JP2000091867A - リアクタンス素子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入出力電極と導体線路との電気的接続構造が
簡素で、大きなリアクタンス値を有したリアクタンス素
子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュールを
得る。 【解決手段】 リアクタンス素子Ｒ２は二つの導体線路
２，３にて構成されている。導体線路２，３はそれぞれ
切断部Ｃを有した略環形状のものである。線路３は、線
路２の内側に所定の間隔を有して並設されると共に、線
路３の切断部Ｃが線路２の切断Ｃに対して１８０度異な
る位置に配設されている。外側に配設されている線路２
の開放端部２ａ，２ｂには、入力端子ＩＮ及び出力端子
ＯＵＴが接続されている。線路２，３内をそれぞれ電流
ｉが例えば矢印で示す方向に流れると、線路２，３の開
放端部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの近傍には電気エネルギ
ーが集中して蓄積され、中央部２ｃ，３ｃ近傍には磁気
エネルギーが集中して蓄積される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リアクタンス素子
及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯の通信装置で用
いられるリアクタンス素子としては、例えばスパイラル
状の導体線路を誘電体基板上に設けたものが知られてい
る。このリアクタンス素子は、直線状の導体線路を有し
たリアクタンス素子と比較して小型化できるという特長
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のリア
クタンス素子は、導体線路がスパイラル状であるため、
導体線路の内側に位置している導体線路端部と誘電体基
板の縁部に設けた入出力電極との電気的接続は、エアブ
リッジ等の複雑な３次元構造を採用する必要があった。
また、導体線路がスパイラル状である場合、隣接する線
路相互の位相関係が一義的に決まってしまうため、位相
関係を制御できなかった。また、リアクタンス値を大き
くしようとすると、例えばストリップ導体を長くする必
要があり、リアクタンス値のアップはリアクタンス素子
の大型化を招くという問題があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、入出力電極と導
体線路との電気的接続構造が簡素で、大きなリアクタン
ス値を有した小型のリアクタンス素子及びこのリアクタ
ンス素子を用いた回路モジュールを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係るリアクタンス素子は、（ａ）絶
縁性部材と、（ｂ）前記絶縁性部材に設けられた、曲部
を有しかつ電磁気的に相互に結合した複数の導体線路
と、（ｃ）前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出
力電極とを備え、（ｄ）前記導体線路のそれぞれの両端
が開放端であり、該開放端を同一平面内又は導体線路の
膜厚方向の少なくともいずれか一方で互いに異なる位置
に配設し、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開
放端にそれぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこ
と、を特徴とする。より具体的には、導体線路の形状
を、切断部を有したほぼ環形状とし、その切断部を、隣
接する導体線路相互間で、例えば１８０度又は９０度異
なる位置に配設する。

【０００６】以上の構成により、電気エネルギーが蓄積
される領域と磁気エネルギーが蓄積される領域とが絶縁
性部材に分散され、電界、磁界分布の片寄りが少なくな
る。従って、導体線路内を流れる電流の密度が一様化さ
れる。言い換えると、導体線路の長手方向の電流分布が
正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線群に変形
される。このように、電流分布が均一化するため、縁端
効果及び表皮効果による導体損失が低減される。これに
より、リアクタンス素子のリアクタンス値が増大する。

【０００７】そして、複数の導体線路の最外側に配置さ
れた導体線路に入力電極及び出力電極を接続することに
より、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用
する必要がなくなり、入出力電極と導体線路との接続構
造が簡素化される。

【０００８】また、本発明に係るリアクタンス素子は、
導体線路の縁端部に、該縁端部に沿って少なくとも１本
の間隙を設け、前記縁端部の導体パターン幅及び間隙幅
をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする。ある
いは、複数の線状導体を間隙を有して配設して導体線路
を構成し、前記線状導体の導体パターン幅及び前記間隙
の幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを特徴とする。

【０００９】以上の構成により、導体線路を流れる電流
が、ほぼ表皮深さ寸法のパターン幅を有する導体に分流
することになる。従って、縁端効果や表皮効果が緩和さ
れ、導体損失が更に低減される。

【００１０】また、本発明に係るリアクタンス素子は、
導体線路を薄膜誘電体を介して積み重ね、最上層の前記
導体線路を残して、残りの前記導体線路の膜厚及び前記
薄膜誘電体の膜厚を表皮深さ以下の寸法に設定したこと
を特徴とする。ここに、導体線路は全て同一形状パター
ンであってもよい。

【００１１】以上の構成により、電流は、積み重ねられ
た複数の導体線路に分流することになる。従って、導体
線路の膜厚方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が
緩和され、導体損失が更に低減される。

【００１２】また、同一平面内の隣接する前記導体線路
の間の空隙に誘電体材料を充填することにより、誘電体
材料の誘電率に応じて導体線路の間隔寸法を変更でき、
リアクタンス素子の設計の自由度が大きくなる。

【００１３】さらに、導体線路の各部において電流集中
が緩和されるため、パターン幅の細い（断面積の小さ
い）導体線路であっても、電流密度を超伝導状態を保つ
ために必要とされる臨界電流密度以下にできる。従っ
て、超伝導体からなる導体線路は、超伝導状態を容易に
保つことが可能となる。

【００１４】さらに、本発明に係る回路モジュールは、
前述の特徴を有するリアクタンス素子を備えることよ
り、挿入損失が低減され、かつ、小型化が図れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るリアクタンス
素子及びこのリアクタンス素子を用いた回路モジュール
の実施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１６】［原理、図１〜図５］リアクタンス素子を
複数の導体線路にて構成することによってリアクタンス
素子の導体損失を低減させることができることを、図１
及び図２を参照して説明する。図１及び図２は、それぞ
れ一つ及び二つの導体線路にて一つのリアクタンス素子
を構成した場合の、リアクタンス素子の電磁界分布図で
ある。

【００１７】図１に示すように、導体線路１は、切断部
Ｃを有した略環形状のものである。線路１の開放端部１
ａ，１ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵ
Ｔが接続されている。その長さはλ／２（λ：リアクタ
ンス素子の自己共振周波数の波長）である。この導体線
路１内を電流ｉが例えば矢印で示す方向に流れると、線
路１の開放端部１ａ，１ｂの近傍には、電気エネルギー
が集中して蓄積され、磁気エネルギーは少ししか蓄積さ
れない。従って、開放端部１ａ，１ｂ間に最大電位差が
得られる。一方、線路１内を電流ｉが流れることによっ
て、アンペールの法則により磁界Ｈが線路１の周囲に発
生し、線路１の中央部１ｃの近傍には、磁気エネルギー
が集中して蓄積され、電気エネルギーは少ししか蓄積さ
れない。従って、一つの導体線路１にて構成されたリア
クタンス素子Ｒ１は、電気エネルギーが集中して蓄積さ
れる領域と磁気エネルギーが集中して蓄積される領域と
が分離されて偏在している。

【００１８】このリアクタンス素子Ｒ１は、導体線路１
の長手方向の電流分布が正弦曲線であり、線路１の開放
端部１ａ，１ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部
１ｃでその振幅が最大（腹）となる。つまり、中央部１
ｃで電流密度が最大となり、縁端効果による導体損失が
著しく大きくなる。なお、図１及び図２においては、電
流ｉの矢印の長さで電流密度の疎密を表示している。す
なわち、矢印が短かければ電流密度が低く、矢印が長け
れば電流密度が高い。また、磁界ＨのＺ成分の方向記号
の径の大きさで磁界強度の強弱を表示している。すなわ
ち、方向記号の径が小さければ磁界強度が弱く、方向記
号の径が大きければ磁界強度が強い。

【００１９】これに対して、次に、図２に示すように、
二つの導体線路２，３にて構成したリアクタンス素子Ｒ
２について説明する。導体線路２，３はそれぞれ切断部
Ｃを有した略環形状のものである。線路３は、線路２の
内側に所定の間隔を有して並設されると共に、線路３の
切断部Ｃが線路２の切断Ｃに対して１８０度異なる位置
に配設されている。外側に配設されている線路２の開放
端部２ａ，２ｂには、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端
子ＯＵＴが接続されている。隣接する線路２，３内をそ
れぞれ流れる電流ｉの方向は、同一方向である。

【００２０】線路２，３内をそれぞれ電流ｉが例えば矢
印で示す方向に流れると、線路２，３の開放端部２ａ，
２ｂ，３ａ，３ｂの近傍には電気エネルギーが集中して
蓄積され、中央部２ｃ，３ｃ近傍には磁気エネルギーが
集中して蓄積される。つまり、二つの導体線路２，３に
て構成されたリアクタンス素子Ｒ２は、電気エネルギー
が集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集中して
蓄積される領域とが隣接配置され、分散されている。こ
れにより、磁界分布の片寄りが少なくなり、リアクタン
ス素子Ｒ２の実効インダクタンス（リアクタンス）を増
大させることができる。

【００２１】言い換えると、導体線路２，３は、それぞ
れ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開放端部２
ａ，２ｂ，３ａ，３ｂでその振幅が最小（節）となり、
中央部２ｃ，３ｃでその振幅が最大（腹）となる。とこ
ろが、線路２の開放端部２ａ，２ｂと線路３の中央部３
ｃとが隣接配置されているため、両者間で相互誘導が生
じる。同様に、線路２の中央部２ｃと線路３の開放端部
３ａ，３ｂも隣接配置されているので、両者間で相互誘
導が生じる。これにより、互いの電流分布が正弦曲線か
らより均一で振幅の小さい形の曲線群に変形する。この
結果、導体線路２，３内を流れる電流ｉの密度が一様化
され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を低減する
ことができる。

【００２２】次に、リアクタンス素子を複数の導体線路
にて構成することによって、実効インダクタンス（リア
クタンス）を増加させることができることを平面回路シ
ミュレーション解析に基づいて説明する。

【００２３】図３の（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ解析に用
いたリアクタンス素子の代表例を示す。図３（Ａ）に示
したリアクタンス素子Ｒ３は、一辺が１０００μｍの矩
形のスパイラル形状の導体線路４を備えたものである。
線路４のパターン幅は２０μｍ、隣接する線路の間隔は
２０μｍ、全長は３３２０μｍに設定した。線路４の両
端部にはそれぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接
続されている。図示されていないが、出力端子ＯＵＴ
は、エアブリッジ構造を採用することにより、線路４上
を跨いでいる。

【００２４】図３（Ｂ）に示したリアクタンス素子Ｒ４
は、切断部Ｃを有した矩形の略環形状の導体線路５，６
を備えたものである。線路６は、線路５の内側に所定の
間隔を有して並設されると共に、線路６の切断部Ｃを線
路５の切断部Ｃに対して１８０度異なる位置に配設して
いる。線路５，６のパターン幅は２０μｍ、線路５，６
の間隔は２０μｍ、線路５の一辺は１０００μｍ、切断
部Ｃの間隙寸法は２０μｍに設定した。外側に配設され
ている線路５の両開放端部５ａ，５ｂには、それぞれ入
力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。

【００２５】図３（Ｃ）に示したリアクタンス素子Ｒ５
は、切断部Ｃを有した矩形の略環形状の導体線路７，
８，９を備えたものである。線路７，８，９の順で内側
に所定の間隔を有して並設されると共に、隣接する線路
７〜９の切断部Ｃが相互に１８０度異なる位置に配置さ
れている。線路７〜９のパターン幅は２０μｍ、線路７
〜９の間隔は２０μｍ、線路７の一辺は１０００μｍ、
切断部Ｃの間隙寸法は２０μｍに設定した。外側に配設
されている線路７の両開放端部７ａ，７ｂには、それぞ
れ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴが接続されている。
以下、同様にして、導体線路を内側に順に追加配置し
て、導体線路を四つ、五つ、六つ備えたリアクタンス素
子Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８とした。

【００２６】ここで、リアクタンス素子Ｒ３〜Ｒ８の等
価回路を、図４にて表示された回路とした。この等価回
路に、透過係数Ｓ２１及び反射係数Ｓ１１をフィッティ
ングして、回路定数Ｌ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ３を算出した。表
１はリアクタンス素子Ｒ３〜Ｒ８のシミュレーション解
析結果を示すものである。リアクタンス素子Ｒ４〜Ｒ８
において、導体線路の数を多くすると、Ｌ，Ｒ，Ｃ２，
Ｃ３は殆ど変化しないが、Ｃ１は大きくなる傾向を示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】さらに、図４に示した等価回路の直列接続
要素Ｌ，Ｒ，Ｃ１を、図５に示すような実効インダクタ
ンスＬ’に置き換えると、以下の式が得られる。 Ｚ＝１／［ｊωＣ１＋｛１／（ｊωＬ＋Ｒ）｝］ ＝１／｛ｊωＣ１＋（１／ｊωＬ）｝ ＝ｊωＬ’ 但し、Ｌ’＝Ｌ／（１−ω²ＬＣ１）

【００２９】例えば、導体線路数が６個のリアクタンス
素子Ｒ８の場合、Ｌ＝３．５６１９ｎＨ、Ｃ１＝０．０
２７６ｐＦである。従って、実効インダクタンス（リア
クタンス）Ｌ’は、以下のように計算される。

【００３０】（１）５ＧＨｚのとき、 Ｌ’＝Ｌ／（１−ω²ＬＣ１）＝Ｌ／（１−０．０９
７）＝１．１０７Ｌ＞Ｌ （２）１０ＧＨｚのとき、 Ｌ’＝Ｌ／（１−ω²ＬＣ１）＝Ｌ／（１−０．３８
８）＝１．６３５Ｌ＞Ｌ

【００３１】計算結果より、実効インダクタンス（リア
クタンス）Ｌ’は大きくなることがわかる。

【００３２】また、リアクタンス素子Ｒ４〜Ｒ８の自己
共振周波数（基本モード）は、それぞれ７．５ＧＨｚ、
７．１ＧＨｚ、７．０ＧＨｚ、６．８ＧＨｚ、６．８Ｇ
Ｈｚである。この結果、リアクタンス素子を構成する導
体線路の数を増加させることにより、リアクタンス素子
の自己共振周波数が低周波化され、リアクタンス素子の
小型化（小面積化）を図ることができる。

【００３３】［第１実施形態、図６〜図１７］図６に示
すように、リアクタンス素子Ｒ９は、絶縁性基板２１
と、この絶縁性基板２１の上面に設けた四つの導体線路
２２，２３，２４，２５と、絶縁性基板２１の下面及び
外周端部に設けたグランド導体２６と、絶縁性基板２１
の端部に設けた入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴとで構
成されている。絶縁性基板２１の材料としては、誘電体
や絶縁体等が用いられる。

【００３４】導体線路２２〜２５は、それぞれ直角に折
れ曲がった曲部を有し、その両端部２２ａ，２２ｂ，２
３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは開放
端部とされている。線路２２の両開放端部２２ａ，２２
ｂにはそれぞれ入力端子ＩＮ，出力端子ＯＵＴが接続さ
れている。線路２２と２３は互いに１８０度回転対称の
位置関係にあり、線路２２の開放端部２２ａ，２２ｂ
は、それぞれ線路２３の開放端部２３ａ，２３ｂに近接
している。線路２２，２３の内側には、所定の間隙Ｄを
有して線路２４，２５が並設されている。線路２４，２
５は互いに１８０度回転対称の位置関係にあり、線路２
４の開放端部２４ａ，２４ｂは、それぞれ線路２５の開
放端部２５ａ，２５ｂに近接している。そして、開放端
部２４ａ，２５ａは線路２２の中央部２２ｃの近傍に配
置され、開放端部２４ｂ，２５ｂは、線路２３の中央部
２３ｃの近傍に配置されている。同様に、線路２２，２
３の開放端部２２ａ，２３ａは線路２４の中央部２４ｃ
の近傍に配置され、開放端部２２ｂ，２３ｂは線路２５
の中央部２５ｃの近傍に配置されている。こうして線路
２２〜２５は絶縁性基板２１の上面で相互誘導及び容量
結合している。

【００３５】これら導体線路２２〜２５、グランド導体
２６及び入出力端子ＩＮ，ＯＵＴは、絶縁性基板２１の
表面にＡｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ等の導電性材料を印刷や
スパッタリング、蒸着等の手法により膜状に形成した
後、周知のフォトリソグラフィの技術（レジスト膜塗
布、露光、レジスト膜現像、導電性材料エッチング、レ
ジスト膜剥離）等を用いて形成される。

【００３６】入力端子ＩＮから高周波信号が供給される
と、電流は隣接する線路２２〜２５内をそれぞれ同一方
向に流れる。線路２２〜２５内をそれぞれ電流が流れる
と、線路２２，２３，２４，２５の開放端部２２ａ，２
２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５
ｂの近傍には電気エネルギーが集中して蓄積され、中央
部２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ近傍には磁気エネル
ギーが集中して蓄積される。つまり、四つの導体線路２
２〜２５にて構成されたリアクタンス素子Ｒ９は、電気
エネルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギー
が集中して蓄積される領域とが隣接配置され、分散され
ている。これにより、電界、磁界分布の片寄りが少なく
なり、リアクタンス素子Ｒ９の実効インダクタンス（リ
アクタンス）を増大させ、Ｑ値を向上させることができ
る。

【００３７】言い換えると、導体線路２２〜２５は、そ
れぞれ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開放端部
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２
５ａ，２５ｂでその振幅が最小（節）となり、中央部２
２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃでその振幅が最大（腹）
となる。ところが、線路２２，２３の開放端部２２ａ，
２３ａと線路２４の中央部２４ｃとが隣接配置されてい
るため、両者間で相互誘導が生じる。同様に、線路２
４，２５の開放端部２４ａ，２５ａと線路２２の中央部
２２ｃとが隣接配置され、線路２２，２３の開放端部２
２ｂ，２３ｂと線路２５の中央部２５ｃとが隣接配置さ
れ、線路２４，２５の開放端部２４ｂ，２５ｂと線路２
３の中央部２３ｃとが隣接配置されているので、それぞ
れの両者間で相互誘導が生じる。これにより、互いの電
流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の曲線
群に変形する。この結果、導体線路２２〜２５内を流れ
る電流の密度が一様化され、縁端効果及び表皮効果によ
る導体損失を低減することができる。これにより、リア
クタンス素子Ｒ９のリアクタンス値を増大させることが
できる。

【００３８】さらに、入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴ
は、導体線路２２〜２５の最外側に配置されている導体
線路２２の開放端部２２ａ，２２ｂに接続されているの
で、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用す
る必要がなく、入出力端子ＩＮ，ＯＵＴと導体線路２２
との接続構造を簡素化することができる。

【００３９】また、導体線路２２〜２５は、通常、それ
ぞれ図７（Ａ）に示すように、一つの導体パターンであ
る。ところで、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波帯で用
いられるリアクタンス素子Ｒ９の場合、図７（Ａ）に示
したような導体パターンの導体線路２２〜２５では、縁
端効果により、縁端部に電流が集中する傾向にある。そ
こで、図７（Ｂ）に示すように、縁端部での電流集中を
緩和させるために、線路２２〜２５のそれぞれの両縁端
部に、該縁端部に沿って２本の間隙３１を設け、縁端部
の導体パターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ寸法に設定
するようにしてもよい。これにより、導体線路２２〜２
５の縁端部に細い導体パターンが構成され、細い導体パ
ターンと主たる導体パターンに電流が分流することにな
る。この結果、電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、
導体損失を更に低減することができる。

【００４０】さらに、図７（Ｂ）では、線路２２〜２５
の縁端部に設けた間隙３１と、線路２２〜２５相互の間
隙Ｄとに誘電体材料３３を充填して線路２２〜２５相互
間の結合容量を大きくしている。これにより、誘電体材
料３３の誘電率に応じて線路２２〜２５相互の間隙Ｄの
寸法を変更でき、リアクタンス素子Ｒ９の設計の自由度
が大きくなる。

【００４１】また、リアクタンス素子Ｒ９は、前記パタ
ーンを有する導体線路２２〜２５にて構成されるものの
他に、図８〜図１７にそれぞれ示したパターンを有する
導体線路にて構成されるものであってもよい。図８は、
四つの導体線路４１〜４４にて構成されたものである。
線路４１〜４４の切断部Ｃは、隣接する線路４１〜４４
相互間で９０度異なる位置に配設されている。図９及び
図１０は、それぞれ四角形の角部に切断部Ｃを有する略
環形状の導体線路４５〜４８、４９〜５２にて構成され
たものである。図９では、切断部Ｃが、隣接する線路４
５〜４８相互間で９０度異なる位置に配設されている。
図１０では、切断部Ｃが、隣接する線路４９〜５２相互
間で１８０度異なる位置に配設されている。

【００４２】図１１は、導体線路５３〜５６にて構成さ
れたものである。導体線路５３〜５６の間隙には誘電体
材料３３が充填されている。図１２は、両端が開放され
た導体線路５７，５８，５９ａ，５９ｂ及び無端導体線
路６０にて構成されたものである。線路５７〜６０の間
隙には誘電体材料３３が充填されている。図１３は、二
つのコ字形の導体線路６１，６２にて構成されたもので
ある。図１４は、図１３に示した線路６１，６２の内側
に、さらに導体線路６３を配置したものである。線路６
１〜６３の相互の間隙には誘電体材料３３が充填されて
いる。図１５は、四つの略円環形状の導体線路６４〜６
７にて構成されたものである。線路６４〜６７の切断部
Ｃは、隣接する線路６４〜６７相互間で１８０度異なる
位置に配設されている。図１６は、導体線路６８〜７１
のそれぞれの中央部のパターン幅を、開放端部のパター
ン幅より広くすることにより、電流密度が最大となる中
央部のパターン断面積を大きくして、さらに導体損失を
低減させている。

【００４３】図１７は、一定のパターン幅Ｗを有する１
０本の略環形状の導体線路７２〜８１を一定の間隙幅Ｄ
１を保って、点線８２で囲んだ領域に並設したものであ
る。線路７２〜８１の切断部Ｃは、隣接する線路７２〜
８１相互間で１８０度異なる位置に配設されている。線
路７２〜８１のパターン幅Ｗ及び間隙幅Ｄ１は、表皮深
さ寸法程度に設定されている。これにより、線路７２〜
８１に電流が分流し、電流の縁端効果や表皮効果が緩和
され、導体損失を更に低減することができる。

【００４４】［第２実施形態、図１８〜図２５］第２実
施形態は、絶縁性基板上に導体線路と誘電体とを積み重
ねた構造のリアクタンス素子について説明する。

【００４５】図１８に示すように、絶縁性基板１０１の
上面にコ字形状の導体線路１０２を設け、下面及び外周
端部にグランド導体１０６を設ける。線路１０２の両端
部１０２ａ，１０２ｂは開放端部とされている。さら
に、図１９及び図２０に示すように、線路１０２の上に
誘電体１０４を介して、線路１０２と同形の導体線路１
０３を、線路１０２に対して１８０度回転した状態で積
層する。導体線路１０３の両開放端部１０３ａ，１０３
ｂには、それぞれ出力端子ＯＵＴ及び入力端子ＩＮが接
続される。

【００４６】線路１０２の開放端部１０２ａと１０２ｂ
の間には、線路１０３の中央部１０３ｃが配置されてい
る。同様に、線路１０３の開放端部１０３ａと１０３ｂ
の間には、線路１０２の中央部１０２ｃが配置されてい
る。開放端部１０２ａと１０２ｂは、開放端部１０３ａ
と１０３ｂに対して１８０度異なる位置に配設されてい
る。

【００４７】こうして、得られたリアクタンス素子Ｒ１
０の線路１０２，１０３は、誘電体１０４を介してその
膜厚方向に相互誘導及び容量結合している。入力端子Ｉ
Ｎから高周波信号が供給されると、電流は隣接する線路
１０２，１０３内をそれぞれ同一方向に流れる。線路１
０２内を電流が流れると、線路１０２の開放端部１０２
ａ，１０２ｂの近傍及び開放端部１０２ａ，１０２ｂで
挟まれた部分には、電気エネルギーが集中して蓄積さ
れ、中央部１０２ｃ近傍には磁気エネルギーが集中して
蓄積される。同様に、線路１０３内を電流が流れると、
線路１０３の開放端部１０３ａ，１０３ｂの近傍及び開
放端部１０３ａと１０３ｂで挟まれた部分には、電気エ
ネルギーが集中して蓄積され、中央部１０３ｃ近傍には
磁気エネルギーが集中して蓄積される。つまり、二つの
導体線路１０２、１０３にて構成されたリアクタンス素
子Ｒ１０は、電気エネルギーが集中して蓄積される領域
と磁気エネルギーが集中される領域とが隣接配置され、
分散されている。これにより、電界、磁界分布の片寄り
が少なくなり、リアクタンス素子Ｒ１０の実効インダク
タンス（リアクタンス）を増大させ、Ｑ値を向上させる
ことができる。

【００４８】言い換えると、導体線路１０２，１０３
は、それぞれ長手方向の電流分布が正弦曲線であり、開
放端部１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂでその
振幅が最小（節）となり、中央部１０２ｃ，１０３ｃで
その振幅が最大（腹）となる。ところが、線路１０２の
開放端部１０２ａ，１０２ｂと線路１０３の中央部１０
３ｃとが隣接配置されているため、両者間で相互誘導が
生じる。同様に、線路１０２の中央部１０２ｃと線路１
０３の開放端部１０３ａ，１０３ｂも隣接配置されてい
るので、両者間で相互誘導が生じる。これにより、互い
の電流分布が正弦曲線からより均一で振幅の小さい形の
曲線に変形する。この結果、導体線路１０２，１０３内
を流れる電流の密度が一様化され、縁端効果及び表皮効
果による導体損失を低減することができる。

【００４９】さらに、入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴ
は、それぞれ導体線路１０３の開放端部１０３ｂ及び１
０３ａに接続されており、従来のエアブリッジ等の複雑
な３次元構造を採用する必要がなく、入出力端子ＩＮ，
ＯＵＴと導体線路１０３との接続構造を簡素化すること
ができる。

【００５０】また、図２１に示すように、導体線路１０
２，１０３のそれぞれの両縁端部に、該縁端部に沿って
３本の間隙１１１を設け、縁端部の導体パターン幅及び
間隙幅をほぼ表皮深さ以下の寸法に設定するようにして
もよい。これにより、線路１０２，１０３の縁端部に細
い導体パターンが構成され、細い導体パターンと主たる
導体パターンに電流が分流することになる。この結果、
電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、導体損失を更に
低減することができる。

【００５１】さらに、リアクタンス素子Ｒ１０は、前記
二つの導体線路１０２，１０３にて構成されるものの他
に、図２２〜図２５に示された導体線路にて構成される
ものであってもよい。図２２は、導体線路１１２ａ，１
１２ｂ及び導体線路１１３ａ，１１３ｂを、それぞれ誘
電体１０４を介して交互に積み重ね、多層構造（図２２
の場合は４層構造）の線路１０２，１０３としたもので
ある。このとき、最上層の線路１１３ｂ以外の線路１１
２ａ，１１２ｂ，１１３ａの膜厚ｔ１と誘電体１０４の
膜厚ｔ２を表皮深さ以下の寸法に設定する。こうして、
線路１０２，１０３を多層化することにより、電流は線
路１１２ａ，１１２ｂ及び線路１１３ａ，１１３ｂに分
流することになる。従って、線路１０２，１０３の膜厚
方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が緩和され、
導体損失を更に低減することができる。

【００５２】図２３は、切断部Ｃを有した四角形の略環
状導体線路１１５（（Ａ）参照）の上に、誘電体を介し
て線路１１５と同形の導体線路１１６（（Ｂ）及び
（Ｃ）参照）を積層して構成したものである。図２３
（Ｂ）は、切断部Ｃが、隣接する線路１１５，１１６相
互間で９０度異なる位置に配設されている場合である。
図２３（Ｃ）は、切断部Ｃが、隣接する線路１１５，１
１６相互間で１８０度異なる位置に配設されている場合
である。なお、図２３において、導体線路１１５，１１
６の切断部Ｃは四角形の角部に形成されていてもよい
し、また、導体線路１１５，１１６の形状は切断部Ｃを
有した略円形の環であってもよい。

【００５３】また、図２４及び図２５に示したリアクタ
ンス素子Ｒ１１は、図６に示したリアクタンス素子Ｒ９
において、導体線路１２２ａ，１２２ｂ，導体線路１２
３ａ，１２３ｂ，導体線路１２４ａ，１２４ｂ及び１２
５ａ，１２５ｂを、それぞれ誘電体１２４を介して積み
重ね、多層構造（図２５の場合は２層構造）の線路２
２，２３，２４，２５としたものである。線路１２２
ａ，１２２ｂは相互に同一形状パターンであり、線路１
２３ａ，１２３ｂ，線路１２４ａ，１２４ｂ及び線路１
２５ａ，１２５ｂも相互に同一形状パターンである。こ
のとき、最上層の線路１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂ，
１２５ｂ以外の線路１２２ａ，１２３ａ，１２４ａ，１
２５ａの膜厚ｔ１と誘電体１２４の膜厚ｔ２を表皮深さ
以下の寸法に設定する。こうして、導体線路２２〜２５
を多層化することにより、電流は、線路１２２ａ〜１２
５ｂに分流することになる。従って、線路２２〜２５の
膜厚方向に対しても電流の縁端効果や表皮効果が緩和さ
れ、導体損失を更に低減することができる。

【００５４】［第３実施形態、図２６］図２６は、本発
明に係る回路モジュールの一実施形態を示すものであ
る。回路モジュール１３１は、回路基板１３２（回路パ
ターンは図示せず）の上面に、一つのリアクタンス素子
１３３と２個のＩＣ１３４，１３５とを搭載したもので
ある。ここに、リアクタンス素子１３３として、前記第
１及び第２実施形態のリアクタンス素子Ｒ２，Ｒ３〜Ｒ
１１を使用することができる。これらのリアクタンス素
子Ｒ２，Ｒ３〜Ｒ１１を実装することにより、実装構造
が簡素でかつ小型化を図ることができる回路モジュール
１３１を実現することができる。

【００５５】［他の実施形態］なお、本発明に係るリア
クタンス素子及びそのリアクタンス素子を用いた回路モ
ジュールは前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。

【００５６】前記実施形態では、切断部Ｃを、隣接する
導体線路相互間で９０度あるいは１８０度異なる位置に
配設しているが、必ずしもこれに限るものではなく、切
断部Ｃは任意の角度の異なる位置に配設することができ
る。

【００５７】さらに、導体線路の少なくとも一つを超伝
導体で構成してもよい。本発明においては、線路の各部
において電流集中が緩和されるので、パターン幅の細い
（断面積の小さい）線路であっても、電流密度を超伝導
状態を保つために必要とされる臨界電流密度以下にで
き、超伝導体からなる導体線路を超伝導状態に容易に保
つことができる。超伝導体には、イットリウム系やビス
マス系等の高温超伝導体を用いるのが好ましい。

【００５８】また、本発明に係る導体線路は、マイクロ
ストリップラインの他に、周知のコプレーナガイド、ス
ロットガイド、平面誘電体線路（特開平８−２６５００
７号公報参照）、サスペンデッドストリップ、フィンラ
イン、ストリップライン、非対称ストリップライン、ト
リプレートライン、並行ストリップライン等を含むもの
である。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、絶縁性部材と、それぞれ両端が開放端の複数の
導体線路とでリアクタンス素子を構成し、各導体線路の
開放端を互いに異なる位置に配設したので、電気エネル
ギーが蓄積される領域と磁気エネルギーが蓄積される領
域とが絶縁性部材に分散され、電界、磁界分布の片寄り
が少なくなる。従って、導体線路内を流れる電流の密度
が一様化され、縁端効果及び表皮効果による導体損失を
低減することができる。これにより、リアクタンス素子
のリアクタンス値を増大させることができる。さらに、
リアクタンス素子を複数の導体線路にて構成すること
で、リアクタンス素子の自己共振周波数を低下させるこ
とができ、リアクタンス素子の小型化を図ることができ
る。

【００６０】また、複数の導体線路の最外側に配置され
た導体線路に入力電極及び出力電極を接続することによ
り、従来のエアブリッジ等の複雑な３次元構造を採用す
る必要がなくなり、入出力電極と導体線路との接続構造
を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明す
るための電流と磁界分布図。

【図２】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明す
るための電流と磁界分布図。

【図３】本発明に係るリアクタンス素子の原理を説明す
るためのもので、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異
なる導体線路を備えたリアクタンス素子の平面図。

【図４】図３に示した各リアクタンス素子の電気等価回
路図。

【図５】図３に示した各リアクタンス素子のさらに別の
電気等価回路図。

【図６】本発明に係るリアクタンス素子の第１実施形態
を示す斜視図。

【図７】（Ａ）は図６に示したリアクタンス素子の導体
線路の拡大縦断面図、（Ｂ）は別の導体線路の拡大縦断
面図。

【図８】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導
体線路の平面図。

【図９】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の導
体線路の平面図。

【図１０】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１１】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１２】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１３】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１４】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１５】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１６】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１７】図６に示したリアクタンス素子のさらに別の
導体線路の平面図。

【図１８】本発明に係るリアクタンス素子の第２実施形
態を示す斜視図。

【図１９】図１８に続く製造手順を示す斜視図。

【図２０】図１９に示したリアクタンス素子の導体線路
の拡大縦断面図。

【図２１】図１９に示したリアクタンス素子の別の導体
線路の拡大縦断面図。

【図２２】図１９に示したリアクタンス素子のさらに別
の導体線路の拡大縦断面図。

【図２３】図１９に示したリアクタンス素子のさらに別
の導体線路の平面図。

【図２４】本発明に係るリアクタンス素子のさらに別の
実施形態を示す斜視図。

【図２５】図２４に示したリアクタンス素子の導体線路
の拡大縦断面図。

【図２６】本発明に係る回路モジュールの一実施形態を
示す平面図。

【符号の説明】

２，３…導体線路 ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ…開放端部 ５〜９…導体線路 ２１…絶縁性基板 ２２〜２５…導体線路 ２２ａ〜２５ｂ…開放端部 ２６…グランド導体 ３１…間隙 ３３…誘電体材料 ４１〜８１…導体線路 １０１…絶縁性基板 １０２，１０３…導体線路 １０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ…開放端部 １０４…誘電体 １０６…グランド導体 １１１…間隙 １１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ…導体線路 １１５，１１６…導体線路 １２２ａ〜１２５ｂ…導体線路 １３１…回路モジュール １３２…絶縁性基板 １３３…リアクタンス素子 １３４，１３５…ＩＣ Ｒ２，Ｒ４〜Ｒ１１…リアクタンス素子 Ｃ…切断部 Ｄ…間隙 Ｗ…パターン幅 Ｄ１…間隙幅 ｔ１…導体線路の膜厚 ｔ２…誘電体の膜厚 ＩＮ…入力端子 ＯＵＴ…出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J006 HD07 HD08 JA03 LA21 LA25 NA08 PB04 5J024 AA09 BA02 CA09 DA28 DA29 DA32

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性部材と、 前記絶縁性部材に設けられた、曲部を有しかつ電磁気的
   に相互に結合した複数の導体線路と、 前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを
   備え、 前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、該開放
   端を同一平面内又は導体線路の膜厚方向の少なくともい
   ずれか一方で互いに異なる位置に配設し、前記導体線路
   のうちの一つの導体線路の両開放端にそれぞれ前記入力
   電極及び出力電極を接続したこと、 を特徴とするリアクタンス素子。
2. 【請求項２】 絶縁性部材と、 前記絶縁性部材に設けられた、電磁気的に相互に結合し
   た複数の導体線路と、 前記絶縁性部材に設けられた入力電極及び出力電極とを
   備え、 前記導体線路のそれぞれの両端が開放端であり、前記導
   体線路内を電流が一様に分散して流れるように、前記導
   体線路の開放端を前記絶縁性部材の異なる位置に配設
   し、前記導体線路のうちの一つの導体線路の両開放端に
   それぞれ前記入力電極及び出力電極を接続したこと、 を特徴とするリアクタンス素子。
3. 【請求項３】 前記入力電極及び出力電極を接続した導
   体線路が、複数の導体線路の最外側に配置された導体線
   路であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   リアクタンス素子。
4. 【請求項４】 前記導体線路の形状が切断部を有したほ
   ぼ環形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３記載のリアクタンス素子。
5. 【請求項５】 前記導体線路の切断部を、隣接する導体
   線路相互間で１８０度異なる位置に配設したことを特徴
   とする請求項４記載のリアクタンス素子。
6. 【請求項６】 前記導体線路の縁端部に、該縁端部に沿
   って少なくとも１本の間隙を設け、前記縁端部の導体パ
   ターン幅及び間隙幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項５記載のリアクタン
   ス素子。
7. 【請求項７】 複数の線状導体を間隙を有して配設して
   前記導体線路を構成し、前記線状導体の導体パターン幅
   及び前記間隙の幅をほぼ表皮深さ寸法に設定したことを
   特徴とする請求項１ないし請求項５記載のリアクタンス
   素子。
8. 【請求項８】 前記導体線路を薄膜誘電体を介して積み
   重ね、最上層の前記導体線路を残して、残りの前記導体
   線路の膜厚及び前記薄膜誘電体の膜厚を表皮深さ以下の
   寸法に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項
   ７記載のリアクタンス素子。
9. 【請求項９】 前記導体線路が全て同一形状パターンで
   あることを特徴とする請求項８記載のリアクタンス素
   子。
10. 【請求項１０】 同一平面内の隣接する前記導体線路の
    間の空隙に誘電体材料を充填したことを特徴とする請求
    項１ないし請求項９記載のリアクタンス素子。
11. 【請求項１１】 前記導体線路の少なくとも一つが超伝
    導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０
    記載のリアクタンス素子。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし請求項１１記載のリア
    クタンス素子の少なくともいずれか一つを備えたことを
    特徴とする回路モジュール。