JP2003174306A - 共振器、フィルタ、デュプレクサ、および高周波回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電界の垂直成分が０または０近傍となる部分
に電極を形成した構造を備え、その電極における導体損
失を低減して低損失動作を可能とした、共振器、フィル
タ、デュプレクサ、および高周波回路装置を提供する。 【解決手段】 誘電体と電極との界面において、電界の
垂直成分が大きなＤ領域と、電界の垂直成分が０または
０近傍のＳ領域とを備え、Ｄ領域である誘電体の各側面
に、分割した単層導体膜４を形成し、誘電体の端面であ
るＳ領域に薄膜多層電極を形成する。その薄膜多層電極
の各導体薄膜を単層導体膜４に交互に接続する。この構
造により、Ｓ領域における薄膜多層電極の各導体薄膜
に、同一振幅同一位相の電流が対称軸を中心として放射
状に流れ、Ｓ領域における低損失な薄膜多層動作を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無線通信や電磁
波の送受信に利用される、例えばマイクロ波帯やミリ波
帯における共振器、フィルタ、デュプレクサ、および高
周波回路装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜多層電極を形成した共振器等
に関して国際公開ＷＯ９５／０６３３６が開示されてい
る。

【０００３】この薄膜多層電極は、導体薄膜と誘電体薄
膜とを交互に積層したものであり、高周波において低損
失な電極として作用する。上記公報に開示されている設
計方法では、導体薄膜の膜厚および誘電体薄膜の膜厚
に、導電率と誘電率に応じて定まる膜厚の最適値が存在
する。導体薄膜と誘電体薄膜のそれぞれの膜厚を最適値
とすれば、電流密度が各導体薄膜の層にバランス良く分
配されるため、表皮効果が緩和され、単層電極に比べて
低損失に動作する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示されて
いる薄膜多層電極を形成した共振器等においては、薄膜
多層電極の各導体薄膜に略均等な電流を分布させるため
に、誘電体薄膜の誘電率および膜厚が導体薄膜間の変位
電流を制御する役割を果たしていた。このため、薄膜多
層電極の低損失動作のために、以下の２点が必要条件と
なっていた。

【０００５】（１）薄膜多層電極が、電界に対して垂直
な方向に設けられていること （２）誘電体薄膜の誘電率および膜厚が最適値またはそ
の付近になるように設計されていることしたがって、上
記公報に示されている共振器等においては、電界の向き
に対して接線方向になる電極は単層電極とし、電界の向
きに対して垂直な面に形成した薄膜多層電極の各導体薄
膜の端部を単層電極で短絡するようにしていた。また
は、電界の向きに対して接線方向の面には電極を形成せ
ずに開放端としていた。

【０００６】図１６は、従来の開放円形ＴＭ０１０モー
ドの共振器の構成を示している。（Ａ）は上面図、
（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大断面図であ
る。この例では、円柱形状の誘電体１の、互いに平行な
２面に導体薄膜２ａ，２ｂおよび誘電体薄膜３からなる
２層構造の薄膜多層電極１０を形成している。

【０００７】図１７は短絡円形ＴＭ０１０モードの共振
器の構成を示している。（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面
図、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大断面図である。この例で
は、導体薄膜２ａ，２ｂの周辺部を単層導体膜４に接続
して、各導体薄膜の周辺を短絡している。

【０００８】この発明の目的は、電界の垂直成分が０ま
たは０近傍となる部分に電極を形成した構造を備え、そ
の電極における導体損失を低減して、低損失動作を可能
とした共振器、フィルタ、デュプレクサ、および高周波
回路装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の共振器は、誘
電体と電極との界面において、電界の垂直成分が所定の
しきい値より大きな領域であるＤ領域（Displacement a
rea ：変位領域）と、前記電界の垂直成分が前記しきい
値より下回る領域であるＳ領域（Short area：短絡領域
またはSteady area ：定常領域）とを備えた誘電体共振
器において、Ｓ領域の電極を薄膜多層電極とするととも
に、その各導体薄膜に略均等な電流振幅の電流を強制励
振する。上記所定のしきい値は０近傍の値であり、例え
ば、利用する共振モードにおける最大電界の５％程度で
ある。

【００１０】ここで、薄膜多層電極部分に構成される、
誘電体薄膜の上下を導体薄膜で挟み込んで成る薄膜多層
電極共振器、について考える。まず、この薄膜多層電極
共振器において、最大電界強度の５％となるときの電気
角をθ１とすれば、ｓｉｎθ１＝０．０５ すなわち、
θ１≒２．８７°となる。

【００１１】次に、変位電流の積分計算は、

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】で表される。

【００１５】式２にθ１≒２．８７°を代入すると、Ｉ
ｄ１≒０．００１２５（０．１２５％）となる。すなわ
ち、上記５％のしきい値以下であれば、そのＳ領域にお
いて、実電流が変位電流に変換される割合は、０．１２
５％以下となる。したがって、Ｓ領域において、略均等
となる様に分配した実電流の分布が、式１，式２に示し
た正弦波状からかたくずれするとしても、上記割合は約
０．１２５％以下の範囲となる。このような変位電流へ
の変換が少ない範囲は、薄膜多層電極が低損失動作する
ための条件が良好に保存される範囲と言える。したがっ
て、利用する共振モードにおける最大電界の５％程度を
しきい値として、Ｓ領域とＤ領域の境界を定めればよ
い。

【００１６】受動回路における電流源は境界条件として
解釈することができる。すなわちこれは他の受動回路に
おける導体と接続することに対応する。例えば、対称性
の良い構造で、かつ対称性の良い電磁界モードをもつ、
多導体系の受動回路では、各導体に均等な電流振幅が分
布する。

【００１７】この発明では、上記導体と対称性を保っ
て、上記Ｓ領域の薄膜多層電極の各導体薄膜に上記導体
を接続することにより、均等な電流振幅での強制励振を
実現する。

【００１８】具体例の１つとして、Ｓ領域の電極を、導
体薄膜と誘電体薄膜とを交互に積層した薄膜多層電極と
し、Ｄ領域の電極を、Ｓ領域の薄膜多層電極と同じ層数
の薄膜多層電極とし、Ｓ領域とＤ領域における互いに対
応する層の導体薄膜同士を導通させて構成する。

【００１９】この構造により、Ｄ領域における各導体薄
膜の電流が、Ｓ領域の薄膜多層電極における各導体薄膜
に分配され、全体に電流が略均等に流れる。その結果、
Ｓ領域の薄膜多層電極における導体損失が低減される。

【００２０】また、他の具体例として、Ｓ領域の電極
を、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に積層した薄膜多層
電極とし、Ｄ領域の電極を、Ｓ領域の薄膜多層電極にお
ける導体薄膜の層数の整数倍に対応して分割されたそれ
ぞれ略合同の電極パターンで構成し、Ｄ領域の各電極を
Ｓ領域における各層の導体薄膜とを対応させて互いに接
続して構成する。

【００２１】この構造により、Ｄ領域における分割され
た各電極パターンの電流が、Ｓ領域の薄膜多層電極にお
ける各導体薄膜に分配され、全体に電流が略均等に流れ
る。その結果、Ｓ領域の薄膜多層電極における導体損失
が低減される。

【００２２】また、この発明の共振器は、単一または複
数の曲面と複数の平面からなる誘電体、もしくは複数の
平面からなる誘電体を用い、前記Ｄ領域と前記Ｓ領域
を、誘電体の面毎に定める。これにより、誘電体の各面
に対する薄膜多層電極の形成、または分割した複数の電
極パターンの形成を容易にする。

【００２３】また、この発明の共振器では、前記導体薄
膜のうち、少なくとも１層の膜厚を表皮深さの２．７５
倍以下にする。これにより、バルク導体の表面抵抗に対
する導体薄膜の表面抵抗を小さくして、薄膜多層化によ
る導体損失低減効果を高める。

【００２４】この発明のフィルタは、上記共振器に信号
入出力部を設けて構成する。これにより、小型で低挿入
損失のフィルタが得られる。

【００２５】また、この発明のデュプレクサは、上記フ
ィルタを２組備えるとともに、その信号入出力部とし
て、送信信号入力端子、送受信共用入出力端子、および
受信信号出力端子を設けて構成する。これにより小型で
低挿入損失のデュプレクサが得られる。

【００２６】この発明の高周波回路装置は、上記共振
器、フィルタ、またはデュプレクサを備えて構成する。
これにより、小型で低損失な高周波回路が構成でき、そ
れを用いた通信装置の雑音特性および伝送速度等の通信
品質を向上させることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る共振器の構
成を、図１〜図３および図１１〜図１５を参照して説明
する。図１の（Ａ）は共振器の正面図、同図の（Ｂ）は
その右側面図である。また、図２の（Ａ）は図１におけ
るＡ−Ａ断面図、同図の（Ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断
面図である。また図２の（Ｃ）は同図の（Ａ）における
Ｃ部分の拡大断面図、図２の（Ｄ）は同図の（Ｂ）にお
けるＤ部分の拡大断面図である。

【００２８】これらの図において、１は、外形が８角柱
形状で、その中心に断面８角形状の孔を形成した、筒状
の誘電体である。この共振器は、誘電体１に所定の電極
を形成したものである。すなわち、誘電体１の８つの側
面には、稜線部分で分離した単層導体膜４を形成してい
る。孔５の内面にも、その８つの面に、コーナー部分で
分離して単層導体膜４を形成している。誘電体１の互い
に平行な２つの端面には薄膜多層電極１０を形成してい
る。

【００２９】図３は上記薄膜多層電極の各層の構成を示
す図である。図３の（Ａ）は誘電体表面の第１の導体薄
膜、（Ｂ）はその上面の誘電体薄膜、（Ｃ）はさらにそ
の上面の第２の導体薄膜について、それぞれのパターン
を示している。この図３および図２の（Ｃ），（Ｄ）に
示すように、第１の導体薄膜２ａは、誘電体１の外側面
の四面および孔５の内面の四面にそれぞれ導通してい
る。同様に、第２の導体薄膜２ｂも、誘電体１の外側面
の四面および孔５の内面の四面にそれぞれ導通してい
る。但し、第１の導体薄膜２ａが導通する単層導体膜４
と第２の導体薄膜２ｂが導通する単層導体膜４とは交互
に配置される位置関係にあり、両者は絶縁状態にある。

【００３０】この第１の実施形態で示した共振器は同軸
共振器であり、誘電体１の孔５の内面に形成した単層導
体膜４と外側面に形成した単層導体膜４との間に電界が
向くＴＥＭモードで共振する。誘電体１の互いに平行な
２つの端面にそれぞれ薄膜多層電極を形成した場合、両
端短絡型半波長共振器として作用し、一方の端面にのみ
薄膜多層電極を形成すれば、１／４波長共振器として作
用する。誘電体１の外側面および孔５の内面が、この発
明に係るＤ領域であり、薄膜多層電極を形成した、誘電
体の端面がＳ領域である。このように、Ｓ領域に薄膜多
層電極を形成し、その導体薄膜の層数に等しい数“２”
に分割した単層導体膜４をＤ領域に形成したことによ
り、Ｓ領域における導体薄膜２ａ，２ｂには同一振幅・
同一位相の電流が対称軸を中心にして放射状に流れる。

【００３１】次に、薄膜多層電極の動作と低損失効果に
ついて、図１１〜図１５を参照して説明する。図１１の
（Ａ）は、基準モデルである単層導体膜と、比較モデル
である２層の薄膜多層電極の構造を示している。また
（Ｂ）は、その薄膜多層電極の第１の導体薄膜に対する
第２の導体薄膜の電流比と導体Ｑとの関係を示してい
る。ここでは、上下の電気壁、左右磁気壁の平行平板線
路の強制電流による導体損失を解析した。なお、この解
析には、変位電流を仮定せず、磁界による渦電流の効果
だけを考慮する解析方法を用いた。この解析方法は、導
体膜の界面に電界が垂直成分を持たない部分の解析に有
効である。この解析の結果から、図１１の（Ｂ）に示し
たように、第１の導体薄膜と第２の導体薄膜を強制励振
する電流の振幅比が１：１の時、導体Ｑの上昇効果が最
大１．５１倍となることがわかる。

【００３２】図１２は、図１１の（Ａ）における比較モ
デルについての解析モデルである。ここでは平行平板導
波路として扱う。図１３は、図１２に示した各パラメー
タを定め、導体Ｑの誘電体薄膜の膜厚依存性を解析した
ものである。上記各パラメータは次のとおりである。

【００３３】 〈基準モデル〉 〈比較モデル〉 寸法： 寸法： d1 = 10 μｍ d1 = 10μｍ h = 60 μｍ d2 = 変数 (H = h+d1=70μｍ) d3 = 1.26μｍ h = 60μｍ-(d2+d3) (H = h+d1+d2+d3 = 70 μｍ) 電流値： 電流値： I1 = 1A I1 = 0.5A I2 = 0.5A 基準モデルである単層導体膜の導体Ｑの解析解Ｑｃは Ｑｃ＝（２ｈ／δ）＝（２×６０μｍ）／１．５５μｍ
＝７７．４ となる。図１３の（Ａ）は導体Ｑを絶対量で表したも
の、（Ｂ）は比較モデルを基準モデルで正規化したもの
である。このように、比較モデルの誘電体薄膜の膜厚ｄ
２を変化させた時の導体Ｑの変化は緩やかであり、１以
上の導体Ｑ上昇効果を持つ。誘電体薄膜の膜厚ｄ２が１
０μｍ程度に大きくなった時の劣化傾向は、基準モデル
の基板厚さに対する割合が大きくなったことに起因して
いる。

【００３４】図１４は、薄膜多層電極の導体薄膜の膜厚
依存性を解析した結果を示している。（Ａ）は導体薄膜
の膜厚に対する導体Ｑの関係を示している。（Ｂ）は
（Ａ）における基準モデルに対して正規化した結果であ
る。

【００３５】このように、比較モデルの導体薄膜の膜厚
ｄ３を変化させた時の導体Ｑの変化は急峻なピークを持
ち、１以上の導体Ｑ上昇効果を持つ。導体薄膜の膜厚ｄ
３が１０μｍ程度に大きくなった時の劣化傾向は、２層
の比較モデルにおいて、界面側の第１層（厚みｄ３部
分）が１０μｍ程度に大きくなると、この第１層の表側
と裏側とで、逆向きの電流が流れて、導体損失が増加す
るためであるものと考えられる。したがって、導体Ｑの
高い領域を利用できるように、導体薄膜の膜厚を設定す
る。

【００３６】図１５は、導体表面からの距離ｘを表皮深
さδで割って規格化した値（規格化導体膜厚）に対す
る、バルク導体の表面抵抗Ｒをバルク導体の表面抵抗Ｒ
ｓで割って規格化した値、の関係を示している。

【００３７】図１５に示した関係は次のようにして求め
た。先ず、導体の内部を伝搬する平面波に関する接続行
列（Ｆ行列）は式（３）で表される。

【００３８】

【数３】

【００３９】ここで、ｘは導体表面からの距離であり、
また伝搬定数は、

【００４０】

【数４】

【００４１】特性インピーダンスは、

【００４２】

【数５】

【００４３】である。ただし、δはバルク導体の表皮深
さ、Ｒｓはバルク導体の表面抵抗である。

【００４４】膜厚ｘの導体薄膜のもつ表面インピーダン
スは、裏面を開放条件としてＦ行列の１１成分、２１成
分の比から次式の様に計算される。

【００４５】

【数６】

【００４６】式（６）に式（４）、式（５）を代入し
て、実部、虚部を整理すると次式のようになる。

【００４７】

【数７】

【００４８】実部から表面抵抗が次式のように得られ
る。（虚部は表面リアクタンス。）

【００４９】

【数８】

【００５０】図１５は、この式（８）を表したものであ
る。

【００５１】図１５において、Ｒ／Ｒｓが１以下の領域
が、バルク導体よりも表面抵抗が小さくなる領域であ
る。すなわち、表皮深さの約１．１４１７〜２．７５０
５の範囲で薄膜多層化した時に導体Ｑの向上効果が得ら
れる。なお、ｘを小さくした時、Ｒ／Ｒｓが１以上にな
る規格化導体膜厚の下限値（図１５に示した例では１．
１４１７）は、積層数が多くなるほど小さくなる。ま
た、それに伴い、Ｒ／Ｒｓが最低値となるｘ／δの値
（図１５に示した例では１．５７０８）も積層数に応じ
て変化する。Ｒ／Ｒｓが１以上になる規格化導体膜厚の
上限値（図１５に示した例では２．７５０５）は、積層
数に関わらず一定である。したがって、ｘ／δが約２．
７５以上となる範囲で、積層数に応じて導体薄膜の膜厚
ｘを選定すればよい。

【００５２】なお、図１〜図３に示した例では、側面の
薄膜多層電極を２層構造としたが、これに限らず、３層
以上の導体薄膜を有する薄膜多層電極を形成してもよ
く、そのことにより、さらに低損失動作が実現できる。
例えば、４層構造であれば、やはり８角柱形状の誘電体
を用い、対向する互いに平行な２辺を１組とする４組の
単層導体膜に各導体薄膜を導通させればよい。

【００５３】このように、３層以上の導体薄膜を有する
場合にも、各層の導体薄膜に等振幅の電流を流すことに
より、薄膜多層電極のＱを最大にすることができる。次
に、第２の実施形態に係る共振器の構成を図４を参照し
て説明する。この共振器は誘電体部分が円筒形を成す同
軸共振器である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその右側面
図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＡ−Ａ部分の断面図、
（Ｄ）は（Ｃ）におけるＤ部分の拡大断面図である。円
筒形状の誘電体１の側面および孔５の内面には、導体薄
膜２ｃ、誘電体薄膜３、導体薄膜２ｄの積層体からなる
薄膜多層電極を形成している。また、誘電体１の互いに
平行な２つの端面には、導体薄膜２ａ、誘電体薄膜３、
導体薄膜２ｂを積層してなる薄膜多層電極を形成してい
る。

【００５４】誘電体１の外側面およびその孔５の内面で
ある、Ｄ領域における薄膜多層電極と、誘電体１の平行
な端面であるＳ領域における薄膜多層電極とは、それぞ
れの互いに対応する層の導体薄膜同士を接続している。
すなわち、導体薄膜２ａ−２ｃ，２ｂ−２ｄ間をそれぞ
れ接続している。

【００５５】このような構造の共振器は、誘電体１の互
いに平行な２つの端面にそれぞれ薄膜多層電極を形成し
た場合、両端短絡型半波長共振器として作用し、一方の
端面にのみ薄膜多層電極を形成すれば、１／４波長共振
器として作用する。

【００５６】上記Ｄ領域の薄膜多層電極には、ＴＥＭモ
ードの電界成分が垂直に入射するため、その誘電体薄膜
には膜厚方向に電界が発生する。これは誘電体薄膜にお
ける変位電流であり、導体薄膜２ｃ，２ｄにおける実電
流の交換作用となる。このＤ領域における薄膜多層電極
の導体薄膜と誘電体薄膜の膜厚は、薄膜多層電極の膜厚
設計により決定する。すなわち、導体薄膜の膜厚は、表
皮深さと層数に基づいて設計する。誘電体薄膜の膜厚
は、基体である誘電体の誘電率と、誘電体薄膜の誘電率
との比および層数に基づいて定める。

【００５７】上記Ｓ領域における薄膜多層電極の誘電体
薄膜には、その膜厚方向に電界が発生せず、変位電流は
発生しない。このため、導体薄膜２ａ，２ｂにおける実
電流は、電流振幅と電流位相の分配比が保存される。す
なわち、導体薄膜２ｃ，２ｄの実電流を、電流振幅、電
流位相共に略等しく分配することができる。このことに
より、前述したとおり、Ｓ領域における薄膜多層電極に
おいても低損失動作が実現できる。

【００５８】このＳ領域における薄膜多層電極の誘電体
薄膜については、図１３に示したように、誘電体薄膜の
膜厚に対する導体Ｑの変化に山形のピークが生じないた
め、すなわちＳ領域における誘電体薄膜の膜厚は設計中
心を持たないため、誘電体薄膜は、絶縁機能をもって、
できるだけ薄く設計すればよい。

【００５９】次に、第３の実施形態に係る共振器の構成
を図５および図６を参照して説明する。図５の（Ａ）は
共振器の上面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は（Ｂ）
におけるＣ部分の拡大図である。また、図６の（Ａ）は
図５におけるＡ−Ａ部分の断面図、図６の（Ｂ）は図５
におけるＢ−Ｂ部分の断面図、図６の（Ｃ）は図６の
（Ａ）におけるＣ部分の拡大断面図、図６の（Ｄ）は図
６の（Ｂ）におけるＤ部分の拡大断面図である。

【００６０】この例では、８角柱形状の誘電体１を用
い、８つの側面に、導体薄膜２ａ、誘電体薄膜３、導体
薄膜２ｂからなる薄膜多層電極を形成している。また、
誘電体１の互いに平行な上下面には、それぞれスリット
６を介して８分割した単層導体膜４ａ，４ｂを形成して
いる。各側面の薄膜多層電極の導体薄膜２ａは、上下面
の単層導体膜４ａに接続している。薄膜多層電極の導体
薄膜２ｂは、上下面の単層導体膜４ｂに接続している。

【００６１】この共振器は、短絡型ＴＭモード（軸対称
モード）の共振器として動作する。この軸対称モードに
より、スリット６を介して分割した８つの単層導体膜４
ａ，４ｂには均等に分割された電流が分布する。すなわ
ち、誘電体１の上面で外向きの電流が流れる場合、下面
では内向きの電流が流れる。この結果、側面における薄
膜多層電極の導体薄膜２ａ，２ｂは、略等しい電流振幅
・電流位相をもって強制励振される。この誘電体の８つ
の側面は短絡端として動作するため、側面における誘電
体薄膜３には、その膜厚方向に電界が発生しない。すな
わち変位電流は発生しない。このため、導体薄膜２ａ，
２ｂにおける実電流は、電流振幅と電流位相の分配比が
保存される。前述したように、誘電体薄膜３の膜厚には
設計中心を持たないため、絶縁機能をもつだけでよく、
所定の絶縁機能をもつ範囲でできるだけ薄く設計する。

【００６２】この図５に示した例では、８角柱形状の誘
電体１を用いたが、誘電体１の形状はこれに限らずｎ角
形の角柱形状であればよい。一般に、多角形の辺の数が
大きい程、側面の薄膜多層電極で理想的な電流分布が実
現できる。

【００６３】また、図５に示した例では、側面の薄膜多
層電極を２層構造としたが、これに限らず、３層以上の
導体薄膜を有する薄膜多層電極を形成してもよく、その
ことにより、さらに低損失動作が実現できる。

【００６４】次に、第４の実施形態に係る共振器の構成
を図７を参照して説明する。図７の（Ａ）は共振器の上
面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ
部分の断面図、（Ｄ）は（Ｃ）におけるＤ部分の拡大断
面図である。この共振器は、円柱形状の誘電体１の上下
面および側面にそれぞれ薄膜多層電極を形成したもので
ある。上下面の薄膜多層電極における導体薄膜および誘
電体薄膜の膜厚は薄膜多層電極設計によって決定してい
る。側面の薄膜多層電極を構成する導体薄膜の膜厚は薄
膜多層電極設計によって決定している。側面における誘
電体薄膜３の膜厚は、上述した各実施形態の場合と同様
に、絶縁機能をもってできるだけ薄く設計している。Ｓ
領域である側面の各導体薄膜と、Ｄ領域である上下面の
各導体薄膜は、境界部分においてそれぞれ互いに導電性
をもって接続している。

【００６５】この共振器は短絡型ＴＭモード（軸対称モ
ード）共振器として動作する。すなわち、上下面の薄膜
多層電極には、電界が垂直に入射するため、誘電体薄膜
にはその膜厚方向に電界が発生する。これは誘電体薄膜
における変位電流であり、導体薄膜２ｃ，２ｄにおける
実電流の交換作用となる。このＤ領域における薄膜多層
電極の導体薄膜と誘電体薄膜の膜厚は、薄膜多層電極の
膜厚設計により決定する。誘電体薄膜３の膜厚を薄膜多
層設計によって決定することにより、導体薄膜２ｃ，２
ｄの実電流を、電流振幅、電流位相共に略等しく分配す
ることができる。この結果、Ｓ領域における導体薄膜２
ａ，２ｂは、略等しい電流振幅と電流位相をもって強制
励振される。すなわち、側面はＳ領域は短絡端として動
作するため、Ｓ領域の薄膜多層電極における誘電体薄膜
には膜厚方向に電界が発生せず、変位電流は発生しな
い。このため、Ｄ領域の薄膜多層電極における導体薄膜
の電流振幅と電流位相の分配比が、Ｓ領域の薄膜多層電
極における導体薄膜に保存される。

【００６６】これにより、Ｄ領域およびＳ領域における
薄膜多層電極による低損失動作が実現できる。

【００６７】以上に示した各実施形態では、導体薄膜と
誘電体薄膜とを交互に積層して薄膜多層電極を構成した
が、導体薄膜と誘電体薄膜の密着性を良くするために、
例えばチタン（Ｔｉ）などの薄膜材料を、導体薄膜と誘
電体薄膜との間に数十［ｎｍ］挿入させてもよい。

【００６８】次に、第５の実施形態に係るフィルタの構
成を図８に示す。図８において３つの共振器は、第１〜
第４の各実施形態で示したいずれかの共振器であり、こ
れらの共振器間を、図中のコンデンサの記号で表した結
合容量で結合させ、さらに、初段および終段の共振器と
入出力端子との間を結合容量で結合させることにより、
３段の共振器からなる帯域通過フィルタ特性を有するフ
ィルタを構成する。

【００６９】次に、第６の実施形態としてデュプレクサ
の構成例を図９を参照して説明する。ここで、送信フィ
ルタと受信フィルタは、いずれも、図８等に示した構造
のフィルタである。但し、送信フィルタは送信帯域を通
過させ、受信フィルタは受信帯域を通過させるように、
それぞれのフィルタ特性を定めておく。

【００７０】送信フィルタの出力ポートと受信フィルタ
の入力ポートとの間は、送信信号が受信フィルタ側へ回
り込まないように、また、受信信号が送信フィルタ側へ
回り込まないように、位相調整を行っている。

【００７１】次に、第７の実施形態に係る通信装置の構
成を図１０に示す。ここで、デュプレクサは、図９に示
した構成のデュプレクサである。このデュプレクサの送
信端子には送信回路を、受信端子には受信回路をそれぞ
れ接続している。また、アンテナ端子にはアンテナを接
続している。

【００７２】

【発明の効果】この発明によれば、誘電体と電極との界
面において、電界の垂直成分が所定のしきい値より大き
な領域であるＤ領域と、前記電界の垂直成分が前記しき
い値より下回る領域であるＳ領域とを備え、Ｓ領域の電
極を、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に積層した薄膜多
層電極とし、Ｄ領域の電極を、Ｓ領域の薄膜多層電極と
同じ層数の薄膜多層電極とし、Ｓ領域とＤ領域における
互いに対応する層の導体薄膜同士を接続して共振器を構
成することにより、Ｓ領域においても電極の導体損失を
効果的に抑えることができる。

【００７３】また、この発明によれば、Ｓ領域の電極
を、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に積層した薄膜多層
電極とし、Ｄ領域の電極を、それぞれの界面において出
入りする変位電流が略同一になるような複数の電極パタ
ーンで構成し、Ｄ領域の各電極をＳ領域における各層の
導体薄膜とを対応させて互いに接続して共振器を構成す
ることにより、Ｓ領域の薄膜多層電極における導体損失
が低減される。

【００７４】また、この発明によれば、Ｓ領域の電極
を、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に積層した薄膜多層
電極とし、Ｄ領域の電極を、Ｓ領域の薄膜多層電極にお
ける導体薄膜の層数の整数倍に対応して分割された、そ
れぞれ略合同の電極パターンで構成し、Ｄ領域の各電極
をＳ領域における各層の導体薄膜とを対応させて互いに
接続して共振器を構成することにより、Ｓ領域の薄膜多
層電極における導体損失が低減される。

【００７５】また、この発明によれば、単一または複数
の曲面と複数の平面からなる誘電体、もしくは複数の平
面からなる誘電体を用い、前記Ｄ領域と前記Ｓ領域を、
誘電体の面毎に定めて共振器を構成することにより、誘
電体の各面に対する薄膜多層電極の形成、または分割し
た複数の電極パターンの形成が容易になる。

【００７６】また、この発明によれば、前記導体薄膜の
うち、少なくとも１層の膜厚を表皮深さの２．７５倍以
下にして共振器を構成することにより、薄膜多層化によ
る導体損失低減効果が高まる。

【００７７】この発明によれば、上記共振器に信号入出
力部を設けてフィルタを構成することにより、小型で低
挿入損失なフィルタが得られる。

【００７８】また、この発明によれば、上記フィルタを
２組備えるとともに、その信号入出力部として、送信信
号入力端子、共用入出力端子、および受信信号出力端子
を設けてデュプレクサを構成することにより、小型で低
挿入損失なデュプレクサが得られる。

【００７９】この発明によれば、上記スパイラル線路集
合体素子、共振器、フィルタ、またはデュプレクサを備
えて高周波回路装置を構成することにより、小型で低損
失な高周波回路が構成でき、それを用いた通信装置の雑
音特性および伝送速度などの通信品質を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る共振器の構成を示す図

【図２】同共振器の断面図

【図３】同共振器のＳ領域における薄膜多層電極の各層
の構成を示す図

【図４】第２の実施形態に係る共振器の構成を示す図

【図５】第３の実施形態に係る共振器の構成を示す図

【図６】第４の実施形態に係る共振器の構成を示す図

【図７】第５の実施形態に係る共振器の構成を示す図

【図８】フィルタの構成を示す等価回路図

【図９】デュプレクサの構成を示すブロック図

【図１０】通信装置の構成を示すブロック図

【図１１】強制電流による薄膜多層動作を説明するため
の図

【図１２】同薄膜多層動作の解析モデルを示す図

【図１３】薄膜多層電極における誘電体薄膜の膜厚依存
性を示す図

【図１４】同導体薄膜の膜厚依存性を示す図

【図１５】導体膜の膜厚に対する規格化表面抵抗の関係
を示す図

【図１６】従来の共振器の構成を示す図

【図１７】従来の共振器の構成を示す図

【符号の説明】

１−誘電体 ２−導体薄膜 ３−誘電体薄膜 ４−単層導体膜 ５−孔 ６−スリット １０−薄膜多層電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 眞 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HA03 HA14 HA15 HC02 HC04 HC13 JA01 KA01 LA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体の表面に電極を形成して成る誘電
   体共振器において、誘電体と電極との界面において、電
   界の垂直成分が所定のしきい値より大きな領域であるＤ
   領域と、前記電界の垂直成分が前記しきい値より下回る
   領域であるＳ領域とを備え、 前記Ｓ領域の電極は、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に
   積層した薄膜多層電極であり、 前記Ｄ領域の電極は、前記Ｓ領域の薄膜多層電極と同じ
   層数の薄膜多層電極であり、 前記Ｓ領域と前記Ｄ領域における互いに対応する層の導
   体薄膜同士を導通させて成る共振器。
2. 【請求項２】 誘電体の表面に電極を形成して成る誘電
   体共振器において、誘電体と電極との界面において、電
   界の垂直成分が所定のしきい値より大きな領域であるＤ
   領域と、前記電界の垂直成分が前記しきい値より下回る
   領域であるＳ領域とを備え、 前記Ｓ領域の電極は、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に
   積層した薄膜多層電極であり、 前記Ｄ領域の電極は、それぞれの界面において出入りす
   る変位電流が略同一になるような複数の電極パターンか
   ら成り、 前記複数の電極パターンと前記Ｓ領域における各層の導
   体薄膜とを対応させて互いに接続して成る共振器。
3. 【請求項３】 誘電体の表面に電極を形成して成る誘電
   体共振器において、誘電体と電極との界面において、電
   界の垂直成分が所定のしきい値より大きな領域であるＤ
   領域と、前記電界の垂直成分が前記しきい値より下回る
   領域であるＳ領域とを備え、 前記Ｓ領域の電極は、導体薄膜と誘電体薄膜とを交互に
   積層した薄膜多層電極であり、 前記Ｄ領域の電極は、前記Ｓ領域の薄膜多層電極におけ
   る導体薄膜の層数の整数倍に分割された、それぞれが略
   合同の電極パターンから成り、 前記電極パターンと前記Ｓ領域における各層の導体薄膜
   とを対応させて互いに接続して成る共振器。
4. 【請求項４】 前記誘電体は、単一または複数の曲面と
   複数の平面とから成り、もしくは複数の平面から成り、
   前記Ｄ領域と前記Ｓ領域を、前記誘電体の面毎に定めた
   請求項１〜３のうちいずれかに記載の共振器。
5. 【請求項５】 前記導体薄膜のうち少なくとも一層の膜
   厚が表皮深さの２．７５倍以下である請求項１〜４のう
   ちいずれかに記載の共振器。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の共
   振器に信号入出力部を設けたフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のフィルタを２組備える
   とともに、前記信号入出力部として、送信信号入力端
   子、送受信共用入出力端子、および受信信号出力端子を
   設けて成るデュプレクサ。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の共
   振器、請求項６に記載のフィルタ、もしくは請求項７に
   記載のデュプレクサを備えた高周波回路装置。