JP2012054697A - 信号伝送装置、フィルタ、ならびに基板間通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の基板10に形成された複数の第1の両端開放型共振器11,12と、第2の基板20に形成された複数の第2の両端開放型共振器21,22とで第1の共振器1を構成する。また、第1の基板10に形成された複数の第3の両端開放型共振器31,32と、第2の基板20に形成された複数の第4の両端開放型共振器41,42とで第2の共振器2を構成する。第1の共振器1において、互いに最も近い位置にある第1の両端開放型共振器11と第2の両端開放型共振器21とを互いの開放端同士および互いの中央部同士が互いに対向するように配置し、第2の共振器において、互いに最も近い位置にある第3の両端開放型共振器31と第4の両端開放型共振器41とを互いの開放端同士および互いの中央部同士が互いに対向するように配置する。
【選択図】図1
Description
また、複数の第1の両端開放型共振器が、一方の第1の両端開放型共振器と他方の第1の両端開放型共振器とを有し、一方の第1の両端開放型共振器の開放端に他方の第1の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、一方の第1の両端開放型共振器の中央部に他方の第1の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置されているものである。また、第2の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の第2の両端開放型共振器として、一方の第2の両端開放型共振器と他方の第2の両端開放型共振器とを有し、一方の第2の両端開放型共振器の開放端に他方の第2の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、一方の第2の両端開放型共振器の中央部に他方の第2の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置されているものである。
そして、第1の共振器において、互いに最も近い位置にある第1の両端開放型共振器と第2の両端開放型共振器とを、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置したものである。
この場合、複数の第3の両端開放型共振器は、一方の第3の両端開放型共振器と他方の第3の両端開放型共振器とを有し、一方の第3の両端開放型共振器の開放端に他方の第
3の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、一方の第3の両端開放型共振器の中央部に他方の第3の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置されていても良い。
また、第4の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の第4の両端開放型共振器として、一方の第4の両端開放型共振器と他方の第4の両端開放型共振器とを有し、一方の第4の両端開放型共振器の開放端に他方の第4の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、一方の第4の両端開放型共振器の中央部に他方の第4の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置されていても良い。
そして、第2の共振器を、複数の第3の両端開放型共振器と1または複数の第4の両端開放型共振器とによって形成し、第2の共振器において、互いに最も近い位置にある第3の両端開放型共振器と第4の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置されていても良い。
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第1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第1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信号の漏洩を防ぐことができる。
[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。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。第1の基板10および第2の基板20には、第1の共振器1と、第1の共振器1に対して第2の方向(図のX方向)に並列配置されると共に、第1の共振器1に電磁結合されて第1の共振器1との間で信号伝送を行う第2の共振器2とが形成されている。第1の共振器1は、第1の基板10に形成された複数の第1の両端開放型共振器11,12と、第2の基板20に形成された複数の第2の両端開放型共振器21,22とを有している。第2の共振器2は、第1の基板10に形成された複数の第3の両端開放型共振器31,32と、第2の基板20に形成された複数の第4の両端開放型共振器41,42とを有している。
この信号伝送装置では、第1の共振器1において、第1の基板10と第2の基板20との間で、互いに最も近い位置にある一方の第1の両端開放型共振器11と一方の第2の両端開放型共振器21とが、互いの開放端部分11A,21A同士が対向すると共に互いの中央部11B,21B同士が互いに対向した状態となる。この状態では、図2(B),(C)に示したように、一方の第1の両端開放型共振器11と一方の第2の両端開放型共振器21との双方に同方向に電流iが流れ、2つの両端開放型共振器11,21の間の電位差がほとんど無くなる。このため、一方の第1の両端開放型共振器11と一方の第2の両端開放型共振器21とがほぼ同電位になるため、それらの共振器間には電界が発生しない。一方の第1の両端開放型共振器11と一方の第2の両端開放型共振器21は、ほぼ磁気結合のみによる結合がなされる。これにより、第1の共振器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ほとんど無くなり、第1の基板10と第2の基板10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の共振器1における共振周波数の変動が抑えられる。
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5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7(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6に示したように、図5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7(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6に示した2つの共振器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の共振モードを形成して共振する。
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、本実施の形態に係る信号伝送装置における第1の共振器1の具体的な設計例を示している。図10は、図9に示した設計例における共振周波数特性を示している。なお、図9には第1の基板10側の設計例のみ示しているが、第2の基板20側も同様の設計である。この設計例では、第1の基板10および第2の基板20の平面サイズはそれぞれ3mm角で、基板厚は0.1mm、比誘電率は3.85となっている。第1の基板10上の各電極(第1の両端開放型共振器11,12)の平面サイズは、内半径が0.6mm、電極幅(線路幅)が0.2mmとなっている。開放端部分(両端開放型共振器の一方の開放端と他方の開放端との間のギャップ部)11A,12Aの大きさは0.2mmとなっている。第2の基板20上の各電極(第2の両端開放型共振器21,22)の平面サイズも同様である。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。本実施の形態の共振器構造では、図10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5%程度しか変動していない。
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との間で、互いに最も近い位置にある2つの両端開放型共振器を、互いの開放端同士を対向させると共に互いの中央部同士を互いに対向させるようにしたので、第1の共振器1および第2の共振器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(電界成分)がほとんど無くなる。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の共振器1および第2の共振器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。
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。
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。
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の共振器1と第2の共振器2との双方を、図4(A),(B)に示したように実質的に同一の共振機器構造で構成したが、例えば第2の共振器2の方を別の共振機器構造で構成しても良い。
Claims (7)
- 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、前記第1の方向に互いに電磁結合する複数の第1の両端開放型共振器と、
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おいて、1つまたは前記第1の方向に互いに電磁結合するように複数形成された第2の両端開放型共振器と、
複数の前記第1の両端開放型共振器と1または複数の前記第2の両端開放型共振器とによって形成された第1の共振器と、
前記第1の共振器に電磁結合されて前記第1の共振器との間で信号伝送を行う第2の共振器と
を備え、
前記複数の第1の両端開放型共振器は、一方の第1の両端開放型共振器と他方の第1の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第1の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第1の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第1の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第1の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第2の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の前記第2の両端開放型共振器として、一方の第2の両端開放型共振器と他方の第2の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第2の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第2の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第2の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第2の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第1の共振器において、互いに最も近い位置にある前記第1の両端開放型共振器と前記第2の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置されている
信号伝送装置。 - 前記第1の基板における第2の領域に形成され、前記第1の方向に互いに電磁結合された複数の第3の両端開放型共振器と、
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おいて、1つまたは前記第1の方向に互いに電磁結合するように複数形成された第4の両端開放型共振器とをさらに備え、
前記第2の共振器は、複数の前記第3の両端開放型共振器と1または複数の前記第4の両端開放型共振器とによって形成され、
前記複数の第3の両端開放型共振器は、一方の第3の両端開放型共振器と他方の第3の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第3の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第3の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第3の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第3の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第4の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の前記第4の両端開放型共振器として、一方の第4の両端開放型共振器と他方の第4の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第4の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第4の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第4の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第4の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第2の共振器において、互いに最も近い位置にある前記第3の両端開放型共振器と前記第4の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置されている
請求項1に記載の信号伝送装置。 - 前記第1の基板に形成されると共に、前記第1の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または前記第1の共振器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の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または前記第2の共振器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2に記載の信号伝送装置。 - 前記第2の基板に形成されると共に、前記第2の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または前記第1の共振器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の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または前記第2の共振器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2に記載の信号伝送装置。 - 前記第1の共振器は、複数の前記第1の両端開放型共振器と1または複数の前記第2の両端開放型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第1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複数の前記第1の両端開放型共振器による単独の共振周波数と1または複数の前記第2の両端開放型共振器による単独の共振周波数とがそれぞれ、前記第1の共振周波数とは異なる周波数とされ、
前記第2の共振器は、複数の前記第3の両端開放型共振器と1または複数の前記第4の両端開放型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第1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複数の前記第3の両端開放型共振器による単独の共振周波数と1または複数の前記第4の両端開放型共振器による単独の共振周波数とがそれぞれ、前記第1の共振周波数とは異なる周波数とされている
請求項2ないし4のいずれか1項に記載の信号伝送装置。 - 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、前記第1の方向に互いに電磁結合する複数の第1の両端開放型共振器と、
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おいて、1つまたは前記第1の方向に互いに電磁結合するように複数形成された第2の両端開放型共振器と、
複数の前記第1の両端開放型共振器と1または複数の前記第2の両端開放型共振器とによって形成された第1の共振器と、
前記第1の共振器に電磁結合されて前記第1の共振器との間で信号伝送を行う第2の共振器と
を備え、
前記複数の第1の両端開放型共振器は、一方の第1の両端開放型共振器と他方の第1の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第1の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第1の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第1の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第1の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第2の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の前記第2の両端開放型共振器として、一方の第2の両端開放型共振器と他方の第2の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第2の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第2の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第2の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第2の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第1の共振器において、互いに最も近い位置にある前記第1の両端開放型共振器と前記第2の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置されている
フィルタ。 - 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、前記第1の方向に互いに電磁結合する複数の第1の両端開放型共振器と、
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おいて、1つまたは前記第1の方向に互いに電磁結合するように複数形成された第2の両端開放型共振器と、
前記第1の基板における第2の領域に形成され、前記第1の方向に互いに電磁結合する複数の第3の両端開放型共振器と、
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おいて、1つまたは前記第1の方向に互いに電磁結合するように複数形成された第4の両端開放型共振器と、
複数の前記第1の両端開放型共振器と1または複数の前記第2の両端開放型共振器とによって形成された第1の共振器と、
複数の前記第3の両端開放型共振器と1または複数の前記第4の両端開放型共振器とによって形成されると共に、前記第1の共振器に電磁結合されて前記第1の共振器との間で信号伝送を行う第2の共振器と、
前記第1の基板に形成され前記第1の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または電磁結合により間隔を空けて結合された第1の信号引き出し電極と、
前記第2の基板に形成され前記第4の両端開放型共振器に物理的に直接接続、または電磁結合により間隔を空けて結合された第2の信号引き出し電極と
備え、
前記複数の第1の両端開放型共振器は、一方の第1の両端開放型共振器と他方の第1の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第1の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第1の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第1の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第1の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第2の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の前記第2の両端開放型共振器として、一方の第2の両端開放型共振器と他方の第2の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第2の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第2の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第2の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第2の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記複数の第3の両端開放型共振器は、一方の第3の両端開放型共振器と他方の第3の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第3の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第3の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第3の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第3の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第4の両端開放型共振器を複数有する場合には、複数の前記第4の両端開放型共振器として、一方の第4の両端開放型共振器と他方の第4の両端開放型共振器とを有し、前記一方の第4の両端開放型共振器の開放端に前記他方の第4の両端開放型共振器の中央部が対向すると共に、前記一方の第4の両端開放型共振器の中央部に前記他方の第4の両端開放型共振器の開放端が対向するように配置され、
前記第1の共振器において、互いに最も近い位置にある前記第1の両端開放型共振器と前記第2の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置され、
前記第2の共振器において、互いに最も近い位置にある前記第3の両端開放型共振器と前記第4の両端開放型共振器とが、互いの開放端同士が対向すると共に互いの中央部同士が互いに対向するように配置され、
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。
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