JP3379471B2 - 伝送線路、共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents
伝送線路、共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置Info
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Description
【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、たとえばマイクロ波帯やミリ
波帯における伝送線路、共振器、フィルタ、デュプレク
サおよび通信装置に関するものである。
波の送受信に利用される、たとえばマイクロ波帯やミリ
波帯における伝送線路、共振器、フィルタ、デュプレク
サおよび通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般的な高周波回路は、製造が容
易で、かつ小型化・薄型化に適するマイクロストリップ
線路等を伝送線路とする平面回路が用いられている。
易で、かつ小型化・薄型化に適するマイクロストリップ
線路等を伝送線路とする平面回路が用いられている。
【０００３】しかし、マイクロストリップ線路では、表
皮効果による導体表面への電流集中が特に縁端部で顕著
となり、全電力損失の約５０％が縁端部から数μｍ〜数
十μｍの狭い領域で生じる。この現象を縁端効果とい
い、縁端部を有する導体（電極）の断面形状に本質的に
起因する現象である。マイクロストリップ線路等の電極
を基板上に形成する平面回路においては、縁端部が必ず
存在するので、上記縁端効果による電力損失の問題は必
ず生じ、避けることのできない難点とされていた。
皮効果による導体表面への電流集中が特に縁端部で顕著
となり、全電力損失の約５０％が縁端部から数μｍ〜数
十μｍの狭い領域で生じる。この現象を縁端効果とい
い、縁端部を有する導体（電極）の断面形状に本質的に
起因する現象である。マイクロストリップ線路等の電極
を基板上に形成する平面回路においては、縁端部が必ず
存在するので、上記縁端効果による電力損失の問題は必
ず生じ、避けることのできない難点とされていた。
【０００４】これに対し、導体縁端部における電流集中
を緩和させることを目的とした高周波伝送線路が、特
開平８−３２１７０６号公報および特開平１０−１３
１１２号公報に開示されている。いずれも一定幅の線状
導体を一定間隔を保って信号の伝搬方向に対して平行に
複数本形成したものである。
を緩和させることを目的とした高周波伝送線路が、特
開平８−３２１７０６号公報および特開平１０−１３
１１２号公報に開示されている。いずれも一定幅の線状
導体を一定間隔を保って信号の伝搬方向に対して平行に
複数本形成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のいずれの伝
送線路も、縁端部への電流集中を緩和させるために、導
体を信号の伝搬方向に対して平行に分割したものと言え
る。しかし、この構造では、線幅に対して表皮深さ程度
の微細加工精度を必要とする上、導体Ｑ改善効果が１０
〜２０％と小さな水準であり、分割の仕方によっては、
逆に基準となる単線の導体Ｑよりも劣化する場合があっ
た。
送線路も、縁端部への電流集中を緩和させるために、導
体を信号の伝搬方向に対して平行に分割したものと言え
る。しかし、この構造では、線幅に対して表皮深さ程度
の微細加工精度を必要とする上、導体Ｑ改善効果が１０
〜２０％と小さな水準であり、分割の仕方によっては、
逆に基準となる単線の導体Ｑよりも劣化する場合があっ
た。
【０００６】このように、電流経路の向きが信号の伝搬
方向に一致する構造では、線幅を際限なく細かく分割し
ても、必ず左右両端が存在する訳であり、縁端効果の根
本的な解決に対して必ずしも効果的ではなかった。
方向に一致する構造では、線幅を際限なく細かく分割し
ても、必ず左右両端が存在する訳であり、縁端効果の根
本的な解決に対して必ずしも効果的ではなかった。
【０００７】この発明の目的は、縁端効果による電力損
失を極めて効果的に抑えて、優れた損失特性を有する伝
送線路、共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装
置を提供することにある。
失を極めて効果的に抑えて、優れた損失特性を有する伝
送線路、共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装
置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明に係る伝送線路は、少なくとも１本の連続
線路と、当該連続線路から分岐するとともに該連続線路
に対して斜めにのびる、それぞれ所定長の複数の線路か
ら成る細線化線路とから構成する。
に、本願発明に係る伝送線路は、少なくとも１本の連続
線路と、当該連続線路から分岐するとともに該連続線路
に対して斜めにのびる、それぞれ所定長の複数の線路か
ら成る細線化線路とから構成する。
【０００９】このような構造によって、ある１つの細線
化線路に隣接して同形状の細線化線路が配置されること
になるため、ミクロ的に見た物理的な端部は実際に存在
し、それぞれの細線化線路の端部に弱い縁端効果が生じ
るが、これらの複数の細線化線路の集合体を１つの線路
としてマクロ的に見たとき、言わば或る細線化線路のた
とえば右隣に自分と合同の細線化線路の左側の縁端部が
隣接することになり、線路の幅方向の縁端というものが
実質上無くなる。すなわち端部の存在が希薄となる。こ
のことにより、線路の縁端部における電流集中が極めて
効率的に緩和されて、全体の電力損失が抑制される。
化線路に隣接して同形状の細線化線路が配置されること
になるため、ミクロ的に見た物理的な端部は実際に存在
し、それぞれの細線化線路の端部に弱い縁端効果が生じ
るが、これらの複数の細線化線路の集合体を１つの線路
としてマクロ的に見たとき、言わば或る細線化線路のた
とえば右隣に自分と合同の細線化線路の左側の縁端部が
隣接することになり、線路の幅方向の縁端というものが
実質上無くなる。すなわち端部の存在が希薄となる。こ
のことにより、線路の縁端部における電流集中が極めて
効率的に緩和されて、全体の電力損失が抑制される。
【００１０】しかも上記細線化線路は、少なくとも１本
の連続線路から分岐したものであるため、信号（電磁
波）の伝搬方向には、連続した上記連続線路が存在する
ため、直流極限としての電流（直流電流）の流れる伝送
線路として用いることができる。言い換えれば、細線化
線路が連続線路により所定箇所同士が接続されているた
め、細線化線路の線路間は誘導的に結合して、伝送線路
として要求される所定の位相伝送特性が得られる。
の連続線路から分岐したものであるため、信号（電磁
波）の伝搬方向には、連続した上記連続線路が存在する
ため、直流極限としての電流（直流電流）の流れる伝送
線路として用いることができる。言い換えれば、細線化
線路が連続線路により所定箇所同士が接続されているた
め、細線化線路の線路間は誘導的に結合して、伝送線路
として要求される所定の位相伝送特性が得られる。
【００１１】また、この発明に係る伝送線路は、前記細
線化線路の分岐方向を前記連続線路に対して斜めにす
る。これにより細線化線路の延びる方向が、線路全体と
しての信号の伝搬方向を向く成分を持つことになり、上
記縁端効果の抑制が効果的になされる。
線化線路の分岐方向を前記連続線路に対して斜めにす
る。これにより細線化線路の延びる方向が、線路全体と
しての信号の伝搬方向を向く成分を持つことになり、上
記縁端効果の抑制が効果的になされる。
【００１２】また、この発明に係る伝送線路は、前記細
線化線路の各線路を合同とし、前記連続線路は前記各線
路の同一箇所同士を接続するものとする。たとえば細線
化線路の各線路を伝送周波数のほぼ半波長の整数倍の長
さとし、細線化線路の各線路の中央部同士を連続線路で
接続することにより、細線化線路の両端が開放端とな
り、連続線路が電圧振幅の節となる部分同士を接続する
ようにする。または細線化線路の各線路の両端をそれぞ
れ連続線路で接続することにより、細線化線路の各線路
の両端が短絡端となり、電流振幅の腹となる部分同士を
接続するようにする。
線化線路の各線路を合同とし、前記連続線路は前記各線
路の同一箇所同士を接続するものとする。たとえば細線
化線路の各線路を伝送周波数のほぼ半波長の整数倍の長
さとし、細線化線路の各線路の中央部同士を連続線路で
接続することにより、細線化線路の両端が開放端とな
り、連続線路が電圧振幅の節となる部分同士を接続する
ようにする。または細線化線路の各線路の両端をそれぞ
れ連続線路で接続することにより、細線化線路の各線路
の両端が短絡端となり、電流振幅の腹となる部分同士を
接続するようにする。
【００１３】このような構造により、細線化線路の各線
路上の電磁界分布（電圧電流分布）が連続線路により強
制的に揃うことになり、細線化線路の各線路の隣接によ
る縁端効果の低減効率が高まる。
路上の電磁界分布（電圧電流分布）が連続線路により強
制的に揃うことになり、細線化線路の各線路の隣接によ
る縁端効果の低減効率が高まる。
【００１４】また、この発明の伝送線路は、前記細線化
線路の各線路を曲線にして、各線路同士の容量結合また
は相互誘導結合を制御する。
線路の各線路を曲線にして、各線路同士の容量結合また
は相互誘導結合を制御する。
【００１５】また、この発明の伝送線路は、前記細線化
線路を構成する各線路のそれぞれの線路幅を、当該各線
路の導体の表皮深さ程度または表皮深さより細くする。
この構造により、各線路の左右の間隙を通り抜ける磁束
を保持するために流れる電流がその左右で干渉する距離
となり、位相のずれた無効電流を抑えることができる。
これにより電力損失が飛躍的に低減することになる。
線路を構成する各線路のそれぞれの線路幅を、当該各線
路の導体の表皮深さ程度または表皮深さより細くする。
この構造により、各線路の左右の間隙を通り抜ける磁束
を保持するために流れる電流がその左右で干渉する距離
となり、位相のずれた無効電流を抑えることができる。
これにより電力損失が飛躍的に低減することになる。
【００１６】また、この発明の伝送線路は、前記細線化
線路を構成する各線路を、薄膜誘電体層と薄膜導電体層
とを積層してなる薄膜多層電極とする。この構造によ
り、基板界面からの膜厚方向への表皮効果を緩和するこ
とができ、さらなる導体損失の低減が図れる。
線路を構成する各線路を、薄膜誘電体層と薄膜導電体層
とを積層してなる薄膜多層電極とする。この構造によ
り、基板界面からの膜厚方向への表皮効果を緩和するこ
とができ、さらなる導体損失の低減が図れる。
【００１７】また、この発明の伝送線路は、前記細線化
線路を構成する各線路の互いに隣接する線路間の空隙に
誘電体を充填する。これにより、線路間短絡が防止さ
れ、また線路が上記薄膜多層電極である場合に、層間短
絡も有効に防止される。
線路を構成する各線路の互いに隣接する線路間の空隙に
誘電体を充填する。これにより、線路間短絡が防止さ
れ、また線路が上記薄膜多層電極である場合に、層間短
絡も有効に防止される。
【００１８】また、この発明の伝送線路は、前記細線化
線路を構成する各線路のうち少なくとも１つの線路を超
伝導体で構成する。これにより、超伝導体の低損失特性
が充分に発揮され、臨界電流密度以下のレベルで高いＱ
が得られる。
線路を構成する各線路のうち少なくとも１つの線路を超
伝導体で構成する。これにより、超伝導体の低損失特性
が充分に発揮され、臨界電流密度以下のレベルで高いＱ
が得られる。
【００１９】この発明に係る共振器は、上記伝送線路を
共振線路として構成する。これにより無負荷Ｑの高い共
振器が得られる。
共振線路として構成する。これにより無負荷Ｑの高い共
振器が得られる。
【００２０】また、この発明に係るフィルタは、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、挿
入損失が小さく且つ小型のフィルタが得られる。
振器に信号入出力部を設けて構成する。これにより、挿
入損失が小さく且つ小型のフィルタが得られる。
【００２１】また、この発明に係るデュプレクサは、上
記フィルタを送信フィルタもしくは受信フィルタとし
て、またはその両方のフィルタとして用いて構成する。
これにより、低挿入損失で小型のデュプレクサが得られ
る。
記フィルタを送信フィルタもしくは受信フィルタとし
て、またはその両方のフィルタとして用いて構成する。
これにより、低挿入損失で小型のデュプレクサが得られ
る。
【００２２】さらにこの発明に係る通信装置は、上記フ
ィルタまたはデュプレクサを用いて通信装置を構成す
る。これによりＲＦ送受信部の挿入損失が低減されて、
雑音特性、伝送速度等の通信品質を向上させることがで
きる。
ィルタまたはデュプレクサを用いて通信装置を構成す
る。これによりＲＦ送受信部の挿入損失が低減されて、
雑音特性、伝送速度等の通信品質を向上させることがで
きる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る伝送線路、
共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置の実施
形態について図面を参照して説明する。
共振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置の実施
形態について図面を参照して説明する。
【００２４】〔原理および第１の実施形態、図１〜図
８〕図１の上部は伝送線路の構成を示す上面図、下部は
そのＡ−Ａ部分の断面図であり、それぞれの右側に部分
拡大図を示している。図１において１は誘電体基板であ
り、その下面に全面のグランド電極３を形成している。
誘電体基板１の上面には、細線化線路２および連続線路
１２を形成している。ここで、細線化線路２の線路幅は
表皮深さにほぼ等しい幅としている。
８〕図１の上部は伝送線路の構成を示す上面図、下部は
そのＡ−Ａ部分の断面図であり、それぞれの右側に部分
拡大図を示している。図１において１は誘電体基板であ
り、その下面に全面のグランド電極３を形成している。
誘電体基板１の上面には、細線化線路２および連続線路
１２を形成している。ここで、細線化線路２の線路幅は
表皮深さにほぼ等しい幅としている。
【００２５】細線化線路２は伝送周波数のほぼ半波長の
長さを有する両端開放の線路であり、信号の伝搬方向に
沿って傾斜させた状態で、等間隔に平行に配置してい
る。連続線路１２は、各細線化線路の中央部同士を接続
するように、信号の伝搬方向に沿って形成している。表
現を変えれば、一本の連続線路１２の両側部から、それ
ぞれ所定長の細線化線路２を分岐させた形状としてい
る。
長さを有する両端開放の線路であり、信号の伝搬方向に
沿って傾斜させた状態で、等間隔に平行に配置してい
る。連続線路１２は、各細線化線路の中央部同士を接続
するように、信号の伝搬方向に沿って形成している。表
現を変えれば、一本の連続線路１２の両側部から、それ
ぞれ所定長の細線化線路２を分岐させた形状としてい
る。
【００２６】図２は細線化線路における電磁界および電
流の分布の例を示している。但し、図を明瞭にするため
に、細線化線路の数を減らして表している。図２におけ
る上段は線路の左端と右端におけるチャージが最大の瞬
間における図１のＡ−Ａ部分の断面での電界および磁界
の分布を示している。また、図２の下段はその瞬間にお
ける同断面での各線路の電流密度および線路の間隔を通
る磁界のｚ成分（紙面に垂直な方向）の平均値をそれぞ
れ示している。
流の分布の例を示している。但し、図を明瞭にするため
に、細線化線路の数を減らして表している。図２におけ
る上段は線路の左端と右端におけるチャージが最大の瞬
間における図１のＡ−Ａ部分の断面での電界および磁界
の分布を示している。また、図２の下段はその瞬間にお
ける同断面での各線路の電流密度および線路の間隔を通
る磁界のｚ成分（紙面に垂直な方向）の平均値をそれぞ
れ示している。
【００２７】ここで各線路をミクロ的に見れば、図２に
示すように、それぞれの縁端部において電流密度が大き
くなるが、横断面方向で見たときに、１つの細線化線路
の左右両端に、一定の間隔をおいて同程度の振幅と位相
をもった電流の流れる細線化線路が配置されるため、縁
端効果が緩和される。すなわち細線化線路を１つの線路
と見た場合に、左端と右端が電流分布の節、中央が腹と
なるほぼ正弦波状に分布し、マクロ的には縁端効果が生
じない。
示すように、それぞれの縁端部において電流密度が大き
くなるが、横断面方向で見たときに、１つの細線化線路
の左右両端に、一定の間隔をおいて同程度の振幅と位相
をもった電流の流れる細線化線路が配置されるため、縁
端効果が緩和される。すなわち細線化線路を１つの線路
と見た場合に、左端と右端が電流分布の節、中央が腹と
なるほぼ正弦波状に分布し、マクロ的には縁端効果が生
じない。
【００２８】図３は図２に対する比較例であり、図２に
示した各線路の線路幅を表皮深さの数倍の幅にまで広げ
た場合について示している。このように線路幅を広げる
と、図３に示すように各導体の縁端効果による電流集中
が顕在化し、損失低減効果は小さくなる。
示した各線路の線路幅を表皮深さの数倍の幅にまで広げ
た場合について示している。このように線路幅を広げる
と、図３に示すように各導体の縁端効果による電流集中
が顕在化し、損失低減効果は小さくなる。
【００２９】図４は、隣接する８本の細線化線路につい
て、電圧電流の分布の例を示している。図４の上段に示
すように、１〜８で番号をつけた細線化線路は、信号の
伝搬方向で、波長をλｇとしたとき、λｇ／２の線路長
に相当する。このように各細線化線路の中央に存在する
連続線路に伝送される電圧電流の振幅に応じて、各細線
化線路にはλｇ／２共振の定在波が励振される。
て、電圧電流の分布の例を示している。図４の上段に示
すように、１〜８で番号をつけた細線化線路は、信号の
伝搬方向で、波長をλｇとしたとき、λｇ／２の線路長
に相当する。このように各細線化線路の中央に存在する
連続線路に伝送される電圧電流の振幅に応じて、各細線
化線路にはλｇ／２共振の定在波が励振される。
【００３０】このように線路全体で見たとき、線路の左
右両端は、半波長線路である細線化線路の開放端である
ため、電流振幅の節となり、電流が流れない。したがっ
て線路の端に沿って流れる電流が存在しなくなり、縁端
効果が緩和される。また、横断面に含まれる細線化線路
の線数が多いほど、細線化線路の電流密度分布は連続的
で滑らかとなるため、縁端効果を効果的に緩和すること
ができる。
右両端は、半波長線路である細線化線路の開放端である
ため、電流振幅の節となり、電流が流れない。したがっ
て線路の端に沿って流れる電流が存在しなくなり、縁端
効果が緩和される。また、横断面に含まれる細線化線路
の線数が多いほど、細線化線路の電流密度分布は連続的
で滑らかとなるため、縁端効果を効果的に緩和すること
ができる。
【００３１】図２〜図４に示したような電磁界分布は、
本来３次元解析を行わなければ得られないが、その計算
量は膨大なものとなるため、厳密な解析は実際上困難で
ある。ここでは、振幅と位相の与えられた複数の線電流
源の作る磁界分布について静磁界解析を行った結果を示
す。
本来３次元解析を行わなければ得られないが、その計算
量は膨大なものとなるため、厳密な解析は実際上困難で
ある。ここでは、振幅と位相の与えられた複数の線電流
源の作る磁界分布について静磁界解析を行った結果を示
す。
【００３２】〈解析モデル〉図５は複数の線電流源の解
析モデルであり、マイクロストリップ多線線路の断面図
として示している。
析モデルであり、マイクロストリップ多線線路の断面図
として示している。
【００３３】モデル１（電流が同位相および同振幅で分
布するモデル） ｉk ＝Ａ／√２，（ｋ＝１，２，・・・ｎ） モデル２（電流の位相が０〜１８０°、振幅が正弦曲線
で分布するモデル） ｉk ＝Ａ sin｛（２ｋ−１）π／２ｎ｝，（ｋ＝１，
２，・・・ｎ） 〈磁界分布の計算〉断面内の磁界分布の計算はビオ・サ
バールの法則により行う。
布するモデル） ｉk ＝Ａ／√２，（ｋ＝１，２，・・・ｎ） モデル２（電流の位相が０〜１８０°、振幅が正弦曲線
で分布するモデル） ｉk ＝Ａ sin｛（２ｋ−１）π／２ｎ｝，（ｋ＝１，
２，・・・ｎ） 〈磁界分布の計算〉断面内の磁界分布の計算はビオ・サ
バールの法則により行う。
【００３４】ｘｙ面上の座標（ｐ）を通り、ｚ方向に無
限に続いて流れる線電流源のつくる磁界ベクトルは、次
式で表される。
限に続いて流れる線電流源のつくる磁界ベクトルは、次
式で表される。
【００３５】
【数１】
これにより、この解析モデルにおける複数の線電流源の
つくる磁界分布は次式で計算される。
つくる磁界分布は次式で計算される。
【００３６】
【数２】
ここで ｐ k (m) はグランド電極を対称面とするｐk の
鏡像位置の座標である。また電流が逆向きに流れるため
に第２項には負号がつく。
鏡像位置の座標である。また電流が逆向きに流れるため
に第２項には負号がつく。
【００３７】〈計算例〉
設定条件
多線線数：ｎ＝２０
合計線幅：ｗｏ＝０．５ｍｍ
基板厚さ：ｈｏ＝０．５ｍｍ
線電流源の座標
ｘk ＝〔｛（２ｋ−１）／２ｎ｝−（１／２）〕ｗo
ｙk ＝ｈo
（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）
図６はモデル１とモデル２について磁界の強度分布を示
している。図において縦方向の補助線は多線線路群の端
部、横方向の補助線は基板界面である。この結果から、
モデル２（正弦分布）のほうが、ｘ，ｙの両方向におい
て等高線が密に混んでいないことが判り、モデル２のほ
うが、同じ磁界蓄積エネルギーであるときに表面電流が
小さく、電力損失が小さいことが判る。
している。図において縦方向の補助線は多線線路群の端
部、横方向の補助線は基板界面である。この結果から、
モデル２（正弦分布）のほうが、ｘ，ｙの両方向におい
て等高線が密に混んでいないことが判り、モデル２のほ
うが、同じ磁界蓄積エネルギーであるときに表面電流が
小さく、電力損失が小さいことが判る。
【００３８】また、図７は磁界振幅のｘ成分の分布につ
いて示している。図において縦方向の補助線は多線線路
群の端部、横方向の補助線は基板界面である。この図か
ら、モデル２の方がアイソレーションがよく、隣接共振
器を配置してフィルタなどを構成する場合など集積化に
好都合であることが判る。
いて示している。図において縦方向の補助線は多線線路
群の端部、横方向の補助線は基板界面である。この図か
ら、モデル２の方がアイソレーションがよく、隣接共振
器を配置してフィルタなどを構成する場合など集積化に
好都合であることが判る。
【００３９】さらに、図８は磁界振幅のｙ成分の２次元
分布をそれぞれ示している。図８において縦方向の補助
線は多線線路群の端部、横方向の補助線は基板界面であ
る。この結果から、モデル２の方が、電極縁端部におけ
る磁界集中が小さく、大幅に縁端効果が改善され、損失
特性に優れることが判る。
分布をそれぞれ示している。図８において縦方向の補助
線は多線線路群の端部、横方向の補助線は基板界面であ
る。この結果から、モデル２の方が、電極縁端部におけ
る磁界集中が小さく、大幅に縁端効果が改善され、損失
特性に優れることが判る。
【００４０】〔第２の実施形態、図９〕図９は第２の実
施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分拡大
図である。図１に対比すれば明らかなように、この伝送
線路は、１２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３本の連続線路
を形成している。細線化線路２の構成は図１の場合と同
様である。３つの連続線路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、
細線化線路２の同一箇所同士をそれぞれ接続している。
これにより、細線化線路上の同位相となる箇所同士が３
本の連続線路により接続される。
施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分拡大
図である。図１に対比すれば明らかなように、この伝送
線路は、１２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３本の連続線路
を形成している。細線化線路２の構成は図１の場合と同
様である。３つの連続線路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、
細線化線路２の同一箇所同士をそれぞれ接続している。
これにより、細線化線路上の同位相となる箇所同士が３
本の連続線路により接続される。
【００４１】〔第３の実施形態、図１０〕図１０は第３
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。図１および図９に対比すれば明らかなよ
うに、この伝送線路は１２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３
本の連続線路を設けるとともに、その３本のうち両側の
連続線路１２ａ，１２ｃから外側方向へ細線化線路２を
分岐させていて、中央の連続線路１２ｂはこれらの線路
から分離している。この構造により、連続線路１２ａ，
１２ｃから分岐した各細線化線路２は連続線路１２ａ，
１２ｃに接続される部分を短絡端、他方の端部を開放端
とする１／４波長の線路として作用し、中央の連続線路
１２ｂは信号伝搬用の線路として作用する。
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。図１および図９に対比すれば明らかなよ
うに、この伝送線路は１２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３
本の連続線路を設けるとともに、その３本のうち両側の
連続線路１２ａ，１２ｃから外側方向へ細線化線路２を
分岐させていて、中央の連続線路１２ｂはこれらの線路
から分離している。この構造により、連続線路１２ａ，
１２ｃから分岐した各細線化線路２は連続線路１２ａ，
１２ｃに接続される部分を短絡端、他方の端部を開放端
とする１／４波長の線路として作用し、中央の連続線路
１２ｂは信号伝搬用の線路として作用する。
【００４２】〔第４の実施形態、図１１〕図１１は第４
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。図１０に対比すれば明らかなように、１
２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３本の連続線路のうち、両
側の連続線路１２ａ，１２ｃから外側方向へ分岐する細
線化線路２の分岐方向を左右対称形としている。このよ
うな構造の場合も、各細線化線路２は、連続線路１２
ａ，１２ｃに接続される部分を短絡端、他方の端部を開
放端とする１／４波長の線路として作用し、中央の連続
線路１２ｂは信号伝搬用の線路として作用する。
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。図１０に対比すれば明らかなように、１
２ａ，１２ｂ，１２ｃで示す３本の連続線路のうち、両
側の連続線路１２ａ，１２ｃから外側方向へ分岐する細
線化線路２の分岐方向を左右対称形としている。このよ
うな構造の場合も、各細線化線路２は、連続線路１２
ａ，１２ｃに接続される部分を短絡端、他方の端部を開
放端とする１／４波長の線路として作用し、中央の連続
線路１２ｂは信号伝搬用の線路として作用する。
【００４３】〔第５の実施形態、図１２、図１３〕図１
２および図１３は４つの細線化線路のパターンの異なっ
た伝送線路の平面図である。図１２に示す２つの例は、
細線化線路２を、中央の連続線路１２に対して右斜め上
方向および左斜め下方向へ分岐させた例であり、図１３
に示す２つの例は、中央の連続線路１２を対称軸として
線対称に細線化線路２を分岐させた例である。
２および図１３は４つの細線化線路のパターンの異なっ
た伝送線路の平面図である。図１２に示す２つの例は、
細線化線路２を、中央の連続線路１２に対して右斜め上
方向および左斜め下方向へ分岐させた例であり、図１３
に示す２つの例は、中央の連続線路１２を対称軸として
線対称に細線化線路２を分岐させた例である。
【００４４】いずれの伝送線路においても、このように
細線化線路を曲線にすることにより、細線化線路が直線
状である場合より、各細線化線路同士の容量結合または
相互誘導結合をより自由に制御することができる。ま
た、これにより、物理長一定の条件下での電気長を制御
することができる。
細線化線路を曲線にすることにより、細線化線路が直線
状である場合より、各細線化線路同士の容量結合または
相互誘導結合をより自由に制御することができる。ま
た、これにより、物理長一定の条件下での電気長を制御
することができる。
【００４５】〔第６の実施形態、図１４〕図１４は第６
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大断面図である。図１に示した伝送線路と異なり、細
線化線路２および連続線路１２をそれぞれスロット線路
で構成している。このようなスロット線路による伝送線
路でも、縁端部における電流集中が緩和されて、伝送損
失が低減される。
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大断面図である。図１に示した伝送線路と異なり、細
線化線路２および連続線路１２をそれぞれスロット線路
で構成している。このようなスロット線路による伝送線
路でも、縁端部における電流集中が緩和されて、伝送損
失が低減される。
【００４６】〔第７の実施形態、図１５〕図１５は第７
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。この例では、２本の連続線路１２ａ，１
２ｂを設けるとともに、この２本の連続線路１２ａ，１
２ｂは、各細線化線路２のそれぞれの端部同士を接続す
るように設けている。この構造により、各細線化線路２
は両端短絡の半波長線路として作用し、連続線路１２
ａ，１２ｂは電流振幅の腹となる部分を接続することに
なる。
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。この例では、２本の連続線路１２ａ，１
２ｂを設けるとともに、この２本の連続線路１２ａ，１
２ｂは、各細線化線路２のそれぞれの端部同士を接続す
るように設けている。この構造により、各細線化線路２
は両端短絡の半波長線路として作用し、連続線路１２
ａ，１２ｂは電流振幅の腹となる部分を接続することに
なる。
【００４７】〔第８の実施形態、図１６〕図１６は第８
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。この例では、２本の連続線路１２ａ，１
２ｂおよび細線化線路２をそれぞれスロット線路で構成
するとともに、この２本の連続線路１２ａ，１２ｂが、
各細線化線路２のそれぞれの端部同士を接続するように
設けている。このようなスロット線路による伝送線路で
も、縁端部における電流集中が緩和されて、伝送損失が
低減される。
の実施形態に係る伝送線路の平面図、断面図および部分
拡大図である。この例では、２本の連続線路１２ａ，１
２ｂおよび細線化線路２をそれぞれスロット線路で構成
するとともに、この２本の連続線路１２ａ，１２ｂが、
各細線化線路２のそれぞれの端部同士を接続するように
設けている。このようなスロット線路による伝送線路で
も、縁端部における電流集中が緩和されて、伝送損失が
低減される。
【００４８】〔第９の実施形態、図１７〕図１７は線路
部分の拡大断面図である。ここで線路の幅を導体の表皮
深さ程度またはそれより細くしている。これにより、導
体の左右の間隙（スペース）を通り抜ける磁束を保持す
るために流れる電流が左右で干渉する距離となり、共振
位相からずれた位相を持つ無効電流を低減することがで
きる。その結果、電力損失が飛躍的に低減できる。
部分の拡大断面図である。ここで線路の幅を導体の表皮
深さ程度またはそれより細くしている。これにより、導
体の左右の間隙（スペース）を通り抜ける磁束を保持す
るために流れる電流が左右で干渉する距離となり、共振
位相からずれた位相を持つ無効電流を低減することがで
きる。その結果、電力損失が飛躍的に低減できる。
【００４９】〔第１０の実施形態、図１８・図１９〕図
１８は線路部分の拡大断面図である。この例では、誘電
体基板の表面に薄膜導体層、薄膜誘電体層、薄膜導体
層、薄膜誘電体層の順に積層し、さらに最上層に導体層
を設けて３層構造の薄膜多層電極として線路を構成して
いる。このように膜厚方向に薄膜多層化することによ
り、基板の界面からの表皮効果を緩和することができ、
さらなる導体損失の低減が図れる。
１８は線路部分の拡大断面図である。この例では、誘電
体基板の表面に薄膜導体層、薄膜誘電体層、薄膜導体
層、薄膜誘電体層の順に積層し、さらに最上層に導体層
を設けて３層構造の薄膜多層電極として線路を構成して
いる。このように膜厚方向に薄膜多層化することによ
り、基板の界面からの表皮効果を緩和することができ、
さらなる導体損失の低減が図れる。
【００５０】図１９は上記薄膜多層電極の間隙部分に誘
電体材料を充填したものである。この構造によれば、隣
接する線路間の短絡および層間の短絡を容易に防止する
ことができ、信頼性の向上および特性安定化が図れる。
電体材料を充填したものである。この構造によれば、隣
接する線路間の短絡および層間の短絡を容易に防止する
ことができ、信頼性の向上および特性安定化が図れる。
【００５１】〔第１１の実施形態、図２０〕図２０は導
体部分の拡大断面図である。この例では線路の電極材料
として超伝導体を用いる。例えばイットリウム系やビス
マス系の高温超伝導体材料を用いる。一般に超伝導材料
を電極として用いる場合に、その耐電力特性が低下しな
いように電流密度の上限を定める必要があるが、このよ
うに、線路を、１本の連続線路と、そこから分岐した複
数の細線化線路とから構成することによって、実質的に
縁端部のない線部となるため、大きな電流集中がなく、
超伝導体の臨界電流密度以下のレベルで容易に動作させ
ることができる。その結果、超伝導体の低損失特性が有
効に利用できる。
体部分の拡大断面図である。この例では線路の電極材料
として超伝導体を用いる。例えばイットリウム系やビス
マス系の高温超伝導体材料を用いる。一般に超伝導材料
を電極として用いる場合に、その耐電力特性が低下しな
いように電流密度の上限を定める必要があるが、このよ
うに、線路を、１本の連続線路と、そこから分岐した複
数の細線化線路とから構成することによって、実質的に
縁端部のない線部となるため、大きな電流集中がなく、
超伝導体の臨界電流密度以下のレベルで容易に動作させ
ることができる。その結果、超伝導体の低損失特性が有
効に利用できる。
【００５２】〔第１２の実施形態、図２１〕図２１は以
上に示した伝送線路を共振線路として用いた４つの共振
器の例を示している。（Ａ），（Ｃ）は中央の連続線路
１２を対称軸としてその左右に線対称の細線化線路２を
形成した例であり、（Ｂ），（Ｄ）は直線状の細線化線
路２の中央部同士を連続線路１２で接続した構造として
いる。また１３，１４はそれぞれ端部導体であり、
（Ａ），（Ｂ）の例では、各細線化線路２の線路長がす
べて同一となるように端部導体１３，１４を形成し、
（Ｃ），（Ｄ）の例では、共振線路の両端部にのみ端部
導体１３，１４を形成している。
上に示した伝送線路を共振線路として用いた４つの共振
器の例を示している。（Ａ），（Ｃ）は中央の連続線路
１２を対称軸としてその左右に線対称の細線化線路２を
形成した例であり、（Ｂ），（Ｄ）は直線状の細線化線
路２の中央部同士を連続線路１２で接続した構造として
いる。また１３，１４はそれぞれ端部導体であり、
（Ａ），（Ｂ）の例では、各細線化線路２の線路長がす
べて同一となるように端部導体１３，１４を形成し、
（Ｃ），（Ｄ）の例では、共振線路の両端部にのみ端部
導体１３，１４を形成している。
【００５３】〔第１３の実施形態、図２２〕図２２はフ
ィルタの構成を示す図であり、図における上部は共振線
路を形成した誘電体基板の上面図、図の下部はフィルタ
全体の正面図である。誘電体基板１の上面には、図２１
の（Ｄ）に示したものと同様の伝送線路を共振線路とし
て４組配置していて、両端の共振線路にそれぞれ静電容
量的に結合する外部結合電極５，５を形成している。こ
の外部結合電極５，５は図におけるフィルタの正面（外
面）に入力端子および出力端子として引き出している。
誘電体基板１の下面と四側面にはグランド電極を形成し
ている。また、この誘電体基板１の上部に、上面および
四側面にグランド電極を形成した、もう１つの誘電体基
板を積層する。これによりトリプレート構造の共振器に
よるフィルタを構成する。
ィルタの構成を示す図であり、図における上部は共振線
路を形成した誘電体基板の上面図、図の下部はフィルタ
全体の正面図である。誘電体基板１の上面には、図２１
の（Ｄ）に示したものと同様の伝送線路を共振線路とし
て４組配置していて、両端の共振線路にそれぞれ静電容
量的に結合する外部結合電極５，５を形成している。こ
の外部結合電極５，５は図におけるフィルタの正面（外
面）に入力端子および出力端子として引き出している。
誘電体基板１の下面と四側面にはグランド電極を形成し
ている。また、この誘電体基板１の上部に、上面および
四側面にグランド電極を形成した、もう１つの誘電体基
板を積層する。これによりトリプレート構造の共振器に
よるフィルタを構成する。
【００５４】上記の構造により、隣接する共振器間が誘
導的に結合し、４段の共振器から成る帯域通過特性を示
すフィルタを得る。
導的に結合し、４段の共振器から成る帯域通過特性を示
すフィルタを得る。
【００５５】〔第１４の実施形態、図２３・図２４〕図
２３はデュプレクサの構成を示す図であり、上部のシー
ルドカバーを取り除いた状態での上面図である。図にお
いて１０，１１は図２２に示した誘電体基板部分の構成
を備えるフィルタであり、この例では１０を送信フィル
タ、１１を受信フィルタとして用いる。６は絶縁基板で
あり、その上面にフィルタ１０，１１をマウントしてい
る。基板６には分岐用の線路７、ＡＮＴ端子、ＴＸ端子
およびＲＸ端子をそれぞれ形成していて、フィルタ１
０，１１の外部結合電極と基板６上の電極部分とをワイ
ヤーボンディングしている。基板６の下面には、各端子
部分を除いてほぼ全面のグランド電極を形成している。
基板６の上部には図に示す破線部分にシールドカバーを
取りつける。
２３はデュプレクサの構成を示す図であり、上部のシー
ルドカバーを取り除いた状態での上面図である。図にお
いて１０，１１は図２２に示した誘電体基板部分の構成
を備えるフィルタであり、この例では１０を送信フィル
タ、１１を受信フィルタとして用いる。６は絶縁基板で
あり、その上面にフィルタ１０，１１をマウントしてい
る。基板６には分岐用の線路７、ＡＮＴ端子、ＴＸ端子
およびＲＸ端子をそれぞれ形成していて、フィルタ１
０，１１の外部結合電極と基板６上の電極部分とをワイ
ヤーボンディングしている。基板６の下面には、各端子
部分を除いてほぼ全面のグランド電極を形成している。
基板６の上部には図に示す破線部分にシールドカバーを
取りつける。
【００５６】図２４はこのデュプレクサのブロック図で
ある。この構造により送信信号の受信回路への回り込み
および受信信号の送信回路への回り込みを防止するとと
もに、送信回路からの送信信号を送信周波数帯域のみ通
過させてアンテナへ導き、アンテナからの受信信号を受
信周波数帯域のみ通過させて受信機へ与える。
ある。この構造により送信信号の受信回路への回り込み
および受信信号の送信回路への回り込みを防止するとと
もに、送信回路からの送信信号を送信周波数帯域のみ通
過させてアンテナへ導き、アンテナからの受信信号を受
信周波数帯域のみ通過させて受信機へ与える。
【００５７】〔第１５の実施例形態、図２５〕図２５は
通信装置の構成を示すブロック図である。ここでデュプ
レクサとしては図２３および図２４に示した構成のもの
を用いる。回路基板上には送信回路と受信回路を構成
し、ＴＸ端子に送信回路が接続され、ＲＸ端子に受信回
路が接続され、且つＡＮＴ端子にアンテナが接続される
ように、上記回路基板上にデュプレクサを実装する。
通信装置の構成を示すブロック図である。ここでデュプ
レクサとしては図２３および図２４に示した構成のもの
を用いる。回路基板上には送信回路と受信回路を構成
し、ＴＸ端子に送信回路が接続され、ＲＸ端子に受信回
路が接続され、且つＡＮＴ端子にアンテナが接続される
ように、上記回路基板上にデュプレクサを実装する。
【００５８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、線路の
縁端部における電流集中が極めて効率的に緩和されて、
全体の電力損失が抑制される。
縁端部における電流集中が極めて効率的に緩和されて、
全体の電力損失が抑制される。
【００５９】請求項２に記載の発明によれば、細線化線
路の各線路上の電磁界分布（電圧電流分布）が連続線路
により強制的に揃うことになり、細線化線路の各線路の
隣接による縁端効果の低減効率が高まる。
路の各線路上の電磁界分布（電圧電流分布）が連続線路
により強制的に揃うことになり、細線化線路の各線路の
隣接による縁端効果の低減効率が高まる。
【００６０】請求項３に記載の発明によれば、各細線化
線路同士の容量結合または相互誘導結合をより自由に制
御することができる。また、これにより、物理長一定の
条件下での電気長を制御することができる。
線路同士の容量結合または相互誘導結合をより自由に制
御することができる。また、これにより、物理長一定の
条件下での電気長を制御することができる。
【００６１】請求項４に記載の発明によれば、各線路の
左右の間隙を通り抜ける磁束を保持するために流れる電
流がその左右で干渉する距離となり、位相のずれた無効
電流を抑えることができる。これにより電力損失が飛躍
的に低減することになる。
左右の間隙を通り抜ける磁束を保持するために流れる電
流がその左右で干渉する距離となり、位相のずれた無効
電流を抑えることができる。これにより電力損失が飛躍
的に低減することになる。
【００６２】請求項５に記載の発明によれば、基板界面
からの膜厚方向への表皮効果を緩和することができ、さ
らなる導体損失の低減が図れる。
からの膜厚方向への表皮効果を緩和することができ、さ
らなる導体損失の低減が図れる。
【００６３】請求項６に記載の発明によれば、線路間短
絡が防止され、また線路が上記薄膜多層電極である場合
に、層間短絡も有効に防止される。
絡が防止され、また線路が上記薄膜多層電極である場合
に、層間短絡も有効に防止される。
【００６４】請求項７に記載の発明によれば、無負荷Ｑ
の高い共振器が得られる。
の高い共振器が得られる。
【００６５】請求項８に記載の発明によれば、挿入損失
が小さく且つ小型のフィルタが得られる。
が小さく且つ小型のフィルタが得られる。
【００６６】請求項９に記載の発明によれば、低挿入損
失で小型のデュプレクサが得られる。
失で小型のデュプレクサが得られる。
【００６７】請求項１０に記載の発明によれば、ＲＦ送
受信部の挿入損失が低減されて、低雑音・低歪み特性が
得られる。また、これに伴い伝送速度等の通信品質を向
上させることができる。
受信部の挿入損失が低減されて、低雑音・低歪み特性が
得られる。また、これに伴い伝送速度等の通信品質を向
上させることができる。
【図１】第１の実施形態に係る伝送線路の構成を示す図
【図２】伝送線路の電磁界分布の例を示す図
【図３】他の伝送線路の電磁界分布の例を示す図
【図４】伝送線路の電圧・電流の振幅分布の例を示す図
【図５】線電流源の作る磁界分布の解析モデル
【図６】同モデルにおける磁界強度分布を示す図
【図７】同モデルにおける磁界振幅のｘ成分の分布を示
す図
す図
【図８】ｘ方向位置における磁界振幅のｙ成分の強度を
示す図
示す図
【図９】第２の実施形態に係る伝送線路の構成を示す図
【図１０】第３の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１１】第４の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１２】第５の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１３】第５の実施形態に係る他の伝送線路の構成を
示す図
示す図
【図１４】第６の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１５】第７の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１６】第８の実施形態に係る伝送線路の構成を示す
図
図
【図１７】第９の実施形態に係る伝送線路の線路部分の
拡大断面図
拡大断面図
【図１８】第１０の実施形態に係る伝送線路の線路部分
の拡大断面図
の拡大断面図
【図１９】第１０の実施形態に係る他の伝送線路の線路
部分の拡大断面図
部分の拡大断面図
【図２０】第１１の実施形態に係る伝送線路の線路部分
の拡大断面図
の拡大断面図
【図２１】第１２の実施形態に係る共振器の構成を示す
図
図
【図２２】第１３の実施形態に係るフィルタの構成を示
す図
す図
【図２３】第１４の実施形態に係るデュプレクサの構成
を示す図
を示す図
【図２４】同デュプレクサのブロック図
【図２５】第１５の実施形態に係る通信装置の構成を示
すブロック図
すブロック図
１−誘電体基板
２−細線化線路
３−グランド電極
５−外部結合電極
６−基板
７−分岐用線路
１０−送信フィルタ
１１−受信フィルタ
１２−連続線路
１３，１４−端部導体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−276905（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01P 3/08
H01P 1/203
H01P 7/08
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも１本の連続線路と、当該連続
線路から分岐するとともに該連続線路に対して斜めにの
びる、それぞれ所定長の複数の線路から成る細線化線路
とから構成したことを特徴とする伝送線路。 - 【請求項２】 前記細線化線路の長さを各々等しくし、
前記連続線路を前記各細線化線路の同一箇所同士を接続
するものとした請求項１または２に記載の伝送線路。 - 【請求項３】 前記細線化線路を曲線にして、各細線化
線路同士の容量結合または相互誘導結合を制御したこと
を特徴とする請求項１または２に記載の伝送線路。 - 【請求項４】 前記細線化線路のそれぞれの線路幅を、
当該各線路の導体の表皮深さ程度または該表皮深さより
細くしたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか
に記載の伝送線路。 - 【請求項５】 前記細線化線路を、薄膜誘電体層と薄膜
導体層とを積層して成る薄膜多層電極としたことを特徴
とする請求項１〜４のうちいずれかに記載の伝送線路。 - 【請求項６】 互いに隣接する前記細線化線路の線路間
の空隙に誘電体を充填したことを特徴とする請求項１〜
５のうちいずれかに記載の伝送線路。 - 【請求項７】 請求項１〜６のうちいずれかの伝送線路
を共振線路とした共振器。 - 【請求項８】 請求項７に記載の共振器に信号入出力部
を設けたフィルタ。 - 【請求項９】 請求項８に記載のフィルタを送信フィル
タもしくは受信フィルタとして、またはその両方のフィ
ルタとして用いたデュプレクサ。 - 【請求項１０】 請求項８に記載のフィルタまたは請求
項９に記載のデュプレクサの少なくともいずれか一つを
備えた通信装置。
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