較して共振周波数が４６％低下していることが明らかになった。また、第１の実施例が示す共振周波数は、多層基板条件を変化させた第２〜第４の比較実施例のいずれと比較しても、実効的な共振器長が２倍近く増加したといえる。したがって、第１の実施例が、小型化な共振器であることが確認された。
【０１０８】
また、第１の実施例では、二次の共振周波数は基本周波数の３倍程度であって、基本共振周波数の二倍の周波数での共振現象を起こさなかった。
【０１０９】
次に、第１の実施例と同様の螺旋導体配線構造において、上下の螺旋導体配線の配置位置が相対的にずれることによる基本共振周波数への影響を把握するために、計６個の高周波回路を作製した。図１４は、上下の螺旋導体配線の配置位置の相対的ずれ距離による基本共振周波数の変化を示す図である。図１４から明らかなように、積層する螺旋導体配線の外縁の形状が一致している条件で、最も低い基本共振周波数が得られた。これは、両螺旋導体配線間の高さを違えて重なっている交差個所の面積が増加するほど、両螺旋導体配線間の高周波電流の相互移動が円滑に行われるので、積層配置される両螺旋導体配線の外縁の形状が最も広い面積で交差するよう配置されることが共振周波数低下のために好ましいことを示している。
【０１１０】
次に、両螺旋導体配線の交差の仕方が変化した場合の影響を把握するために、ベース基板表面に形成された螺旋導体配線を形状、方向共に固定し、追加層表面に形成される螺旋導体配線の形成方向を４５度ずつ回転させたいくつかの高周波回路の特性を測定し、図１５に示した。同様に、各螺旋導体配線の巻き数が２．２５回転である場合の結果を測定し、図１６に示した。さらに、各螺旋導体配線の巻き数が２回転である場合の結果を測定し、図１７に示した。
【０１１１】
図１５〜１７では、両螺旋導体配線の開放終端個所が螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向に存在する場合の状態を、角度０度と定義した。螺旋導体配線数がいずれの値においても、角度が１８０度の場合の高周波回路が最も低い基本共振周波数を示した。
【０１１２】
すなわち、両螺旋導体配線の開放終端個所が、螺旋導体配線の中心点から臨んで逆方向に存在する場合、最も小型の共振器を提供することができることが分かった。また、いずれの配置角度においても、個別の螺旋導体配線が有する共振器長よりも、３４％以上長い共振器長の共振器として機能することが分かった。
【実施例２】
【０１１３】
（第２の実施形態に係る実施例）
次に、本発明者は、第１の実施例に、更に厚さ１３０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板を追加層として表面に張り合わせ三層の誘電体基板を回路基板として使用した第２の実施形態に係る実施例となる高周波回路を作製した。最表面を含む三層の導体配線層に、厚さ４０ミクロンの銅配線からなる等価な螺旋導体配線をそれぞれ形成し、積層螺旋導体配線共振器構造を作製した。螺旋導体配線の形状は、第１の実施例と同様である。第１の実施例と同様に、最表面に形成したプローブ構造により、共振器の基本共振周波数とＱ値、および二次の共振周波数とＱ値を見積もった。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り、高周波グラウンドとして機能させた。
【０１１４】
表２に、本発明の第２〜第４の実施例、第５の比較例のパラメータおよび特性を示す。第２の実施例は、３層の螺旋導体配線が全て逆の螺旋回転方向を有している構造である。第３の実施例は、一層目と二層目が逆向きで、二層目と三層目は同じ向きの螺旋回転方向を有している構造である。第４の実施例は、一層目と二層目が同じ向きで、二層目と三層目が逆向きの螺旋回転方向を有している構造である。第５の比較実施例は、三層全ての螺旋導体配線の螺旋回転方向が同じ向きである。
【０１１５】
表２より明らかなように、全ての交差近接する螺旋導体配線間の螺旋回転方向が、逆向きに設定された第２の実施例が最も低い基本共振周波数を示している。一方、三層全てが同じ螺旋回転方向に設定された第５の比較実施例は、個別の螺旋導体配線が２分の１波長共振器として示す基本共振周波数とほとんど同じ基本共振周波数しか示さなかった。また、交差近接する螺旋導体配線の二つの組み合わせのうち、一つの組み合わせのみが螺旋回転方向を逆向きになるよう設定した第３および第４の実施例は、それぞれ第２の実施例２程ではないが、第５の比較実施例と比較すると基本共振周波数が低下している。また、第５の比較実施例では、基本共振周波数の２倍の周波数で共振現象を起こしたが、第２〜第４の実施例では、二次の共振周波数は基本周波数の３倍程度であって、基本共振周波数の二倍の周波数での共振現象を起こさなかった。
【表２】
2004095624.tif 000033
【実施例３】
【０１１６】
（第３の実施形態に係る実施例）
第３の実施形態に係る実施例の高周波回路のベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）である。当該高周波回路は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンの追加基板をベース基板に積層することによって、二層の多層誘電体基板として構成されている。表面と内部導体層とには、導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺９００ミクロンの正方形の最外郭形状を有する１．５回転の巻き数の螺旋導体配線が二層積層されている。これによって、積層螺旋導体配線共振器が構成される。多層誘電体基板の最上面には、幅４００ミクロンの入出力線路が形成されている。図１８は、螺旋導体配線と入出力線路とを直接接続した第３の実施形態の実施例に係る高周波回路に対して、入出力線路から給電をした場合の反射強度の周波数特性を示すグラフである。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り、高周波グラウンドとして機能させた。上面の螺旋導体配線に対する接続点１３の相対位置は、図１０Ｂに示した位置と同一とした。
【０１１７】
図１８に示すように、２．３７ＧＨｚの基本共振周波数の周波数を変化させることなく、反射損失１４ｄＢという強い強度の反射ピークを得ることができた。したがって、積層螺旋導体配線共振器と外部回路との間に、強い結合が得られたことがわかった。
【０１１８】
上記高周波回路と同様の設定で、幅４００ミクロンの入出力線路と積層螺旋導体配線との間に２００ミクロンの間隙を介した比較例を用いて、給電を行った。この場合、反射強度測定限界内では反射特性にピークを確認することはできなかった。したがって、結合距離を短くしただけでは積層螺旋導体配線共振器に対する強い結合が得られないことがわかった。また、図１９Ａ〜Ｃに示すように、線路間距離２００ミクロンの平行結合線路として機能するように、入出力線路１２の方向を螺旋導体配線４の最外郭配線に対して９０度回転させた。このとき、接続点１３の付近を開放終端とし給電したところ、共振周波数での反射損失は０．５５ｄＢにしか達しなかった。したがって、結合距離を短くしただけでは積層螺旋導体配線共振器に対する強い結合が得られないことがわかった。
【実施例４】
【０１１９】
（第４の実施形態に係る実施例）
第４の実施形態に係る実施例の高周波回路のベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）である。当該高周波回路は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンの追加基板をベース基板に積層することによって、二層の多層誘電体基板として構成されている。表面と内部導体層とには、導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺２５００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた２．５回転の巻き数の螺旋導体配線を二層積層した積層螺旋導体配線共振器が二つ構成されている。本発明者は、距離を介して二つの積層螺旋導体配線共振器を配置した場合の、積層螺旋導体配線共振器の基本共振周波数の分離による両共振器間の結合度を見積もった。なお、多層誘電体基板の裏面には、全面に銅導体貼り、高周波グラウンドとして機能させた。結合した共振器間の結合度は、基本共振周波数の偶モードおよび奇モードへの分離量より計算することが可能である。図２０は、両共振器の配置間隔を変化させた場合の結合度を示すグラフである。図２０には、基本共振周波数が結合により分離した偶モードおよび奇モードの二つの共振周波数の変化も示した。
【０１２０】
例えば、比帯域５％、帯域内通過損失偏差０．２ｄＢのチェビシェフ特性の帯域通過フィルタを３段の共振器から構成する場合、共振器間の結合度は０．０４２４である。また、比帯域を１０％とすれば、帯域内通過損失偏差０．２ｄＢの場合には、結合度に０．０８４８といった値が理論的に必要になる。しかし、図２０から明らかなように、二つの積層螺旋導体配線共振器間の配置間隔を調整することによって、第４の実施形態に係る実施例において、現実的なフィルタ設計において要求される程度の結合度が、小型共振器である積層螺旋導体配線共振器間において実現可能であることが確認された。
【実施例５】
【０１２１】
（第５の実施形態に係る実施例）
第５の実施形態に係る実施例として、二つの積層螺旋導体配線共振器を用いた第１の帯域通過フィルタを作製した。ベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）であるとした。追加基板は、ベース基板と同材の厚さ１３０ミクロンであるとした。これによって、二層の多層誘電体基板を構成した。表面と内部導体層とに導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンによって一辺１８００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた１．５回転の巻き数の螺旋導体配線を二層積層した積層螺旋導体配線共振器を二つ構成した。両積層螺旋導体配線共振器間の間隔は、比帯域６％を得るために必要な０．０７の結合度に相当する３００ミクロンに設定した。両積層螺旋導体配線共振器を構成する上面の螺旋導体配線同士、また下面の螺旋導体配線同士の螺旋回転方向は同一とした。両積層螺旋導体配線共振器の上面の螺旋導体配線の最外郭導体配線には、同一平面状に形成された幅４００ミクロンの入出力線路を直接接続して、外部回路と共振器構造との間の結合を得た。接続点は、螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所から正方形一辺分移動した個所とした。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。
【０１２２】
図２１および図２２は、上記第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。図２１は、通過帯域付近での狭帯域な特性を示す。図２２は、通過帯域の４倍の周波数に相当する１２ＧＨｚまでの広帯域な特性を示す。図２１に示すように、中心周波数２．９５ＧＨｚ、比帯域５．９％のフィルタが実現された。通過帯域内での挿入損失の最小値は１．８ｄＢであった。図２２より明らかなように、中心周波数の二倍に相当する６ＧＨｚ付近の周波数帯域には不要な通過帯域の存在は確認されなかった。
【０１２３】
また、同様にして、二つの積層螺旋導体配線共振器を用いた第２の帯域通過フィルタを作製した。ベース基板は、厚さ６４０ミクロンのＲＴ／Ｄｕｒｏｉｄ基板（誘電率１０．２、誘電正接０．００３）であるとした。二層の追加基板は、ベース基板と同材のそれぞれ厚さ１３０ミクロンとした。これによって、三層の多層誘電体基板を構成した。表面と内部導体層とに導体幅２００ミクロン、面内配線間距離２００ミクロン、導体厚４０ミクロンの銅パターンにより一辺１７００ミクロンの正方形の最外郭形状を備えた２回転の巻き数の螺旋導体配線を三層積層した積層螺旋導体配線共振器を二つ構成した。すなわち、第２の帯域通過フィルタは、前述の第１の帯域通過フィルタでは積層螺旋導体配線共振器の積層数が２であったのを、３に増加させた構造である。両積層螺旋導体配線共振器間の間隔は、比帯域５％を得るために必要な０．０６の結合度に相当する６５０ミクロンに設定した。両積層螺旋導体配線共振器を構成する上面の螺旋導体配線同士、また下面の螺旋導体配線同士の螺旋回転方向は同一とした。両積層螺旋導体配線共振器の上面の螺旋導体配線の最外郭導体配線に、同一平面状に形成された幅４００ミクロンの入出力線路を直接接続して、外部回路と共振器構造との間の結合を得た。接続点は、螺旋導体配線の最外郭導体配線の開放終端個所から正方形一辺分移動した個所とした。なお、多層誘電体基板の裏面には全面に銅導体を貼り付け、高周波グラウンドとして機能させた。
【０１２４】
図２３および図２４は、上記第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。図２３は、通過帯域付近での狭帯域な特性を示す。図２４は、通過帯域の５倍の周波数に相当する１２ＧＨｚまでの広帯域な特性を示す。図２３に示すように、中心周波数２．３８ＧＨｚ、比帯域３．１％のフィルタが実現された。通過帯域内での挿入損失の最小値は５．０ｄＢであった。また中心周波数の二倍に相当する４．８ＧＨｚ付近の周波数帯域には不要な通過帯域の存在は確認されなかった。
【０１２５】
以上、従来技術構成の高周波回路、比較実施例、本発明の高周波回路の実施例の特性比較よって、本発明の有意な効果について証明がなされた。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明に係る高周波回路は、特殊な材料を用いることなく、単純な構造により、従来よりも小型で、基本共振周波数の二倍の周波数で共振現象を起こさず、かつ構造の大きさが伝送帯域の電磁波の波長に対して飛躍的に短い高機能な共振器であり、無線通信機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る高周波回路のＡＢ線に沿う概略断面図
【図１Ｂ】多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図
【図１Ｃ】多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図
【図２Ａ】第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するために偶モードを示す図
【図２Ｂ】第１の実施形態に係る高周波回路の動作原理を説明するために希モードを示す図
【図３Ａ】平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために伝送線路を完全に平行に配置した場合を示す図
【図３Ｂ】平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために伝送線路を長さ方向に半分ずらして、両者を平行に配置した場合を示す図
【図３Ｃ】平行結合線路における線路間の結合度の構造依存性を説明するために、図３Ｂの構造を円状に曲げることによって、内側の信号導体配線と外側の信号導体配線とが二個所において結合ような配置とした場合を示す図
【図４】電流の流れを説明するために、螺旋導体配線４，５における点を示した図
【図５】本発明の高周波回路において、基本周波数での共振現象が起こる原理を説明するための図
【図６】二層の螺旋導体配線を同じ回転向きに形成する場合の螺旋導体配線のパターンを示す図
【図７Ａ】最外郭形状が円形である螺旋導体配線４のパターンを示す上面図
【図７Ｂ】最外郭形状が円形である螺旋導体配線５のパターンを示す上面図
【図８Ａ】両螺旋導体配線の開放終端個所が両螺旋導体配線の中心点から臨んで同一方向にある状態を示す図
【図８Ｂ】図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を９０度回転した状態を示す図
【図８Ｃ】図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を１８０度回転した状態を示す図
【図８Ｄ】図８Ａで示した状態から、片方の螺旋導体配線を螺旋導体配線の中心点を中心として面内を２７０度回転した状態を示す図
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態に係る高周波回路のＣＤ線に沿う概略断面図
【図９Ｂ】多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４のパターンを示す上面図
【図９Ｃ】多層誘電体基板１における中位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す上面図
【図９Ｄ】多層誘電体基板１における最下位の導体配線層の内部面８上に形成される螺旋導体配線８のパターンを示す上面図
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態に係る高周波回路のＥＦ線に沿う概略断面図
【図１０Ｂ】多層誘電体基板１における最上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図
【図１０Ｃ】多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５のパターンを示す図
【図１１Ａ】本発明の第４の実施形態に係る高周波回路のＧＨ線に沿う概略断面図
【図１１Ｂ】多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４のパターンを示す上面図
【図１１Ｃ】多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図
【図１２Ａ】本発明の第５の実施形態に係る高周波回路のＩＪ線に沿う概略断面図
【図１２Ｂ】多層誘電体基板１における上位の導体配線層の最表面２上に形成される螺旋導体配線４，１４および入出力線路１２，１７のパターンを示す上面図
【図１２Ｃ】多層誘電体基板１における下位の導体配線層の内部面３上に形成される螺旋導体配線５，１５のパターンを示す上面図
【図１３Ａ】測定に用いた評価用高周波回路の概略断面図
【図１３Ｂ】測定に用いた評価用高周波回路の螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図
【図１３Ｃ】測定に用いた評価用高周波回路の螺旋導体配線５のパターンを示す上面図
【図１４】上下の螺旋導体配線の配置位置の相対的ずれ距離による基本共振周波数の変化を示す図
【図１５】追加層表面に形成される螺旋導体配線の形成方向を４５度ずつ回転させたいくつかの高周波回路の特性を測定した結果を示す図
【図１６】各螺旋導体配線の巻き数が２．２５回転である場合の測定結果を示す図
【図１７】各螺旋導体配線の巻き数が２回転である場合の測定結果を示す図
【図１８】螺旋導体配線と入出力線路とを直接接続した第３の実施形態の実施例に係る高周波回路に対して、入出力線路から給電をした場合の反射強度の周波数特性を示すグラフ
【図１９Ａ】線路間距離２００ミクロンの平行結合線路として機能するように、入出力線路１２の方向を螺旋導体配線４の最外郭配線に対して９０度回転させたときの高周波回路の概略断面図
【図１９Ｂ】図１９Ａに示す高周波回路における螺旋導体配線４および入出力線路１２のパターンを示す上面図
【図１９Ｃ】図１９Ａに示す高周波回路における螺旋導体配線５のパターンを示す上面図
【図２０】両共振器の配置間隔を変化させた場合の結合度を示すグラフ
【図２１】第５の実施形態に係る実施例の第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフ
【図２２】第５の実施形態に係る実施例の第１の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフ
【図２３】第５の実施形態に係る実施例の第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフ
【図２４】第５の実施形態に係る実施例の第２の帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフ
【図２５Ａ】従来の二分の一波長共振器の上面図
【図２５Ｂ】図２５Ａに示す従来の二分の一波長共振器の断面図
【図２６Ａ】二つの共振器を電磁気的に結合させた従来の共振器の上面図
【図２６Ｂ】図２６Ａに示す二つの共振器を電磁的に結合させた従来の共振器の断面図
【図２７】二つの伝送線路９０４，９０５を多層配線し、厚さ方向に交差させることによって結合度を高くした従来の共振器の断面図
【符号の説明】
【０１２８】
１  多層誘電体基板
４，５，９，１４，１５  螺旋導体配線
１２，１７  入出力線路
【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】
2004095624.tif 000034
【図１Ｂ】
2004095624.tif 000035
【図１Ｃ】
2004095624.tif 000036
【図２Ａ】
2004095624.tif 000037
【図２Ｂ】
2004095624.tif 000038
【図３Ａ】
2004095624.tif 000039
【図３Ｂ】
2004095624.tif 000040
【図３Ｃ】
2004095624.tif 000041
【図４】
2004095624.tif 000042
【図５】
2004095624.tif 000043
【図６】
2004095624.tif 000044
【図７Ａ】
2004095624.tif 000045
【図７Ｂ】
2004095624.tif 000046
【図８Ａ】
2004095624.tif 000047
【図８Ｂ】
2004095624.tif 000048
【図８Ｃ】
2004095624.tif 000049
【図８Ｄ】
2004095624.tif 000050
【図９Ａ】
2004095624.tif 000051
【図９Ｂ】
2004095624.tif 000052
【図９Ｃ】
2004095624.tif 000053
【図９Ｄ】
2004095624.tif 000054
【図１０Ａ】
2004095624.tif 000055
【図１０Ｂ】
2004095624.tif 000056
【図１０Ｃ】
2004095624.tif 000057
【図１１Ａ】
2004095624.tif 000058
【図１１Ｂ】
2004095624.tif 000059
【図１１Ｃ】
2004095624.tif 000060
【図１２Ａ】
2004095624.tif 000061
【図１２Ｂ】
2004095624.tif 000062
【図１２Ｃ】
2004095624.tif 000063
【図１３Ａ】
2004095624.tif 000064
【図１３Ｂ】
2004095624.tif 000065
【図１３Ｃ】
2004095624.tif 000066
【図１４】
2004095624.tif 000067
【図１５】
2004095624.tif 000068
【図１６】
2004095624.tif 000069
【図１７】
2004095624.tif 000070
【図１８】
2004095624.tif 000071
【図１９Ａ】
2004095624.tif 000072
【図１９Ｂ】
2004095624.tif 000073
【図１９Ｃ】
2004095624.tif 000074
【図２０】
2004095624.tif 000075
【図２１】
2004095624.tif 000076
【図２２】
2004095624.tif 000077
【図２３】
2004095624.tif 000078
【図２４】
2004095624.tif 000079
【図２５Ａ】
2004095624.tif 000080
【図２５Ｂ】
2004095624.tif 000081
【図２６Ａ】
2004095624.tif 000082
【図２６Ｂ】
2004095624.tif 000083
【図２７】
2004095624.tif 000084
【国際調査報告】
2004095624.tif 000085
2004095624.tif 000086
2004095624.tif 000087