(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路とが形成されており、上記両平面上に形成された共振器同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる高周波信号伝送装置であって、
上記高周波信号は上記共振器において定在波となる波長を有しており、
少なくとも１つの上記共振器において、上記定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が接続されていることを特徴とする高周波信号伝送装置。
【請求項２】
異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路とが形成されており、上記両平面上に形成された共振器同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる高周波信号伝送装置であって、
上記共振器の線路長が、上記高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／２倍（ｎは０以上の整数）であり、
低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が、少なくとも１つの上記共振器に接続されており、
上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内であることを特徴とする高周波信号伝送装置。
【請求項３】
上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を奇数分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が２０／（２ｎ＋１）度以内であることを特徴とする請求項２に記載の高周波信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を伝送する伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルＬＳＩのような半導体チップにおいて内部動作の高速化が進んでおり、内部クロック信号は、２ＧＨｚを超えるようになっている。しかしながら、このような高周波信号を半導体チップの外に取り出す際の速度は８００ＭＨｚ程度に留まっている。その理由は、半導体チップから樹脂やセラミックで作製された基板への信号取り出しを、ボンディングワイアなどの金属配線を用いて行うためである。これらの配線ではボンディングパッド、ボンディング配線が不安定な寄生容量や寄生インダクタンスを生じさせるため、この部分で高周波信号の劣化をもたらす。また、高周波信号を効率的に半導体チップの外に伝送するためには、インピーダンス整合の調整を精度よく行わなければ、反射や不要輻射のため伝送ロスが発生してしまう。特に、電気的接続を用いる装置では、接続の機械加工の精度や、接続の信頼性などの問題も発生する。また、機械的接続では低インピーダンスの線路が形成しにくく、出来たとしても微細な形状の変化で線路のインピーダンスが変化し、接続部での反射や不要放射のため良好な接続ができない。
【０００３】
そこで、この問題を解決するため、高周波信号を非接触で送受信する技術が開発されている。特許文献１には、異なる平面上に形成された、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器同士を電磁結合させることで、共振器間で高周波信号を伝送させる技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００８−６７０１２（２００８年３月２１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような高周波信号を伝送する装置は、様々な回路において使用される。図２０は、代表的なマイクロ波アンプの回路図である。回路図上では、キャパシタが高周波信号のみを通し、インダクタが直流電流のみを通す。低周波ではキャパシタやインダクタは個別部品で構成可能であるが、１ＧＨｚ以上の高周波では純粋なキャパシタやインダクタは形成できない。特に図２０に示すようにトランジスタを有する回路では、トランジスタへ直流電圧を印加する必要がある。このため、図２０のキャパシタＡまたはＢの代わりに、特許文献１の高周波信号伝送装置を適用する場合、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器に、直流電力を送るための線路またはインダクタを介してグランドに接続するための線路を接続する必要がある。しかしながら、特許文献１の構造に単に直流電圧用の結線を行うだけでは、意図せぬ寄生効果で高周波信号の伝送が妨害されてしまう。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる平面上に形成された、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器同士を電磁結合させることで、共振器間で高周波信号を伝送させる装置であって、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高周波信号伝送装置は、上記課題を解決するために、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路とが形成されており、上記両平面上に形成された共振器同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる高周波信号伝送装置であって、上記高周波信号は上記共振器において定在波となる波長を有しており、少なくとも１つの上記共振器において、上記定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、伝送すべき高周波信号が共振器に入力されると、定在波をなす。定在波の節の部分では、電圧振幅がほぼゼロである。この部分にいかなるインピーダンスの線路を接続しても電流が流れることがない。そのため、この部分に低周波信号または直流電力を入力するための入力線路を接続することで、当該入力線路ならびに当該入力線路に接続されるワイヤ、インダクタ、直流電源などがどのようなインピーダンスを有していたとしても、そのインピーダンスが共振器に与える影響は小さい。その結果、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。
【０００８】
なお、低周波信号とは、例えば６０Hzの電力をこのDC入力回路を通して送り、高周波回路上の整流ダイオードでDC電力に変えるような場合である。
【０００９】
また、本発明の高周波信号伝送装置は、上記の課題を解決するために、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路とが形成されており、上記両平面上に形成された共振器同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる高周波信号伝送装置であって、上記共振器の線路長が、上記高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／２倍（ｎは０以上の整数）であり、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が、少なくとも１つの上記共振器に接続されており、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内であることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、共振器の線路長に２／（２ｎ＋１）を乗じた波長を有する高周波信号が共振器に入力したとき、当該高周波信号は共振器で定在波を形成するとともに、共振器を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点は当該定在波の節となる。そして、入力線路と共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、定在波の節と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内となる。３０／（２ｎ＋１）度は、定在波の腹と節との間の角度の１／６に相当するものであり、これ以下の範囲の角度であれば、節の部分に入力線路を取り付けたときの伝送効率に比べて１０％以内の劣化の範囲で抑えることができる。その結果、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。
【００１１】
さらに、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を奇数分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が２０／（２ｎ＋１）度以内であることが好ましい。
【００１２】
これにより、入力線路が共振器に与える影響をさらに小さくすることができ、高周波信号の伝送効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る高周波信号伝送装置は、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路とが形成されており、上記両平面上に形成された共振器同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる高周波信号伝送装置であって、上記高周波信号は上記共振器において定在波となる波長を有しており、少なくとも１つの上記共振器において、上記定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が接続されている。
【００１４】
また、本発明の高周波信号伝送装置は、共振器の線路長が、上記高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／２倍（ｎは０以上の整数）であり、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が、少なくとも１つの上記共振器に接続されており、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を（２ｎ＋１）分の１（ｎは０以上の整数）に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内である。
【００１５】
これにより、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の高周波信号伝送装置に関する実施の一形態について図１〜図１９に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
本実施形態に係る高周波信号伝送装置は、特定の周波数の高周波信号を、異なる平面上に形成された回路間で無線伝送する装置である。本実施形態の高周波信号伝送装置が伝送する高周波信号（以下、伝送信号という）は、例えば、マイクロ波およびミリ波帯の信号である。
【００１８】
（高周波信号伝送装置の構造について）
図１は、本実施形態の高周波信号伝送装置１の主たる構成を示す斜視図である。図１に示されるように、高周波信号伝送装置１は、所定の面間距離だけ離れた異なる２つの平面Ｐ−ａ・Ｐ−ｂの各々の上に形成された、共振器２（２ａ・２ｂ）と、当該共振器２に対して伝送信号の入出力を行うための入出力線路３（３ａ・３ｂ）とを備えている。なお、平面Ｐ−ａ上に形成された共振器および入出力線路の符号を２ａおよび３ａとし、平面Ｐ−ｂ上に形成された共振器および入出力線路の符号を２ｂおよび３ｂとしている。
【００１９】
さらに、高周波信号伝送装置１において、共振器２に対して直流電力または低周波信号を入力するための直流用線路（入力線路）５が、共振器２に接続されている。図１では、一方の共振器２にのみ直流用線路５が接続されているが、両方の共振器２に直流用線路５が接続されていてもよい。
【００２０】
図２は、直流用線路５が形成されている平面上の共振器２および入出力線路３を示す上面図である。なお、直流用線路５が形成されていない平面上の共振器２および入出力線路３の上面は、図２の共振器２および入出力線路３と同様である。
【００２１】
図１および図２に示されるように、共振器２は、閉曲線線路の一箇所（開放部２１（図では、共振器２ａの開放部を２１ａ、共振器２ｂの開放部を２１ｂとする））がオープンとなっている（切断されている）構造である。すなわち、共振器２は、周回状となっていない。本実施形態では、具体的には、共振器２は、リング共振器の一部の配線が除かれたオープンリング共振器である。また、共振器２の線路長Ｌは、伝送信号の波長λの１／２の奇数倍になるように設定されている。すなわち、Ｌ＝（２ｎ＋１）λ／２  （ｎは０以上の整数）  を満たす。ここで、共振器２の線路長Ｌとは、図２に示されるように、開放部２１を形成している一方の端部から他方の端部までの線路の長さである。これにより、共振器２に伝送信号が入力されると、共振器２において、腹と節の位置が固定された定在波が形成されることとなる。
【００２２】
図２に示されるように、入出力線路３は、２つの接地電極４に挟まれたコプレーナ線路である。入出力線路３と共振器２との接続位置（取り付け位置）２２を調整することによって、共振器２と入出力線路３とのインピーダンス整合が可能となる。ここでは、共振器２の中心点と開放部２１とを結ぶ線と、当該中心点と取り付け位置２２とを結ぶ線とのなす角度（以下、取り付け角度という）θ１を適宜設定することにより、インピーダンス整合が可能となる。そのため、入出力線路３は、共振器２に対して反射無しに伝送信号を入出力するために、インピーダンス整合が可能となる取り付け位置２２で共振器２と接続するように設計される。
【００２３】
そして、図１に示されるように、異なる平面Ｐ−ａ・Ｐ−ｂ上の２つの共振器２ａ・２ｂは、中心軸が同一であり、かつ、開放部２１ａ・２１ｂが当該中心軸に対して対称の位置（１８０度ずれた位置）になるように配置されている。これにより、共振器２ａ・２ｂ間の結合が一層強くなる。
【００２４】
ただし、２つの共振器２の相対位置関係はこのような構成には限定されない。例えば、各共振器２の中心軸は、一致する位置から当該両共振器２の開放部２１同士が近づく方向にずれていてもよい。また、一方の共振器２における開放部２１と中心点とを結ぶ線と、他方の共振器２における開放部２１と中心点とを結ぶ線とのなす角度が９０度以上であればよい。
【００２５】
直流用線路５は、少なくとも一方の共振器２に接続されている。直流用線路５と共振器２との接続位置（取り付け位置）２３は、伝送信号が共振器２に入力されたときに共振器２に形成される定在波の節の位置になるように設計されている。すなわち、共振器２の線路長Ｌが伝送信号の波長λの１／２の奇数倍である場合（すなわち、Ｌ＝（２ｎ＋１）λ／２  （ｎは０以上の整数）の場合）、取り付け位置２３は、共振器２の線路長を（２ｎ＋１）分の１に等分割し、分割された線路の中点または当該中点付近に設定されている。
【００２６】
そして、直流用線路５のうちの、共振器２と接続されていない側の端部は、ボンディングパッド６と接続されている。このボンディングパッド６にはボンディングワイヤを介して直流電源が接続できる。また、ボンディングパッド５から低周波信号を入力してもよい。ボンディングパッド５をグランドに接続してもよい。ボンディングパッド５を直流電源に接続する場合、直流電源の他方の端子は、接地平面にボンディングワイヤで接続される。また、ボンディングパッド５に入力する信号としては、例えば、VCOなどでの制御信号が含まれる。これは、直流の電圧がゆっくり変化する信号である。また、低周波信号として、１ＭＨｚ以下の信号を入力してもよい。低周波信号としては、例えば６０Hzの電力をこのDC入力回路を通して送り、高周波回路上の整流ダイオードでDC電力に変えるような場合が含まれる。
【００２７】
ここで、定在波の節となる位置では電圧振幅がほぼゼロである。この部分にいかなるインピーダンスの線路を接続しても高周波電流が流れることがない。すなわち、上記のようにボンディングパッド５にボンディングワイヤを介して直流電源を接続し、当該ボンディングパッド５、ボンディングワイヤおよび直流電源がどのようなインピーダンスを有していたとしても、そのインピーダンスが共振器２に影響を与えることがない。その結果、共振器２での伝送信号の共振状態が乱されることがない。
【００２８】
図３は、高周波信号伝送装置１の縦断面図である。各共振器２、当該共振器２に接続された入出力線路３および接地電極４は、図３に示されるように、それぞれ異なる基板の一方の面上に形成されている。すなわち、基板１０ａの一方の面Ｐ−ａ上に共振器２ａ，入出力線路３ａおよび接地電極４ａが形成されており、基板１０ｂの一方の面Ｐ−ｂ上に共振器２ｂ，入出力線路３ｂおよび接地電極４ｂが形成されている。そして、基板１０ａおよび基板１０ｂは、共振器２ａおよび２ｂが形成された面が対向するように、スペーサ板７を間に挟んで配置される。ここで、図３では、スペーサ板７と共振器２との間に隙間があるように示されているが、実際には、スペーサ板７と共振器２とが接触するように組み立てられる。
【００２９】
なお、図３では、直流用線路５を図示していないが、当該直流用線路５についても、入出力線路３と同様に形成される。すなわち、接続対象の共振器２が形成される基板１０の一方の面状に直流用線路５を形成すればよい。また、直流用線路５を電気的に接続するボンディングパッド６も同様に形成すればよい。
【００３０】
基板１０ａ・１０ｂは、回路が形成された基板であり、例えば、窒化ガリウム系ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＦＴによるＭＭＩＣが搭載されたサファイア基板である。また、スペーサ板５は、絶縁体で構成されており、例えば、サファイア基板や樹脂膜である。
【００３１】
（製造方法）
本実施形態の高周波信号伝送装置は、従来の集積回路作成技術で製造可能である。窒化ガリウム系ＦＥＴは、サファイアの基板１０に作成される。サファイアの基板１０の厚さは、一般的には０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであるが、研磨や研削技術により０．１ｍｍまでは容易に薄層化できる。そして、基板１０上に窒化ガリウムをＭＯＣＶＤ法などで成長させる。活性層とならないアイソレーション部は、表面エッチング、イオン注入などにより高抵抗化する。この部分にコプレーナ構造の入出力線路３や共振器２、直流用線路を作成する。共振器２の大きさは、伝送信号の周波数に依存するが、６０ＧＨｚ帯であれば０．３ｍｍ程度であり、１μｍ程度の精度が有れば十分である。現在の集積回路技術では容易に作成できる精度である。例えば、金メッキなどにより金属パターンを形成する。
【００３２】
２枚の基板の間に挟むスペーサ板７は、コストを下げたい場合、ガラスやプラスチックなど、電気的に高抵抗かつ高周波での損失が少ない物質でかまわない。共振器２の寸法を小さくする場合には、誘電率の高いセラミック板やサファイア板を用いると良い。
【００３３】
そして、２枚の基板間では、共振器２の中心軸が一致し、かつ、開放部２１が中心軸に対して対称の位置になるように配置する。例えば、セラミックやプラスチック基板では、あらかじめ、他方の基板の位置を規定するようなノッチを付けておけば容易に位置合わせも可能である。
【００３４】
（変形例１）
上記説明では、共振器２をオープンリング状として説明した。しかしながら、共振器２の形状は、これに限定されるものではなく、様々な形状のものが考えられる。ただし、異なる平面上の共振器２間の信号を効率的に伝送させるため、共振器２間の結合が強い、閉曲線線路の一部（開放部２１）がオープンとなっている形状、もしくは、スパイラル状（螺旋状）であることが好ましい。例えば、図１５に示されるようなＵ字状や、図１６に示されるようなスパイラル状でもよい。
【００３５】
（変形例２）
上記説明では、２つの共振器２ａ・２ｂが異なる基板１０ａ・１０ｂ上に形成され、共振器２ａ・２ｂが形成された面が対向するように基板１０ａ・１０ｂを配置し、当該基板１０ａ・１０ｂ間にスペーサ板７を挟む構造とした。しかしながら、本実施形態の高周波信号伝送装置の構成はこれに限られるわけではなく、結合する２つの共振器２ａ・２ｂが異なる平面上に配置されていればよい。
【００３６】
例えば、図４に示されるように、２つの共振器２ａ・２ｂが１つの基板の表面および裏面上に形成されており、一方の共振器２ａから他方の共振器２ｂに伝送信号を無線伝送することもできる。もしくは、２つの共振器２ａ・２ｂがそれぞれ異なる基板上に形成されており、一方の基板１０ｂの共振器２ｂが形成されている面と、他方の基板１０ａの共振器２ａが形成されていない面とが対向するように、両基板を配置してもよい。
【００３７】
なお、共振器２間には必ずしもスペーサ板が必要ではなく、空気のみが存在する構成であってもよい。
【００３８】
（変形例３）
共振器２、入出力線路３、直流用線路５、接地電極４の形状は、図１及び図２で示される形状に限定されるものではなく、高周波信号伝送装置１が適用される回路に適した形状に適宜設計される。図１９は、別の変形例の高周波信号伝送装置１の平面図である。図１９に示されるように、共振器２およびボンディングパッド６を囲むように接地電極４が形成されている。そして、ボンディングパッド６から直流電力または低周波信号が入力される。
【００３９】
（シミュレーション結果）
（参考例）
まず、本実施形態に対する参考例である、図１に示す高周波信号伝送装置１から直流用線路を取り除いた例について、３次元電磁界シミュレーション（使用ソフト：アンソフト社製「ＨＦＳＳ」）を行った。図５は、この参考例に係る高周波信号伝送装置の平面図を示す。（ａ）は上側の共振器２を含む平面図であり、（ｂ）は下側の共振器２を含む平面図であり、（ｃ）は両方の共振器２を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。図６は、この参考例に係る高周波信号伝送装置の断面図を示す。また、図７は、共振器２の拡大図であり、図において、ｐは共振器２の両端部のギャップを、ａは共振器２の線路幅を、Ｄは共振器２の外径を示す。
【００４０】
図６に示されるように、金属膜、サファイアの基板、共振器、サファイアのスペーサ板、共振器、サファイアの基板、金属膜がこの順に積層された高周波信号伝送装置である。そして、共振器２間の基板厚みを４００μｍとした。また、共振器２は、伝送信号の半波長の線路長を有しているものとして設計した。そして、図７に示されるように、共振器２は、オープンリング状であり、外径Ｄ＝９６０μｍ、線路幅ａ＝１００μｍ、両端部のギャップｐ＝６０μｍとした。基板およびスペーサ板の材料を全てサファイアと想定し、比誘電率を１０とした。また、高周波信号伝送装置の上面は、４ｍｍ×６．３ｍｍの矩形状とした。
【００４１】
また、共振器２の開放部２１と共振器２の中心点とを結ぶ線と、入出力線路３の取り付け位置２２と当該中心点とを結ぶ線とのなす角度θ１を５１°とした。また、一方の共振器２の開放部２１と当該共振器２の中心点とを結ぶ線と、他方の共振器２の開口部２１と当該共振器２の中心点とを結ぶ線とをなす角度を１８０度とした。
【００４２】
また、入出力線路３にはコプレーナ線路（特性インピーダンス５０Ω）を用いるものとした。入出力線路３の幅を１００μｍ、入出力線路３と接地電極４とのギャップを１４０μｍとした。
【００４３】
そして、一方の入出力線路３から伝送信号を入力した場合をシミュレーションした。なお、本シミュレーションでは、１２〜２０ＧＨｚの帯域の伝送信号の入力するものとした。また、１５．６ＧＨｚの伝送信号は、その波長が共振器２の線路長の２倍になる。図８は、上記のような参考例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００４４】
なお、指標Ｓ２１は、第２信号端子（ここでは、結合する２つの共振器の一方）で受け取る第１信号端子（ここでは、他方の共振器）から出た信号の割合で、デシベル（ｄＢ）単位で表される。１００％とは０ｄＢであり、損失があると負の値となる。また、Ｓ１１は、第１信号端子の信号が再び第１信号端子へ戻る率であり、その分Ｓ２１は減少する。高周波信号伝送装置としては、所望の帯域に置いて指標Ｓ２１が限りなく１に近く、Ｓ１１はできるだけ小さい方が好ましい。
【００４５】
図８に示されるように、１４〜１７ＧＨｚにおいて、ほぼ０．６ｄＢの損失で高周波信号を伝送できることがわかる。ただし、この参考例は直流用線路５がない場合であり、直流電力や低周波信号を入力できない場合である。
【００４６】
（直流用線路を有する実施例）
次に、本実施形態の一例の高周波信号伝送装置１についてシミュレーションを行った。本実施例は、上記の参考例に係る高周波信号伝送装置の構成に加えて、一方の共振器２に直流用線路５を接続した例である。すなわち、直流用線路５を備える点以外は、全て上記参考例と同一条件としてシミュレーションを行った。
【００４７】
図９は、この実施例に係る高周波信号伝送装置１における、共振器２が形成された平面を示す図である。（ａ）は上側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｂ）は下側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｃ）は、高周波信号伝送装置における、共振器２および各種の線路が形成された面を、当該面に垂直な方向からみたときの図である。
【００４８】
本実施例では、直流用線路５は、共振器２の線路の中点に接続されているものとした。また、直流用線路５は、接地電極４に接続され、グランドに短絡されているものとした。
【００４９】
本実施例に係る高周波信号伝送装置１における、伝送効率のシミュレーション結果を図１０に示す。
【００５０】
図１０に示されるように、１４〜１７ＧＨｚにおいて、ほぼ１ｄＢの損失で高周波信号を伝送できることがわかる。すなわち、直流用線路５のない参考例に比べ、高周波信号の伝送効率の劣化は８％程度であり、それほど大きな劣化は見られなかった。金属の直流用線路をグランドに接続しており、寄生の小さいインダクタンスを介して接地することになる。直流用線路５のインピーダンスが高くなればなるほど接続していない状態に近づくため、グランドへの接続は、共振器２への影響の度合いが大きくなることが予想される厳しい条件である。しかしながら、図１０に示されるように、共振器２をグランドに接続した状態であっても、高い伝送効率で高周波信号を伝送することができることが確認された。
【００５１】
理想的に全く影響のないようにできないのは、帯域を広く取っているためである。帯域が広い場合、すべての信号にとって中点が定在波の節になるわけではない。そのため、わずかに信号の漏れが発生する。
【００５２】
なお、上記シミュレーションではグランドに接続したが、実際の回路では、ボンディングワイヤなどインダクタンスの高い部品が接続されるため、上記シミュレーションで確認した影響よりも小さくなる。すなわち、上記シミュレーションで確認した伝送効率よりもさらに高くなる。
【００５３】
（θ３による影響確認）
次に、上記実施例において、直流用線路５の取り付け位置２３と共振器の中心とを結ぶ線と、共振器２の中点（つまり、伝送信号が共振器において定在波をなすときの節の位置）と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度θ３を、−４０°から５０°まで変化させたときの伝送効率の変化をシミュレーションにより調べた。図１１は、このシミュレーションで用いた高周波信号伝送装置１における、共振器２が形成された平面を示す図である。（ａ）は上側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｂ）は下側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｃ）は、両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。なお、図１１において、直流用線路５の取り付け位置２３を共振器２の中点から時計回りの方向にずらしたときのθ３をマイナスの値で示し、逆方向にずらしたときのプラスの値で示している。図１１（ａ）（ｃ）では、θ３＝−４０°のときを示している。
【００５４】
図１２は、θ３を−４０°から０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率を示す図である。図１３は、θ３を０°から５０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率を示す図である。また、図１４は、中心周波数１５．６ＧＨｚでの伝送効率のθ３依存性を示すグラフである。
【００５５】
図１４に示されるように、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２のほぼ中点のときに、伝送効率が最大となる。これは、上述したように定在波の節と取り付け位置がほぼ一致するため、直流用線路５の影響が共振器に及ぼさないためである。
【００５６】
ただし、図１４では、完全な中点より少しずれた位置での伝送効率が高いことがわかる。これは、共振器２の膜厚が薄い場合、伝送帯域が広くなるために伝送信号の波長の範囲も広くなる。これにより、伝送波長が共振器２の線路長の１／２と完全に一致しなくても伝送され、定在波の節が中点からずれる場合が考えられるからと推定される。
【００５７】
また、図１４に示したように、θ３が±３０°の範囲内であれば、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを１０％以内にすることができる。この程度の劣化であれば、実用上問題がない。また、θ３が±２０°の範囲内であれば、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを５％以内にすることができる。
【００５８】
なお、このシミュレーションでは、波長が共振器２の線路長の２倍になる高周波信号を伝送させている。そのため、３０°は、共振器２に形成される定在波の腹と共振器の中心とを結ぶ線と、当該定在波の節と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度（１８０°）の１／６である。すなわち、定在波の節を中心として、当該節と腹との間の１／６の範囲内に直流用線路５の取り付け位置２３も設けることで、取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを１０％以内にすることができる。
【００５９】
同様に、２０°は、共振器２に形成される定在波の腹と共振器の中心とを結ぶ線と、当該定在波の節と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度（１８０°）の１／９である。すなわち、定在波の節を中心として、当該節と腹との間の１／９の範囲内に直流用線路５の取り付け位置２３も設けることで、取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを５％以内にすることができる。
【００６０】
よって、高周波信号の波長λを、共振器の線路長Ｌの２／（２ｎ＋１）倍（ｎは０以上の整数）とするとき、取り付け位置２３と共振器２の中心とを結ぶ線と、共振器２に形成される定在波の節の部分（すなわち、共振器２を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの部分）と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角を、３０／（２ｎ＋１）度以内にすることが好ましい。これにより、高い伝送効率を実現できる。
【００６１】
さらに、取り付け位置２３と共振器２の中心とを結ぶ線と、共振器２に形成される定在波の節の部分と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角を、２０／（２ｎ＋１）度以内にすることが好ましい。
【００６２】
（信号線間の伝送状態の確認）
次に、図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、図９で示した実施例において直流用線路５を５０Ω終端の端子に接続した高周波信号伝送装置１を例にとりシミュレーションを行った。図１８はシミュレーション結果を示す図である。図１８において、Ｓ３２は、第２信号端子（ここでは、直流用線路５が接続されていない共振器２側の入出力線路３）の信号のうち、第３信号端子（ここでは、直流用線路５）へ伝わる信号の率であり、Ｓ３３は、第３信号端子の信号が再び第３信号端子へ戻る率であり、Ｓ３１は、第１信号端子（直流用線路５が接続されている共振器２の入出力線路３）の信号のうち、第３信号端子へ伝わる信号の率である。
【００６３】
図１８に示されるように、直流用線路５と、入出力線路３との結合度合いは、−９ｄＢとかなり低い値に成っており、直流用線路５が共振器２に与える影響が少ないことを示している。
【００６４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
異なる平面上の回路間で高周波信号を伝送するシステムに適用することができ、集積回路や電力伝送の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態に係る高周波信号伝送装置の構成を示す斜視図である。
【図２】共振器、直流用線路および入出力線路を示す上面図である。
【図３】図１に示す高周波信号伝送装置の縦断面図である。
【図４】高周波信号伝送装置の変形例を示す縦断面図である。
【図５】参考例に係る高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。
【図６】参考例に係る高周波信号伝送装置の断面図である。
【図７】参考例に係る高周波信号伝送装置の共振器の形状を示す図である。
【図８】参考例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】実施例に係る高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。
【図１０】実施例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】図９に示す実施例において、直流用線路の取り付け位置をずらしたときの高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。
【図１２】θ３を−４０°から０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】θ３を０°から５０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】中心周波数１５．６ＧＨｚでの伝送効率のθ３依存性を示すグラフである。
【図１５】共振器の形状の変形例を示す図である。
【図１６】共振器の形状の別の変形例を示す図である。
【図１７】直流用線路を５０Ω終端の端子に接続した高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。
【図１８】図１７に示す高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】共振器、入出力線路、直流用線路、接地電極の形状の変形例を示す図である。
【図２０】一般的なマイクロ波アンプを示す回路図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    高周波信号伝送装置
２    共振器
３    入出力線路
４    接地電極
５    直流用線路（入力線路）
６    ボンディングパッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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