(57)【要約】【課題】基板間距離の変動による通過周波数および通過帯域の変動を抑え、安定した動作を行うことができるようにする。【解決手段】第１の基板１０と第２の基板２０とのそれぞれにおいて、共振時に電界エネルギーが集中する各共振器１１，２１，３１，４１の開放端側をシールド電極８１，８２によって覆うような共振器構造にする。シールド電極８１，８２の大きさを最適化することで、第１の基板１０と第２の基板２０との間では主として磁界成分による電磁結合がなされる状態にし、空気層等における電界分布を大幅に少なくする。これにより、第１の基板と第２の基板との間で空気層等の基板間距離に変動があったとしても、第１の共振部および第２の共振部における共振周波数の変動が抑えられる。結果として、基板間距離の変動による通過周波数および通過帯域の変動が抑えられる。【選択図】図１
2012070080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて第１の方向に互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板における第１の領域に形成され、開放端を有する第１の共振器と、
前記第１の共振器と前記第２の基板との間で、少なくとも前記第１の共振器の開放端を覆うように前記第１の共振器を部分的に覆う第１のシールド電極と、
前記第２の基板における前記第１の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、前記第１の共振器に電磁結合する第２の共振器と、
前記第２の共振器と前記第１の基板との間で、少なくとも前記第２の共振器の開放端を覆うように前記第２の共振器を部分的に覆う第２のシールド電極と、
前記第１の共振器と前記第２の共振器とが電磁結合することによって形成された第１の共振部と、
前記第１の共振部に対して第２の方向に並列的に配置され、前記第１の共振部に電磁結合されて前記第１の共振部との間で信号伝送を行う第２の共振部と
を備えた信号伝送装置。
【請求項２】
前記第１および第２の共振器はそれぞれ、一端が開放端、他端が短絡端とされ、かつ、開放端側が短絡端側に比べて広い線路幅を有する線路型共振器であり、
前記第１のシールド電極は、少なくとも前記第１の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられ、
前記第２のシールド電極は、少なくとも前記第２の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられている
請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記第１および第２の共振器はそれぞれ、両端が開放端とされ、かつ、開放端側が中央部に比べて広い線路幅を有する線路型共振器であり、
前記第１のシールド電極は、少なくとも前記第１の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられ、
前記第２のシールド電極は、少なくとも前記第２の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられている
請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項４】
前記第１の共振器の開放端に導通されると共に、前記第１の共振器の開放端と前記第１のシールド電極との間に設けられた第１のコンデンサ電極と、
前記第２の共振器の開放端に導通されると共に、前記第２の共振器の開放端と前記第２のシールド電極との間に設けられた第２のコンデンサ電極とをさらに備えた
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項５】
前記第１の共振器と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の共振器と前記第２の共振器とを電磁結合させるための第１の結合用窓と、
前記第２の共振器と前記第１の基板との間に設けられ、前記第１の共振器と前記第２の共振器とを電磁結合させるための第２の結合用窓とをさらに備えた
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項６】
前記第１の基板における第２の領域に形成され、開放端を有する第３の共振器と、
前記第３の共振器と前記第２の基板との間で、少なくとも前記第３の共振器の開放端を覆うように前記第３の共振器を部分的に覆う第３のシールド電極と、
前記第２の基板における前記第２の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、前記第３の共振器に電磁結合する第４の共振器と、
前記第４の共振器と前記第１の基板との間で、少なくとも前記第４の共振器の開放端を覆うように前記第４の共振器を部分的に覆う第４のシールド電極とをさらに備え、
前記第２の共振部は、前記第３の共振器と前記第４の共振器とが電磁結合することによって形成されている
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項７】
前記第１の基板に形成されると共に、前記第１の共振器に物理的に直接接続、または前記第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、
前記第２の基板に形成されると共に、前記第４の共振器に物理的に直接接続、または前記第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極と
をさらに備え、
前記第１の基板と前記第２の基板との間で信号伝送を行う
請求項６に記載の信号伝送装置。
【請求項８】
前記第２の基板に形成されると共に、前記第２の共振器に物理的に直接接続、または前記第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、
前記第２の基板に形成されると共に、前記第４の共振器に物理的に直接接続、または前記第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極と
をさらに備え、
前記第２の基板内で信号伝送を行う
請求項６に記載の信号伝送装置。
【請求項９】
前記第１の共振部は、前記第１の共振器と前記第２の共振器とが混成共振モードで電磁結合することにより全体として所定の共振周波数で共振する１つの結合共振器を構成し、かつ、前記第１および第２の基板が互いに電磁結合しないよう離間した状態では前記第１の共振器と前記第２の共振器とがそれぞれ、前記所定の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するものとされ、
前記第２の共振部は、前記第３の共振器と前記第４の共振器とが混成共振モードで電磁結合することにより全体として前記所定の共振周波数で共振する他の１つの結合共振器を構成し、かつ、前記第１および第２の基板が互いに電磁結合しないよう離間した状態では前記第３の共振器と前記第４の共振器とがそれぞれ、前記所定の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するものとされている
請求項６ないし８のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項１０】
間隔を空けて第１の方向に互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板における第１の領域に形成され、開放端を有する第１の共振器と、
前記第１の共振器と前記第２の基板との間で、少なくとも前記第１の共振器の開放端を覆うように前記第１の共振器を部分的に覆う第１のシールド電極と、
前記第２の基板における前記第１の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、前記第１の共振器に電磁結合する第２の共振器と、
前記第２の共振器と前記第１の基板との間で、少なくとも前記第２の共振器の開放端を覆うように前記第２の共振器を部分的に覆う第２のシールド電極と、
前記第１の共振器と前記第２の共振器とが電磁結合することによって形成された第１の共振部と、
前記第１の共振部に対して第２の方向に並列的に配置され、前記第１の共振部に電磁結合されて前記第１の共振部との間で信号伝送を行う第２の共振部と
を備えたフィルタ。
【請求項１１】
間隔を空けて第１の方向に互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板における第１の領域に形成され、開放端を有する第１の共振器と、
前記第１の共振器と前記第２の基板との間で、少なくとも前記第１の共振器の開放端を覆うように前記第１の共振器を部分的に覆う第１のシールド電極と、
前記第２の基板における前記第１の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、前記第１の共振器に電磁結合する第２の共振器と、
前記第２の共振器と前記第１の基板との間で、少なくとも前記第２の共振器の開放端を覆うように前記第２の共振器を部分的に覆う第２のシールド電極と、
前記第１の基板における第２の領域に形成され、開放端を有する第３の共振器と、
前記第３の共振器と前記第２の基板との間で、少なくとも前記第３の共振器の開放端を覆うように前記第３の共振器を部分的に覆う第３のシールド電極と、
前記第２の基板における前記第２の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、前記第３の共振器に電磁結合する第４の共振器と、
前記第４の共振器と前記第１の基板との間で、少なくとも前記第４の共振器の開放端を覆うように前記第４の共振器を部分的に覆う第４のシールド電極と
前記第１の共振器と前記第２の共振器とが電磁結合することによって形成された第１の共振部と、
前記第３の共振器と前記第４の共振器とが電磁結合することによって形成されると共に、前記第１の共振部に対して第２の方向に並列的に配置され、前記第１の共振部に電磁結合されて前記第１の共振部との間で信号伝送を行う第２の共振部と、
前記第１の基板に形成されると共に、前記第１の共振器に物理的に直接接続、または前記第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、
前記第２の基板に形成されると共に、前記第４の共振器に物理的に直接接続、または前記第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極と
備え、
前記第１の基板と前記第２の基板との間で信号伝送を行う
基板間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれに共振器が形成された複数の基板を用いて信号伝送を行う信号伝送装置、フィルタ、ならびに基板間通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれに共振器が形成された複数の基板を用いて信号伝送を行う信号伝送装置が知られている。例えば特許文献１には、異なる基板それぞれに共振器を構成し、それら共振器同士を電磁結合させて２段のフィルタを構成して信号伝送させるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような異なる基板それぞれに形成された共振器同士を電磁結合させる構造の場合、各基板間には電界および磁界が発生する。このとき、従来の構造では、基板間に存在する空気層の厚みの変動で共振器間の結合係数や共振周波数が大きく変わるため、フィルタとしての中心周波数や帯域幅が大幅に変動する問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板間距離の変動による通過周波数および通過帯域の変動を抑え、安定した動作を行うことができるようにした信号伝送装置、フィルタ、ならびに基板間通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による信号伝送装置は、間隔を空けて第１の方向に互いに対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板における第１の領域に形成され、開放端を有する第１の共振器と、第１の共振器と第２の基板との間で、少なくとも第１の共振器の開放端を覆うように第１の共振器を部分的に覆う第１のシールド電極と、第２の基板における第１の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、第１の共振器に電磁結合する第２の共振器と、第２の共振器と第１の基板との間で、少なくとも第２の共振器の開放端を覆うように第２の共振器を部分的に覆う第２のシールド電極と、第１の共振器と第２の共振器とが電磁結合することによって形成された第１の共振部と、第１の共振部に対して第２の方向に並列的に配置され、第１の共振部に電磁結合されて第１の共振部との間で信号伝送を行う第２の共振部とを備えたものである。
【０００７】
本発明によるフィルタは、上記した本発明による信号伝送装置と同様の構成でフィルタとして動作させるようにしたものである。
【０００８】
本発明による信号伝送装置およびフィルタにおいて、第１の基板における第２の領域に形成され、開放端を有する第３の共振器と、第３の共振器と第２の基板との間で、少なくとも第３の共振器の開放端を覆うように第３の共振器を部分的に覆う第３のシールド電極と、第２の基板における第２の領域に対応する領域に形成されると共に、開放端を有し、第３の共振器に電磁結合する第４の共振器と、第４の共振器と第１の基板との間で、少なくとも第４の共振器の開放端を覆うように第４の共振器を部分的に覆う第４のシールド電極とをさらに備えていても良い。そして、第２の共振部が、第３の共振器と第４の共振器とが電磁結合することによって形成されたものであっても良い。
【０００９】
本発明による基板間通信装置は、上記した本発明による信号伝送装置の構成において、第１の基板に形成されると共に、第１の共振器に物理的に直接接続、または第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、第２の基板に形成されると共に、第４の共振器に物理的に直接接続、または第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極とをさらに備え、第１の基板と第２の基板との間で信号伝送を行うようにしたものである。
【００１０】
本発明の信号伝送装置、フィルタ、または基板間通信装置では、第１の共振器において共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第１のシールド電極によって覆われることで、第１の共振器から第２の基板側へと発生する電界分布が第１のシールド電極を境界にして大幅に少なくなる。第２の共振器についても同様に、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第２のシールド電極によって覆われることで、第２の共振器から第１の基板側へと発生する電界分布が第２のシールド電極を境界にして大幅に少なくなる。これにより、シールド電極の大きさを最適化することで、第１の共振部を構成する第１の共振器と第２の共振器とを主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態にすることが可能となる。第１の共振部において、第１の基板と第２の基板との間の空気層等における電界分布が大幅に少なくなるので、第１の基板と第２の基板との間で空気層等の基板間距離に変動があったとしても、第１の共振部における共振周波数の変動が抑えられる。同様に、第３の共振器において共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第３のシールド電極によって覆われることで、第３の共振器から第２の基板側へと発生する電界分布が第３のシールド電極を境界にして大幅に少なくなる。第４の共振器についても同様に、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第４のシールド電極によって覆われることで、第４の共振器から第１の基板側へと発生する電界分布が第４のシールド電極を境界にして大幅に少なくなる。これにより、シールド電極の大きさを最適化することで、第２の共振部を構成する第３の共振器と第４の共振器とを主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態にすることが可能となる。第２の共振部において、第１の基板と第２の基板との間の空気層等における電界分布が大幅に少なくなるので、第１の基板と第２の基板との間で空気層等の基板間距離に変動があったとしても、第２の共振部における共振周波数の変動が抑えられる。結果として、基板間距離の変動による通過周波数および通過帯域の変動が抑えられる。
【００１１】
本発明による信号伝送装置、フィルタ、または基板間通信装置において、第１および第２の共振器はそれぞれ、一端が開放端、他端が短絡端とされ、かつ、開放端側が短絡端側に比べて広い線路幅を有する線路型共振器であっても良い。または、第１および第２の共振器はそれぞれ、両端が開放端とされ、かつ、開放端側が中央部に比べて広い線路幅を有する線路型共振器であっても良い。そして、第１のシールド電極は、少なくとも第１の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられ、第２のシールド電極は、少なくとも第２の共振器における広い線路幅を有する部分を覆うように設けられていても良い。
【００１２】
また、第１の共振器の開放端に導通されると共に、第１の共振器の開放端と第１のシールド電極との間に設けられた第１のコンデンサ電極と、第２の共振器の開放端に導通されると共に、第２の共振器の開放端と第２のシールド電極との間に設けられた第２のコンデンサ電極とをさらに備えていても良い。
【００１３】
また、第１の共振器と第２の基板との間に設けられ、第１の共振器と第２の共振器とを電磁結合させるための第１の結合用窓と、第２の共振器と第１の基板との間に設けられ、第１の共振器と第２の共振器とを電磁結合させるための第２の結合用窓とをさらに備えていても良い。
【００１４】
さらに、本発明による信号伝送装置、フィルタ、または基板間通信装置において、第１の共振部は、第１の共振器と第２の共振器とが混成共振モードで電磁結合することにより全体として所定の共振周波数で共振する１つの結合共振器を構成し、かつ、第１および第２の基板が互いに電磁結合しないよう離間した状態では第１の共振器と第２の共振器とがそれぞれ、所定の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するものとされていても良い。同様に、第２の共振部は、第３の共振器と第４の共振器とが混成共振モードで電磁結合することにより全体として所定の共振周波数で共振する他の１つの結合共振器を構成し、かつ、第１および第２の基板が互いに電磁結合しないよう離間した状態では第３の共振器と第４の共振器とがそれぞれ、所定の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するものとされていても良い。
この構成の場合、第１の基板と第２の基板とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と第１の基板と第２の基板とが互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。このため、例えば第１の基板と第２の基板とを互いに電磁結合している状態では所定の共振周波数で信号伝送するが、第１の基板と第２の基板とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では所定の共振周波数で信号伝送しない状態となる。これにより、第１の基板と第２の基板とを十分に離した状態では、各基板に形成された各共振器からの信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明による信号伝送装置またはフィルタにおいて、第１の基板に形成されると共に、第１の共振器に物理的に直接接続、または第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、第２の基板に形成されると共に、第４の共振器に物理的に直接接続、または第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極とをさらに備え、第１の基板と第２の基板との間で信号伝送を行うようにしても良い。
【００１６】
また、本発明による信号伝送装置またはフィルタにおいて、第２の基板に形成されると共に、第２の共振器に物理的に直接接続、または第１の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第１の信号引き出し電極と、第２の基板に形成されると共に、第４の共振器に物理的に直接接続、または第２の共振部に対して間隔を空けて電磁結合された第２の信号引き出し電極とをさらに備え、第２の基板内で信号伝送を行うようにしても良い。
【００１７】
なお、本発明の信号伝送装置、フィルタ、または基板間通信装置において、「信号伝送」とは、アナログ信号やデジタル信号等の送信／受信のような信号伝送に限らず、電力の送電／受電のような電力伝送も含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の信号伝送装置、フィルタ、または基板間通信装置によれば、第１の基板と第２の基板とに形成された各共振器について、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側をシールド電極によって覆うような共振器構造にしたので、シールド電極の大きさを最適化することで、第１の基板と第２の基板との間では主として磁界成分による電磁結合がなされる状態にし、空気層等における電界分布を大幅に少なくすることができる。これにより、第１の基板と第２の基板との間で空気層等の基板間距離に変動があったとしても、第１の共振部および第２の共振部における共振周波数の変動が抑えられる。結果として、基板間距離の変動による通過周波数および通過帯域の変動が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る信号伝送装置（フィルタ、基板間通信装置）の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した信号伝送装置を上面側から見た平面図である。
【図３】図１に示した信号伝送装置におけるＡＡ線部分の断面構造を、基板各部の電界ベクトルＥおよび電流ベクトルｉと共に示す断面図である。
【図４】図１に示した信号伝送装置におけるＢＢ線部分の断面構造を、基板各部の共振周波数と共に示す断面図である。
【図５】１／４波長共振器における電界強度分布および磁界強度分布を示す説明図である。
【図６】比較例の共振器構造を有する基板を示す断面図である。
【図７】図６に示した基板を２つ対向配置した構造を示す断面図である。
【図８】（Ａ）は１つの共振器による共振周波数を示す説明図であり、（Ｂ）は２つの共振器による共振周波数を示す説明図である。
【図９】比較例の共振器構造の具体的な設計例を示す断面図である。
【図１０】図９に示した共振器構造における共振周波数特性を示す特性図である。
【図１１】図１に示した信号伝送装置における第１の共振部の具体的な設計例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した第１の共振部の具体的な設計値を示す断面図である。
【図１３】図１１に示した第１の共振部の具体的な設計値を示す平面図である。
【図１４】図１１に示した第１の共振部における共振周波数特性を示す特性図である。
【図１５】図１１に示した第１の共振部における第１の基板と第２の基板との間の電界強度分布を示す説明図である。
【図１６】図１に示した信号伝送装置の共振器構造を応用したフィルタの一構成例を示す斜視図である。
【図１７】（Ａ）は図１６に示したフィルタにおける第１の基板の表面側の構造を示し、（Ｂ）は第１の基板の裏面側の構造を示す平面図である。
【図１８】（Ａ）は図１６に示したフィルタにおける第２の基板の表面側の構造を示し、（Ｂ）は第２の基板の裏面側の構造を示す平面図である。
【図１９】図１６に示したフィルタにおける共振器部分の具体的な設計値を示す平面図である。
【図２０】図１６に示したフィルタのフィルタ特性を示す特性図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【図２３】１／２波長共振器における電界強度分布および磁界強度分布を示す説明図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す平面図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【図２７】本発明の第６の実施の形態に係る信号伝送装置の第１の構成例を示す断面図である。
【図２８】本発明の第６の実施の形態に係る信号伝送装置の第２の構成例を示す断面図である。
【図２９】本発明の第７の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す平面図である。
【図３０】本発明の第８の実施の形態に係る信号伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
［信号伝送装置の構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る信号伝送装置（基板間通信装置またはフィルタ）の全体構成例を示している。図２は、図１に示した信号伝送装置を上面側から見た平面構造を示している。図３は、図１に示した信号伝送装置におけるＡＡ線部分の断面構造を示している。図４は、図１に示した信号伝送装置におけるＢＢ線部分の断面構造を示している。
【００２２】
本実施の形態に係る信号伝送装置は、第１の方向（図のＺ方向）に互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０を備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は誘電体基板であり、基板材料とは異なる材料による層（誘電率の異なる層、例えば空気層）を挟んで、間隔（基板間距離Ｄａ）を空けて互いに対向配置されている。
【００２３】
第１の基板１０の表面側には、第１の領域に第１の１／４波長共振器１１が形成され、第２の領域に第３の１／４波長共振器３１が形成されている。第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１は、図１および図２に示したように、第２の方向（図のＹ方向）に並列的に形成されている。第２の基板２０の裏面側には、第１の１／４波長共振器１１が形成された第１の領域に対応する領域に第２の１／４波長共振器２１が形成され、第３の１／４波長共振器３１が形成された第２の領域に対応する領域に第４の１／４波長共振器４１が形成されている。第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１は、第２の方向（図のＹ方向）に並列的に形成されている。各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１は、導体による電極パターンよりなり、一端が開放端、他端が短絡端とされている。なお、図１において、第１の基板１０および第２の基板２０に形成された各電極パターン（第１の１／４波長共振器１１等）の厚みは省略している。
【００２４】
各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１は、図２に示したように、開放端側が短絡端側に比べて広い線路幅を有する線路型共振器であり、それぞれ、開放端側に幅広の導体部分１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａを有している。これにより、各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１は、ステップインピーダンス共振器（ＳＩＲ）を構成している。
【００２５】
第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１は、互いの開放端同士および互いの短絡端同士が互いに対向するように配置されている。同様に、第３の１／４波長共振器３１と第４の１／４波長共振器４１は、互いの開放端同士および互いの短絡端同士が互いに対向するように配置されている。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０とを第１の方向に互いに対向配置した状態において、第１の基板１０における第１の１／４波長共振器１１と第２の基板２０における第２の１／４波長共振器２１とが第１の方向に互いに対向して電磁結合することで、第１の共振部１が形成されている。また、第１の基板１０と第２の基板２０とを第１の方向に互いに対向配置した状態において、第１の基板１０における第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０における第４の１／４波長共振器４１とが第１の方向に互いに対向して電磁結合することで、第２の共振部２が形成されている。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０とを第１の方向に互いに対向配置した状態において、第１および第２の共振部１，２が第２の方向に並列的に配置されている。
【００２６】
第１および第２の共振部１，２は、図４に示したように、それぞれが所定の共振周波数（後述の混成共振モードによる第１の共振周波数ｆ１または第２の共振周波数ｆ２）で共振して互いに電磁結合するようになっている。第１および第２の共振部１，２の間では、例えば所定の第１の共振周波数（後述の混成共振モードによる第１の共振周波数ｆ１）を通過帯域とする信号伝送が行われるようになっている。一方、第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合しないよう離間した状態では、第１および第２の共振部１，２を形成していた各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１は、所定の共振周波数とは異なる他の共振周波数ｆ０で共振するものとされている。
【００２７】
この信号伝送装置では、例えば、第１の基板１０側に第１の共振部１用の第１の信号引き出し電極を形成し、第２の基板２０側に第２の共振部２用の第２の信号引き出し電極を形成することで、第１の基板１０と第２の基板２０との間で信号伝送を行うことができるようになっている。例えば第１の信号引き出し電極を第１の基板１０の表面側に形成して第１の１／４波長共振器１１に物理的に直接接続し、第１の１／４波長共振器１１と直接的に導通させる。これにより、第１の信号引き出し電極と第１の共振部１との間で信号伝送が可能となる。また、第２の信号引き出し電極を第２の基板２０の裏面側に形成して第４の１／４波長共振器４１に物理的に直接接続し、第４の１／４波長共振器４１に直接的に導通させる。これにより、第２の信号引き出し電極と第２の共振部２との間で信号伝送が可能となる。第１の共振部１と第２の共振部２は電磁結合されているので、第１の信号引き出し電極と第２の信号引き出し電極との間での信号伝送が可能となる。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０との２つの基板間での信号伝送が可能となる。
【００２８】
第１の基板１０の裏面側には第１のシールド電極８１が形成されている。第２の基板２０の表面側には第２のシールド電極８２が形成されている。第１および第２のシールド電極８１，８２は、全体がグランド電位とされている。第１のシールド電極８１は、第１の１／４波長共振器１１を部分的に覆うためのものである。第１のシールド電極８１はまた、第３の１／４波長共振器３１を部分的に覆うための第３のシールド電極としての機能も有している。第１のシールド電極８１は、第１の１／４波長共振器１１および第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０との間で、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とにおける、少なくともそれぞれの開放端を覆うように設けられている。第１のシールド電極８１は、特に、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とにおける開放端側の幅広の導体部分１１Ａ，３１Ａを全体的に覆うように設けられていることが好ましい。
【００２９】
第２のシールド電極８２は、第２の１／４波長共振器２１を部分的に覆うためのものである。第２のシールド電極８２はまた、第４の１／４波長共振器４１を部分的に覆うための第４のシールド電極としての機能も有している。第２のシールド電極８２は、第２の１／４波長共振器２１および第４の１／４波長共振器４１と第１の基板１０との間で、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とにおける、少なくともそれぞれの開放端を覆うように設けられている。第２のシールド電極８２は、特に、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とにおける開放端側の幅広の導体部分２１Ａ，４１Ａを全体的に覆うように設けられていることが好ましい。
【００３０】
第１の基板１０における、第１の１／４波長共振器１１と第２の基板２０との間には、第１の共振部１を構成する第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１とを電磁結合させるための第１の結合用窓８１Ａが設けられている。第１の結合用窓８１Ａはまた、第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０との間で、第２の共振部２を構成する第３の１／４波長共振器３１と第４の１／４波長共振器４１とを電磁結合させるための結合用窓として機能している。第１の結合用窓８１Ａは、第１の基板１０において第１のシールド電極８１が設けられていない領域に形成されている。第１の結合用窓８１Ａは、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とにおける、少なくともそれぞれの短絡端に対応する領域に形成されている。
【００３１】
第２の基板２０における、第２の１／４波長共振器２１と第１の基板１０との間には、第１の共振部１を構成する第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１とを電磁結合させるための第２の結合用窓８２Ａが設けられている。第２の結合用窓８２Ａはまた、第４の１／４波長共振器４１と第１の基板１０との間で、第２の共振部２を構成する第３の１／４波長共振器３１と第４の１／４波長共振器４１とを電磁結合させるための結合用窓として機能している。第２の結合用窓８２Ａは、第２の基板２０において第２のシールド電極８２が設けられていない領域に形成されている。第２の結合用窓８２Ａは、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とにおける、少なくともそれぞれの短絡端に対応する領域に形成されている。
【００３２】
［動作および作用］
この信号伝送装置では、第１の共振部１は、第１の基板１０における第１の１／４波長共振器１１と第２の基板２０における第２の１／４波長共振器２１とが後述する混成共振モードで電磁結合することにより全体として所定の第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）で共振する１つの結合共振器を構成する。かつ、第１の基板１０および第２の基板２０が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では、第１の基板１０における第１の１／４波長共振器１１と第２の基板２０における第２の１／４波長共振器２１とのそれぞれの単独での共振周波数が、所定の第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）とは異なる他の共振周波数ｆ０となる。
【００３３】
同様に、第２の共振部２は、第１の基板１０における第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０における第４の１／４波長共振器４１とが後述する混成共振モードで電磁結合することにより全体として所定の第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）で共振する１つの結合共振器を構成する。かつ、第１の基板１０および第２の基板２０が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では、第１の基板１０における第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０における第４の１／４波長共振器４１とのそれぞれの単独の共振周波数が、所定の第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）とは異なる他の共振周波数ｆ０となる。
【００３４】
従って、第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。このため、例えば第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合している状態では第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）で信号伝送する。一方、第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では単独の他の共振周波数ｆ０で共振するために、第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）で信号伝送しない状態となる。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０とを十分に離した状態では、第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）と同帯域の信号が入力されたとしても反射されるので、各共振器１１，１２，２１，２２からの信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。
【００３５】
（混成共振モードによる信号伝送の原理）
ここで、上述の混成共振モードによる信号伝送の原理について説明する。説明を簡単にするために、比較例の共振器構造として、図６に示したように第１の基板１１０の内部に１つの共振器１１１が形成されているものを考える。この比較例の共振器構造では、図８（Ａ）に示したように、１つの共振周波数ｆ０で共振するような共振モードとなる。これに対して、図７に示したように、図６に示した比較例の共振器構造と同様の構造を有する第２の基板１２０を、基板間距離Ｄａを空けて第１の基板１１０に対向配置して電磁結合した場合について考える。第２の基板１２０の内部には１つの共振器１２１が形成されている。第２の基板１２０における共振器１２１についても、第１の基板１１０における共振器１１１と構造的には同じなので、第１の基板１１０に電磁結合していない単独の状態では、図８（Ａ）に示したように、１つの共振周波数ｆ０で共振するような単独の共振モードとなる。しかしながら、図７に示した２つの共振器１１１，１２１を電磁結合した状態では、電波の飛び移り効果により、単独での共振周波数ｆ０で共振するのではなく、単独での共振周波数ｆ０よりも低い第１の共振周波数ｆ１となる第１の共振モードと、単独での共振周波数ｆ０よりも高い第２の共振周波数ｆ２となる第２の共振モードとの混成共振モードを形成して共振する。
【００３６】
図７に示した混成共振モードで電磁結合する２つの共振器１１１，１２１を全体として１つの結合共振器１０１とみなすと、同様の共振器構造を並列配置することで、第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）を通過帯域とするフィルタを構成することができる。この第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）近傍の周波数の信号を入力することで信号伝送が可能となる。図１〜図４に示した本実施の形態に係る信号伝送装置は、そのような構成とされている。
【００３７】
以上の原理を踏まえ、本実施の形態に係る信号伝送装置における共振モードについて、より詳細に説明する。図１の信号伝送装置のように、第１の共振部１と第２の共振部２とが並列配置される場合においても、第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と、第１の基板１０と第２の基板２０とが空気層等を介して互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。このため、例えば第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合している状態では第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）を含む通過帯域の周波数で信号伝送する。一方、第１の基板１０と第２の基板２０とが互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では、信号伝送する周波数とは異なる単独の他の共振周波数ｆ０を含む通過帯域の周波数で共振するために、第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）で信号伝送しない状態となる。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０とを十分に離した状態では、第１の共振周波数ｆ１（または第２の共振周波数ｆ２）と同帯域の信号が入力されたとしても反射されるので、各共振器１１，１２，２１，２２からの信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。
【００３８】
ところで、線路幅が一様な一般的な１／４波長共振器における共振時の電界強度分布（Ｅ）および磁界強度分布（Ｈ）は、図５に示したように、互いに位相が１８０°異なる正弦波状に分布する。このため、電界エネルギーは開放端側で大きくなり、磁界エネルギーは逆に、短絡端側で大きくなる。特に、１／４波長共振器の中央部から開放端の間にはほとんどの電界エネルギーが集中し、逆に、中央部から短絡端の間にはほとんどの磁界エネルギーが集中する。本実施の形態における各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１のように、開放端側に広い線路幅を有するステップインピーダンス共振器の場合には、特に、幅広の導体部分１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａに電界エネルギーが集中する。
【００３９】
ここで、図３には、上述の第１の共振モード（共振周波数ｆ１）における電荷分布と電界ベクトルＥおよび電流ベクトルｉを示している。第１の共振モードでは、図３に示したように、各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１において、開放端側に＋電荷が集中し、短絡端側から開放端側に向けて電流が流れる。このとき、第１の基板１０側においては、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とのそれぞれの開放端側に対向するように第１のシールド電極８１が設けられているので、第１のシールド電極８１には−電荷が分布する。このため、第１の基板１０側においては、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とのそれぞれの開放端側から、第１のシールド電極８１に向けて電界が発生する。上述したように１／４波長共振器において電界エネルギーは開放端側に集中するので、大部分の電界は第１の１／４波長共振器１１および第３の１／４波長共振器３１のそれぞれの開放端側と第１のシールド電極８１との間に発生することになる。同様に、第２の基板２０側においては、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とのそれぞれの開放端側に対向するように第２のシールド電極８２が設けられているので、第２のシールド電極８２には−電荷が分布する。このため、第２の基板２０側においては、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とのそれぞれの開放端側から、第２のシールド電極８２に向けて電界が発生する。上述したように１／４波長共振器において電界エネルギーは開放端側に集中するので、大部分の電界は第２の１／４波長共振器２１および第４の１／４波長共振器４１のそれぞれの開放端側と第２のシールド電極８２との間に発生することになる。
【００４０】
以上の原理により、この信号伝送装置では、第１の１／４波長共振器１１において共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第１のシールド電極８１によって覆われていることで、第１の１／４波長共振器１１から第２の基板２０側へと発生する電界分布が第１のシールド電極８１を境界にして大幅に少なくなる（第１の１／４波長共振器１１から第２の基板２０側へと発生する電界の電界強度が第１のシールド電極８１を境界にして大幅に小さくなる）。第２の１／４波長共振器２１についても同様に、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第２のシールド電極８２によって覆われていることで、第２の１／４波長共振器２１から第１の基板１０側へと発生する電界分布が第２のシールド電極８２を境界にして大幅に少なくなる（第２の１／４波長共振器２１から第１の基板１０側へと発生する電界の電界強度が第２のシールド電極８２を境界にして大幅に小さくなる）。これにより、シールド電極の大きさを最適化することで、第１の共振部１を構成する第１の１／４波長共振器１１と第２の第１の１／４波長共振器２１とを主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態にすることが可能となる。第１の共振部１において、第１の基板１０と第２の基板２０との間の空気層等における電界分布が大幅に少なくなるので、第１の基板１０と第２の基板２０との間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても、第１の共振部１における共振周波数の変動が抑えられる。すなわち、空気層等の厚みの変化によって、第１の基板１０と第２の基板２０との間、更には第１の基板１０の第１の１／４波長共振器１１と第２の基板２０の第２の１／４波長共振器との間の実効誘電率の変動が抑えられる。
【００４１】
同様に、第３の１／４波長共振器３１において共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第１のシールド電極８１によって覆われていることで、第３の１／４波長共振器３１から第２の基板２０側へと発生する電界分布が第１のシールド電極８１を境界にして大幅に少なくなる（第３の１／４波長共振器３１から第２の基板２０側へと発生する電界の電界強度が第１のシールド電極８１を境界にして大幅に小さくなる）。第４の１／４波長共振器４１についても同様に、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側が第２のシールド電極８２によって覆われていることで、第４の１／４波長共振器４１から第１の基板１０側へと発生する電界分布が第２のシールド電極８２を境界にして大幅に少なくなる（第４の１／４波長共振器４１から第１の基板１０側へと発生する電界の電界強度が第２のシールド電極８２を境界にして大幅に小さくなる）。これにより、シールド電極の大きさを最適化することで、第２の共振部２を構成する第３の１／４波長共振器３１と第４の１／４波長共振器４１とを主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態にすることが可能となる。第２の共振部２において、第１の基板１０と第２の基板２０との間の空気層等における電界分布が大幅に少なくなるので、第１の基板１０と第２の基板２０との間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても、第２の共振部２における共振周波数の変動が抑えられる。結果として、基板間距離Ｄａの変動による通過周波数および通過帯域の変動が抑えられる。すなわち、空気層等の厚みの変化によって、第１の基板１０と第２の基板２０との間、更には第１の基板１０の第３の１／４波長共振器３１と第２の基板２０の第２の１／４波長共振器との間の実効誘電率の変動が抑えられる。
【００４２】
［具体的な設計例およびその特性］
次に、本実施の形態に係る信号伝送装置の具体的な設計例およびその特性を、比較例の共振器構造の特性と比較して説明する。図９は、比較例の共振器構造２０１の具体的な設計例を示している。図１０は、図９に示した共振器構造２０１における共振周波数特性を示している。この比較例の共振器構造２０１では、第１の基板１０の裏面側に第１の１／４波長共振器１１が形成され、第２の基板２０の表面側に第２の１／４波長共振器２１が形成されている。また、第１の基板１０の表面側、および第２の基板２０の裏面側にはグランド層としてのグランド電極９１，９２が配置されている。第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１は、空気層を介して互いの開放端と短絡端とが対向するような配置とされ、インターディジタル結合されている。
【００４３】
図９の比較例の共振器構造２０１において、第１の基板１０および第２の基板２０の平面サイズはそれぞれ２ｍｍ角で、基板厚は１００μｍ、比誘電率は３．８５となっている。第１の１／４波長共振器１１および第２の１／４波長共振器２１はそれぞれ、一様な線路幅の電極パターンよりなり、平面サイズは、Ｘ方向の長さが１．５ｍｍ、Ｙ方向の長さ（幅）が０．２ｍｍとなっている。このような構成で、基板間の空気層の厚み（基板間距離Ｄａ）を１０μｍ〜１００μｍまで変化させた場合の共振周波数を計算した結果が、図１０である。この比較例の共振器構造２０１では、図１０から分かるように、空気層の厚みの変化に対して共振周波数が最大で約７０％変動している。これは、空気層の厚みの変化によって、第１の基板１０および第２の基板２０の間で実効比誘電率が変化するためである。
【００４４】
図１１〜図１３は、本実施の形態に係る信号伝送装置における第１の共振部１の具体的な設計例を示している。図１４は、図１１〜図１３に示した設計例における共振周波数特性を示している。この設計例では、第１の基板１０および第２の基板２０の平面サイズと基板厚は、図９に示した比較例の共振器構造２０１と同様の設計値にしている。第１の基板１０および第２の基板２０の比誘電率は３．５となっている。第１のシールド電極８１および第２のシールド電極８２のそれぞれの平面サイズは、図１３に示したように、Ｘ方向の長さが１．１ｍｍ、Ｙ方向の長さ（幅）が２ｍｍとなっている。第１の１／４波長共振器１１および第２の１／４波長共振器２１のそれぞれの平面サイズは、短絡端側のＸ方向の長さが１ｍｍ、Ｙ方向の長さ（幅）が０．１５ｍｍとなっている。開放端側は、Ｘ方向の長さが０．５ｍｍ、Ｙ方向の長さ（幅）が０．４ｍｍとなっている。このような構成で、基板間の空気層の厚み（基板間距離Ｄａ）を、比較例と同様に１０μｍ〜１００μｍまで変化させた場合の共振周波数を計算した結果が、図１４である。本実施の形態の共振器構造では、図１４から分かるように、共振周波数の変化は少なく、空気層の厚みの変化に対して共振周波数は最大でも約４％程度しか変動していない。なお、図１４の特性グラフにおいて、基板間距離Ｄａの変化に対して共振周波数の値が上下に変化し、グラフが折れ線状になっているが、これは計算上の誤差であり、実際には基板間距離Ｄａが大きくなるに従って共振周波数が次第に上昇するなだらかな曲線状のグラフになる。
【００４５】
図１５は、図１１〜図１３に示した設計例での第１の基板１０と第２の基板２０との間の電界強度分布を示している。図１５から分かるように第１の基板１０と第２の基板２０との間では電界はほとんど発生していない。これは、上述したように、第１の基板１０と第２の基板２０との間で、第１の１／４波長共振器１１および第２の１／４波長共振器２１の開放端側が、第１のシールド電極８１および第２のシールド電極８２によって覆われているためである。短絡端側は、第１のシールド電極８１および第２のシールド電極８２によって覆われていないことから、第１の基板１０と第２の基板２０との間では、電界成分がほとんどなく磁界成分が主成分となる。なお、図１５は前述の混成共振モードにおける第１の共振モードでの電界分布を示している。
【００４６】
図１６〜図１９は、本実施の形態に係る信号伝送装置の共振器構造を応用したフィルタの設計例を示している。特に図１７（Ａ）は図１６に示したフィルタにおける第１の基板１０の表面側の構造を示し、図１７（Ｂ）は第１の基板１０の裏面側の構造を示している。図１８（Ａ）は図１６に示したフィルタにおける第２の基板２０の表面側の構造を示し、図１８（Ｂ）は第２の基板２０の裏面側の構造を示している。図１９は、図１６に示したフィルタにおける共振器部分の具体的な設計値を示している。
【００４７】
このフィルタの共振器部分の基本的な構造は、図１〜図４に示した信号伝送装置と同様である。すなわち、第１の基板１０の表面側には、第１の１／４波長共振器１１と第３の１／４波長共振器３１とが並列的に形成されている。第２の基板２０の裏面側には、第２の１／４波長共振器２１と第４の１／４波長共振器４１とが並列的に形成されている。各１／４波長共振器１１，２１，３１，４１は、開放端側に幅広の導体部分１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａを有したステップインピーダンス共振器（ＳＩＲ）を構成している。また、第１の基板１０の裏面側には第１のシールド電極８１が形成され、第２の基板２０の表面側には第２のシールド電極８２が形成されている。第１の基板１０の裏面側において、第１の１／４波長共振器１１および第３の１／４波長共振器３１の短絡端側に対応する位置には、第１の結合用窓８１Ａがされている。第２の基板２０の表面側において、第２の１／４波長共振器２１および第４の１／４波長共振器４１の短絡端側に対応する位置には、第２の結合用窓８２Ａがされている。
【００４８】
第１の基板１０の表面側には、コプレーナ線路型の第１の導体線路７１が形成されている。第１の導体線路７１は、図１７（Ａ）に示したように、幅広の導体部分１１Ａよりも短絡端側において、第１の１／４波長共振器１１に物理的に直接接続され、第１の１／４波長共振器１１と直接的に導通されて、第１の共振部１Ａ用の第１の信号引き出し電極を構成している。第１の導体線路７１、第１の１／４波長共振器１１および第３の１／４波長共振器３１の周囲には、第１の基板１０の表面および裏面を貫通し、表面と裏面とを導通するスルーホール７３が設けられている。
【００４９】
第２の基板２０の裏面側には、コプレーナ線路型の第２の導体線路７２が形成されている。第２の導体線路７２は、図１８（Ｂ）に示したように、幅広の導体部分４１Ａよりも短絡端側において、第４の１／４波長共振器４１の物理的に直接接続され、第４の１／４波長共振器４１と直接的に導通されて、第２の共振部２Ａ用の第２の信号引き出し電極を構成している。第２の導体線路７２、第２の１／４波長共振器２１および第４の１／４波長共振器４１の周囲には、第２の基板２０の表面および裏面を貫通し、表面と裏面とを導通するスルーホール７４が設けられている。
【００５０】
このフィルタでは、例えば第１の基板１０の表面側に形成された第１の導体線路７１（第１の信号引き出し電極）から信号が入力され、第１の共振部１Ａおよび第２の共振部２Ａを経て、第２の基板２０の裏面側に形成された第２の導体線路７２（第２の信号引き出し電極）から信号が出力される。このような構成において、基板間の空気層の厚み（基板間距離Ｄａ）を５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍと変化させた場合の周波数特性を計算した結果が、図２０である。図２０では、フィルタとしての通過特性と反射特性を示す。図２０から分かるようにフィルタとしての通過特性は、基板間距離Ｄａの変化にほとんど影響を受けていないことが分かる。
【００５１】
［効果］
本実施の形態に係る信号伝送装置によれば、第１の基板１０と第２の基板２０とに形成された各共振器について、共振時に電界エネルギーが集中する開放端側を第１のシールド電極８１および第２のシールド電極８２によって覆うような共振器構造にしたので、シールド電極の大きさを最適化することで、第１の基板１０と第２の基板２０との間では主として磁界成分による電磁結合がなされる状態にし、空気層等における電界分布を大幅に少なくすることができる。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０との間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても、第１の共振部１および第２の共振部２における共振周波数の変動が抑えられる。結果として、基板間距離Ｄａの変動による通過周波数および通過帯域の変動が抑えられる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５３】
上記第１の実施の形態では、第１の基板１０および第２の基板２０の２つの基板による共振器構造の例を示したが、３つ以上の基板を対向配置させた多層構造であっても良い。図２１は、ｎ枚（ｎ＝３以上の整数）の基板を基板間距離Ｄａを空けて互いに対向配置させた構成例を示している。このような多層構造の場合、最も上層の第１番目の基板１０−１については、片側（裏面）のみに第１番目のシールド電極８１−１を形成すれば良い。また、最も下層の第ｎ番目の基板１０−ｎについても、片側（表面）のみに第ｎ番目のシールド電極８１−ｎを形成すれば良い。中間の第２番目の基板１０−２から第ｎ−１番目の基板１０−ｎ−１については、両側（表面および裏面）に第２番目のシールド電極８１−２から第ｎ−１番目のシールド電極８１−ｎ−１を形成する。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、第１番目の１／４波長共振器１１−１の開放端側が第１番目のシールド電極８１−１によって覆われ、第２番目の１／４波長共振器１１−２の開放端側が第２番目のシールド電極８１−２によって覆われる。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、結合用窓８１Ａ−１，８１Ａ−２を介して第１番目の１／４波長共振器１１−１と第２番目の１／４波長共振器１１−２とが、主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態になる。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても、共振周波数の変動が抑えられる。以下、第２番目の基板１０−２から第ｎ番目の基板１０−ｎまで、同様にして各基板間で、主として磁界成分による電磁結合（磁界結合）する状態になることで、各基板間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても共振周波数の変動が抑えられる。
【００５４】
また、このような多層構造の場合においても、第１番目の１／４波長共振器１１−１から第ｎ番目の１／４波長共振器１１−ｎまでが、全体として１つの結合共振器を構成し、複数の共振モードを有する混成共振モードで共振する。そして、複数の共振モードの内で最も低い共振周波数ｆ１を有する共振モードでは、各基板間で各１／４波長共振器に流れる電流の向きが図３に示した場合と同様に同方向となる。また、各基板が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と、各基板が空気層等を介して互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。
【００５５】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１または第２の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
上記第１の実施の形態では、第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１（または第３の１／４波長共振器３１と第４の１／４波長共振器４１）とを、互いの開放端同士および互いの短絡端同士が互いに対向するような配置にしたが、第１の１／４波長共振器１１と第２の１／４波長共振器２１とをインターディジタル結合したような配置であっても構わない。なお、インターディジタル結合とは、一端が短絡端とされ他端が開放端とされた２つの共振器を、一方の共振器の開放端と他方の共振器の短絡端とが対向すると共に、一方の共振器の短絡端と他方の共振器の開放端とが対向するように配置して電磁結合させる結合方法である。
【００５７】
図２２は、そのようなインターディジタル型の共振器構造の一例を示している。第１番目の基板１０−１には第１番目の１／４波長共振器１１−１が形成され、第２番目の基板１０−２に対向する側において、開放端側が第１番目のシールド電極８１−１によって覆われている。第２番目の基板１０−２には第２番目の１／４波長共振器１１−２が形成され、第１番目の基板１０−１に対向する側において、開放端側が第２番目のシールド電極８１−２によって覆われている。第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、結合用窓８１Ａ−１，８１Ａ−２を介して第１番目の１／４波長共振器１１−１と第２番目の１／４波長共振器１１−２とがインターディジタル結合する。このインターディジタル結合が、主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態になる。このインターディジタル型の共振器構造の場合においても、第１番目の１／４波長共振器１１−１と第２番目の１／４波長共振器１１−２とが、全体として１つの結合共振器を構成し、複数の共振モードを有する混成共振モードで共振する。そして、複数の共振モードの内で最も低い共振周波数ｆ１を有する共振モードでは、各基板間で各１／４波長共振器に流れる電流の向きが同方向となる。また、各基板が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と、各基板が空気層等を介して互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。
【００５８】
また、このようなインターディジタル型の共振器構造を、図２１の構成例と同様にして多層構造にしても構わない。
【００５９】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１ないし第３の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６０】
上記第１の実施の形態では、１／４波長共振器を用いた共振器構造の例を示したが、本発明は、１／２波長共振器を用いた共振器構造であっても良い。例えば、線路幅が一様な一般的な両端開放型の１／２波長共振器における共振時の電界強度分布（Ｅ）および磁界強度分布（Ｈ）は、図２３に示したようになる。両端開放型の１／２波長共振器では、電界エネルギーは開放端側で大きくなり短絡端に相当する中心部で小さくなる。逆に、磁界エネルギーは、短絡端に相当する中心部で大きくなり、開放端側で小さくなる。従って、１／２波長共振器を対向させた共振器構造にする場合には、図２４に示したように、両端の開放端側をシールド電極８０Ａ，８０Ｂで覆うことで電界成分を小さくすることができる。図２４では、開放端側が中央部に比べて広い線路幅を有するステップインピーダンス型の１／２波長共振器６０の例を示しており、両端に幅広の導体部分６０Ａ，６０Ｂが形成されている。このようなステップインピーダンス型の１／２波長共振器６０を用いる場合には、１／４波長共振器の場合と同様に、特に、幅広の導体部分６０Ａ，６０Ｂに電界エネルギーが集中する。このため、両端の幅広の導体部分６０Ａ，６０Ｂがシールド電極８０Ａ，８０Ｂによって覆われるようにし、中央部に結合用窓８０Ｃを形成するようにすればよい。
【００６１】
図２５は、両端開放型の１／２波長共振器を２つ用いた場合の共振器構造の例を示している。この構成例では、第１番目の基板１０−１には第１番目の１／２波長共振器６０−１が形成され、第２番目の基板１０−２に対向する側において、両端（開放端側）が第１番目のシールド電極８０Ａ−１，８０Ｂ−１によって覆われている。第２番目の基板１０−２には第２番目の１／２波長共振器６０−２が形成され、第１番目の基板１０−１に対向する側において、両端（開放端側）が第２番目のシールド電極８０Ａ−２，８０Ｂ−２によって覆われている。第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、中央の結合用窓８１Ｃ−１，８１Ｃ−２を介して第１番目の１／２波長共振器６０−１と第２番目の１／２波長共振器６０−２とが、主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する。この共振器構造の場合においても、第１番目の１／２波長共振器６０−１と第２番目の１／２波長共振器６０−２とが、全体として１つの結合共振器を構成し、複数の共振モードを有する混成共振モードで共振する。そして、複数の共振モードの内で最も低い共振周波数ｆ１を有する共振モードでは、各基板間で各１／２波長共振器に流れる電流の向きが、同一の対向位置では同方向となる。また、各基板が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と、各基板が空気層等を介して互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。
【００６２】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１ないし第４の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６３】
上記第４の実施の形態では、２つの基板に両端開放型の１／２波長共振器を設けた共振器構造の例を示したが、１／４波長共振器を用いた場合（図２１）と同様に、３つ以上の基板を対向配置させた多層構造であっても良い。図２６は、ｎ枚（ｎ＝３以上の整数）の基板を基板間距離Ｄａを空けて互いに対向配置させた構成例を示している。このような多層構造の場合、最も上層の第１番目の基板１０−１については、片側（裏面）のみに第１番目のシールド電極８０Ａ−１，８０Ｂ−１を形成すれば良い。また、最も下層の第ｎ番目の基板１０−ｎについても、片側（表面）のみに第ｎ番目のシールド電極８０Ａ−ｎ，８０Ｂ−ｎを形成すれば良い。中間の第２番目の基板１０−２から第ｎ−１番目の基板１０−ｎ−１については、両側（表面および裏面）に第２番目のシールド電極８０Ａ−２，８０Ｂ−２から第ｎ−１番目のシールド電極８０Ａ−ｎ−１，８０Ｂ−ｎ−１を形成する。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、第１番目の１／２波長共振器６０−１の両端（開放端側）が第１番目のシールド電極８０Ａ−１，８０Ｂ−１によって覆われ、第２番目の１／２波長共振器６０−２の両端（開放端側）が第２番目のシールド電極８０Ａ−２，８０Ｂ−２によって覆われる。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間では、中央の結合用窓８１Ｃ−１，８１Ｃ−２を介して第１番目の１／２波長共振器６０−１と第２番目の１／２波長共振器６０−２とが、主として磁界成分によって電磁結合（磁界結合）する状態になる。これにより、第１番目の基板１０−１と第２番目の基板１０−２との間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても、共振周波数の変動が抑えられる。以下、第２番目の基板１０−２から第ｎ番目の基板１０−ｎまで、同様にして各基板間で、主として磁界成分による電磁結合（磁界結合）する状態になることで、各基板間で空気層等の基板間距離Ｄａに変動があったとしても共振周波数の変動が抑えられる。
【００６４】
また、このような多層構造の場合においても、第１番目の１／２波長共振器６０−１から第ｎ番目の１／２波長共振器６０−ｎまでが、全体として１つの結合共振器を構成し、複数の共振モードを有する混成共振モードで共振する。そして、複数の共振モードの内で最も低い共振周波数ｆ１を有する共振モードでは、各基板間で各１／２波長共振器に流れる電流の向きが、同一の対向位置では同方向となる。また、各基板が互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態での周波数特性と、各基板が空気層等を介して互いに電磁結合している状態での周波数特性とが異なる状態となる。
【００６５】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１ないし第５の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
上記各実施の形態では、各基板に形成された共振器とシールド電極との間には基板の誘電体層のみが存在する構成にしたが、特に開放端側には、共振器とシールド電極との間にコンデンサ電極が設けられていても良い。これにより、開放端側に電界エネルギーをより集中させることができ、その電界エネルギーが集中した部分をシールド電極で覆うことにより、基板間の電界成分をより少なくすることができる。また、共振器としての小型化が可能になる。
【００６７】
図２７は、例えば図２１に示した１／４波長共振器を用いた多層構造の第１番目の基板１０−１において、第１番目の１／４波長共振器１１−１と第１番目のシールド電極８１−１との間にコンデンサ電極９１を設けた例を示している。コンデンサ電極９１は、コンタクトホール９２を介して第１番目の１／４波長共振器１１−１の開放端側に導通されている。他の第２番目の基板１０−２から第ｎ番目の基板１０−ｎについても同様に、コンデンサ電極を設けても良い。
【００６８】
図２８は、例えば図２６に示した１／２波長共振器を用いた多層構造の第１番目の基板１０−１において、第１番目の１／２波長共振器６０−１の両端と第１番目のシールド電極８０Ａ−１，８０Ｂ−１との間にコンデンサ電極９１Ａ，９１Ｂを設けた例を示している。コンデンサ電極９１Ａ，９１Ｂは、コンタクトホール９２Ａ，９２Ｂを介して第１番目の１／２波長共振器６０−１の両端（開放端側）に導通されている。他の第２番目の基板１０−２から第ｎ番目の基板１０−ｎについても同様に、コンデンサ電極を設けても良い。
【００６９】
＜第７の実施の形態＞
次に、本発明の第７の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１ないし第６の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
上記第１の実施の形態では、図２に示したように、短絡端側の線路幅が狭く、開放端側の線路幅が広い、２段階の線路幅を有するステップインピーダンス型の１／４波長共振器の構成例を挙げたが、１／４波長共振器の形状は図２に示したようなものには限らない。例えば図２９に示した１／４波長共振器５０のように、短絡端側から開放端側に行くに従い、曲線状に線路幅が広くなるようなものであって構わない。このような場合においても、なるべく開放端から線路の中央部までを含む領域を、シールド電極５１によって覆うことが好ましい。１／２波長共振器を用いる場合にも、その形状は図２４に示したようなものには限らず、種々の形状であっても良い。
【００７１】
＜第８の実施の形態＞
次に、本発明の第８の実施の形態に係る信号伝送装置について説明する。なお、上記第１ないし第７の実施の形態に係る信号伝送装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７２】
図３０は、本発明の第８の実施の形態に係る信号伝送装置の一断面の構造を示している。上記第１の実施の形態では、信号入出力用の第１の信号引き出し電極を、例えば第１の基板１０に形成された第１の１／４波長共振器１１に物理的に直接接続して導通するものとして説明したが、図３０に示したように、第１の１／４波長共振器１１に対して間隔を空けて配置された第１の信号引き出し電極５３を設けるようにしても良い。この場合、第１の信号引き出し電極５３を、第１の共振部１の共振周波数ｆ１と同様の共振周波数ｆ１で共振する共振器で構成する。これにより、第１の信号引き出し電極５３と第１の共振部１とが、共振周波数ｆ１で電磁結合される。
【００７３】
同様に、上記第１の実施の形態では、信号入出力用の第２の信号引き出し電極を、例えば第２の基板２０に形成された第４の１／４波長共振器４１に物理的に直接接続して導通するものとして説明したが、図３０に示したように、第４の１／４波長共振器４１に対して間隔を空けて配置された第２の信号引き出し電極５４を設けるようにしても良い。この場合、第２の信号引き出し電極５４を、第２の共振部２の共振周波数ｆ１と同様の共振周波数ｆ１で共振する共振器で構成する。これにより、第２の信号引き出し電極５４と第２の共振部２とが、共振周波数ｆ１で電磁結合される。
【００７４】
＜その他の実施の形態＞
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記第１の実施の形態では、第１の共振部１と第２の共振部２との双方を、実質的に同一の共振機器構造で構成したが、例えば第２の共振部２の方を別の共振機器構造で構成しても良く、各基板間に形成された共振器の少なくとも開放端側を各基板間でシールド電極で覆うように構成されていれば良い。また、上記第１の実施の形態では、第１の共振部１と第２の共振部２との２つの共振部が並列配置されていたが、３つ以上の共振部が並列配置されていても良い。さらに、上記各実施の形態では、誘電体基板にλ／４波長共振器またはλ／２波長共振器を形成した例を挙げたが、これに限らず、３λ／４波長共振器やλ波長共振器等でも良く、開放端を有し、共振器単独の共振周波数がｆ０である線路型共振器であれば良い。
【００７５】
また、上記第１の実施の形態では、第１の基板１０と第２の基板２０の比誘電率を等しくしていたが、第１の基板１０と第２の基板２０のそれぞれの比誘電率が異なっていても良く、第１の基板１０と第２の基板２０の少なくとも一方の比誘電率とは異なる比誘電率を有する層を挟んでいれば良い。他の実施の形態についても同様である。また、本発明の信号伝送装置としては、アナログ信号やデジタル信号等の送信／受信のための信号伝送装置のみならず、電力の送電／受電のための信号伝送装置をも含む。本発明の信号伝送装置の技術は、非接触給電や、近接無線伝送技術に応用可能である。
【００７６】
さらに、上記第１の実施の形態では、例えば第１の信号引き出し電極を第１の基板１０側に形成し、第２の信号引き出し電極を第２の基板２０側に形成して別々の基板間での信号伝送を行う例を挙げたが、各引き出し電極を同一の基板上に形成して基板内での信号伝送を行うようにしても良い。例えば、第１の信号引き出し電極を第２の基板２０側の裏面側に形成すると共に第２の１／４波長共振器２１に接続し、第２の信号引き出し電極を第２の基板２０の裏面側に形成すると共に第４の１／４波長共振器４１に接続することで、第２の基板２０内での信号伝送を行うようにしても良い。この場合、信号の伝送方向は第２の基板２０内であるが、第１の基板１０側の共振器も利用して（上下方向の体積を利用して）信号を伝送するので、例えばフィルタとして特定の周波数を選択して信号を伝送する場合において、第２の基板２０上の電極パターンのみを用いて伝送する場合に比べて、平面方向の面積を抑えることができる。すなわち、平面方向の面積を抑えつつ、フィルタとして基板内での信号伝送を行うことができる。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ…第１の共振部、２，２Ａ…第２の共振部、１０…第１の基板、１０−１…第１の基板、１０−２…第２の基板、１０−ｎ…第ｎの基板、１１…第１の１／４波長共振器、１１−１…第１番目の１／４波長共振器、１１−２…第２番目の１／４波長共振器、１１−ｎ…第ｎ番目の１／４波長共振器、１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ…幅広の導体部分、２０…第２の基板、２１…第２の１／４波長共振器、３１…第３の１／４波長共振器、４１…第４の１／４波長共振器、５０…１／４波長共振器、５１…シールド電極、５３…第１の信号引き出し電極、５４…第２の信号引き出し電極、６０…１／２波長共振器、６０Ａ，６０Ｂ…幅広の導体部分、７１…第１の導体線路（第１の信号引き出し電極）、７２…第２の導体線路（第２の信号引き出し電極）、７３，７４…スルーホール、８０Ａ，８０Ｂ…シールド電極、８０Ｃ…結合用窓、８０Ｃ−１…第１の結合用窓、８０Ｃ−２…第２の結合用窓、８０Ｃ−ｎ…第ｎの結合用窓、８１…第１のシールド電極、８１−１…第１番目のシールド電極、８１−２…第２番目のシールド電極、８１−ｎ…第ｎ番目のシールド電極、８２…第２のシールド電極、８１Ａ…第１の結合用窓、８２Ａ…第２の結合用窓、８１Ａ−１，８１Ａ−２，８１Ａ−ｎ…結合用窓、９１，９１Ａ，９１Ｂ…コンデンサ電極、９２，９２Ａ，９２Ｂ…コンタクトホール、１０１…結合共振器、１１０…第１の基板、１１１，１２１…共振器、１２０…第２の基板、２０１…比較例の共振器構造、Ｄａ…基板間距離。
【図１】
2012070080.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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