JP6238175B2 - 電磁共鳴結合器及び高周波伝送装置 - Google Patents

電磁共鳴結合器及び高周波伝送装置 Download PDF

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Description

本発明は、高周波ノイズ放射を抑制することができる電磁共鳴結合器及び高周波伝送装置に関する。
回路間で電気的な絶縁を確保しながら、信号を伝送するという要望は、様々な電子機器で求められている。例えば、高電圧回路と低電圧回路とを動作させる際に、低電圧回路の誤動作又は故障を防いだり、又は、設置電位が異なる回路同士のグランド・ループを断ち切る。このように構成することで、回路を接続した際に、一方の回路に過剰電圧が印加されることを防ぐようにしている。具体例としては、数百Ｖの高電圧で動作するモーター駆動回路を制御する場合である。モーター駆動回路が扱う高電圧が、低電圧で動作するマイコンの入出力に印加されると、誤動作を引き起こしたり、故障につながったりする。それを防ぐために、低電圧回路と高電圧回路とを絶縁する。
これまで、絶縁しながら通信を行う絶縁素子としては、フォトカプラが主に利用されてきている。フォトカプラは、発光素子と受光素子とを１パッケージに集積化したものであり、パッケージ内部で互いに電気的に絶縁されている。入力された電気信号を発光素子で光信号に変換し、電気的な絶縁された空間を変換された光信号で伝送し、伝送された光信号を受光素子で検出し、再び電気信号に変換して信号を伝える方式である。しかし、フォトカプラには経年劣化がある、消費電力が大きい、等の課題がる。
そこで、これらの課題を解決するために、たとえば、特許文献１に記載されているような電磁共鳴結合器と呼ばれる絶縁素子が知られている。これは、異なる平面上の回路間で高周波信号を伝送する装置である。この装置では、異なる平面のそれぞれの平面上に閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器と、共振器に接続されその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、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ものである。ここで、高周波信号とは、マイクロ波又はミリ波である。
この構造は、共振器が線路長のλ／２で形成されており、いわゆる異なる平面上に形成された２つのアンテナとなっている。そのため、この共振器同士の間隔が一定間隔以下であれば、近傍界により結合し、非常に高効率な伝送が可能となる。
特開２００８―６７０１２号公報
従来技術では、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができない。
そこで、本発明は、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができる電磁共鳴結合器及び高周波伝送装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の１つの態様によれば、基板と、電磁共鳴結合器と、送信回路と、受信回路とを備え、
前記電磁共鳴結合器は、前記基板内に配置されかつ前記送信回路に電気的に接続された第１の共鳴配線と、前記受信回路に電気的に接続されかつ前記第１の共鳴配線と対向して前記基板内に配置される第２の共鳴配線と、を備え、
前記送信回路は、前記基板に配置され、高周波信号を発生させる高周波信号発生部を備え、
前記送信回路は、前記基板に配置され、前記高周波信号発生部で発生した前記高周波信号で入力信号を変調して高周波伝送信号を生成し、生成した高周波伝送信号を前記第１の共鳴配線に送り、
前記第１の共鳴配線は、前記送信回路から送られた前記高周波伝送信号を前記第２の共鳴配線に伝送し、
前記受信回路は、前記第２の共鳴配線に伝送された前記高周波伝送信号を整流し、前記入力信号に応じた出力信号を生成し、
前記受信回路は、前記基板の主面上に配置される、
高周波伝送装置を提供する。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、並びに、システム及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
本発明の前記態様によれば、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができる。
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す斜視図であり、 図２は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す断面図であり、 図３は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器が有する誘電体層の厚さ依存性を示すグラフであり、 図４は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器の高周波ノイズ抑制の効果の一例を示す電界分布図であり、 図５は、本発明の第１実施形態の変形例に係る電磁共鳴結合器の第１のグランド配線又は第２のグランド配線を示す平面図であり、 図６は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器の高周波伝送特性を示すグラフであり、 図７は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す断面図であり、 図８は、本発明の第２実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す斜視図であり、 図９は、本発明の第２実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す断面図であり、 図１０は、本発明の第２実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す斜視図であり、 図１１は、本発明の第２実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す断面図であり、 図１２は、本発明の第３実施形態に係る集積か高周波伝送装置の構成の一例を示す斜視図であり、 図１３は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図１４は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す上面図であり、 図１５は、本発明の第３実施形態に係る集積か高周波伝送装置の効果の一例を示す電界分布図であり、 図１６は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す斜視図であり、 図１７は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図１８は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す上面図であり、 図１９は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す上面図であり、 図２０は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図２１は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図２２は、本発明の第３実施形態に係る集積化高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図２３Ａは、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図２３Ｂは、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２３Ｃは、本発明の第４実施形態の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２３Ｄは、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２３Ｅは、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２３Ｆは、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２３Ｇは、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図２４は、本発明の第４実施形態に係る電磁共鳴結合器の構成の一例を示す斜視図であり、 図２５は、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の回路ブロック図の一例を示す図であり、 図２６は、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す回路ブロック図であり、 図２７は、比較例の構成を示す断面図であり、 図２８は、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図２９は、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３０は、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３１は、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３２は、本発明の第４実施形態の別の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３３Ａは、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３３Ｂは、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図３４は、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３５は、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３６は、本発明の第５実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３７は、本発明の第５実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３８は、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図３９は、本発明の第７実施形態に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図４０は、公知の伝送装置の構成の一例を示す斜視図であり、 図４１は、特許文献３の電磁共鳴結合器の特性を示すグラフであり、 図４２は、本発明の第７実施形態の変形例に係る高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図４３Ａは、図４２の高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図４３Ｂは、図４２の高周波伝送装置の構成の別の例を示す断面図であり、 図４４は、複数の実施形態が組み合わせられた高周波伝送装置の構成の一例を示す平面図であり、 図４５は、図４４の高周波伝送装置の構成の一例を示す断面図であり、 図４６は、特許文献２の従来の技術を用いて高周波シールドした電磁共鳴結合器の斜視図である。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第１態様によれば、基板と、電磁共鳴結合器と、送信回路と、受信回路とを備え、
前記電磁共鳴結合器は、前記基板内に配置されかつ前記送信回路に電気的に接続された第１の共鳴配線と、前記受信回路に電気的に接続されかつ前記第１の共鳴配線と対向して前記基板内に配置される第２の共鳴配線と、を備え、
前記送信回路は、前記基板に配置され、高周波信号を発生させる高周波信号発生部を備え、
前記送信回路は、前記基板に配置され、前記高周波信号発生部で発生した前記高周波信号で入力信号を変調して高周波伝送信号を生成し、生成した高周波伝送信号を前記第１の共鳴配線に送り、
前記第１の共鳴配線は、前記送信回路から送られた前記高周波伝送信号を前記第２の共鳴配線に伝送し、
前記受信回路は、前記第２の共鳴配線に伝送された前記高周波伝送信号を整流し、前記入力信号に応じた出力信号を生成し、
前記送信回路と前記受信回路とのうちの少なくとも１つは、前記基板の主面上に配置される、
高周波伝送装置を提供する。
本発明の前記第１態様によれば、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができる。
本発明の第２態様によれば、前記送信回路は、前記基板の前記主面上の領域のうち、前記電磁共鳴結合器が配置されている領域の直上の領域以外の位置に配置される、
第１の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、前記送信回路は、前記基板の前記主面上に配置され、
前記送信回路の下に放熱構造体が配置される、
第１又は２の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、前記受信回路は、前記基板の前記主面上の領域のうち、前記電磁共鳴結合器が配置されている領域の直上の領域に配置される、
第１〜３のいずれか１つの態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、前記電磁共鳴結合器と、前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方と、の間には電界遮蔽部が配置される、
第１〜４のいずれか１つの態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、前記送信回路と前記受信回路とは、一つの半導体チップに集積されて、前記基板の前記主面上に配置される、
第１〜５のいずれか１つの態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、前記電磁共鳴結合器の周囲に、金属壁が配置される、
第１〜６のいずれか１つの態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、一部に開放部を有する環状の配線である第１の共振器と、
前記第１の共振器に電気的に接続された第１の入出力端子と、
一部に開放部を有する環状の配線である第２の共振器と、
前記第２の共振器に電気的に接続された第２の入出力端子と、
前記第１の共振器が配置された平面と前記第２の共振器が配置された平面とは異なる平面上に形成された第１のグランドシールドと、
前記第１の共振器が配置された前記平面と前記第２の共振器が配置された前記平面と前記第１のグランドシールドが配置された平面とは異なる平面上に形成された第２のグランドシールドと、
前記第１の共振器の周辺を囲むように形成された第１のグランド配線と、
前記第２の共振器の周辺を囲むように形成された第２のグランド配線とを備え、
前記第１のグランドシールドと前記第１のグランド配線とは電気的に接続され、
前記第２のグランドシールドと前記第２のグランド配線とは電気的に接続され、
前記第１のグランド配線と前記第２のグランド配線との間には誘電体層が存在して、電気的に接続されていない、電磁共鳴結合器を提供する。
これにより、高周波を利用した場合において、第１のグランド配線と第２のグランド配線との絶縁を確保しながら、横方向の高周波ノイズの放射を抑制することができる。
本発明の第９態様によれば、一部が開放部によって開放された環状の配線である第１の共振配線と、
前記第１の共振配線に電気的に接続された第１の入出力端子と、
一部が開放部によって開放された環状の配線である第２の共振配線と、
第２の共振配線に電気的に接続された第２の入出力端子と、
前記第１の共振配線が配置された平面と前記第２の共振配線が配置された平面とは異なる平面上に形成された第１のグランドシールドと、
前記第１の共振配線が配置された前記平面と前記第２の共振配線が配置された前記平面と前記第１のグランドシールドが配置された平面とは異なる平面上に形成された第２のグランドシールドと、
前記第１の共振配線の周辺を囲むように、前記第１のグランドシールドから前記第２のグランドシールドの方向へ、前記第１のグランドシールドが配置された前記平面とは垂直方向に延びた第１のグランド壁と、
前記第２の共振配線の周辺を、前記第１のグランド壁とは異なる位置で囲むように、前記第２のグランドシールドから前記第１のグランドシールドの方向へ、前記第２のグランドシールドが配置された平面とは垂直方向に延びた第２のグランド壁とを備え、
前記第１のグランドシールドと前記第１のグランド壁とは電気的に接続され、
前記第２のグランドシールドと前記第２のグランド壁とは電気的に接続され、
前記第１のグランド壁と前記第２のグランドシールドとの間には第１の誘電体層が存在して、電気的に接続されておらず、
前記第２のグランド壁と前記第１のグランドシールドとの間には第２の誘電体層が存在して、電気的に接続されておらず、
前記第１のグランド壁と前記第２のグランド壁との間には第３の誘電体層が存在して、電気的には接続されておらず、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との位置が同一平面上に存在しない
電磁共鳴結合器を提供する。
これにより、誘電体層の位置を垂直方向にずらして配置することが可能となり、電磁共鳴結合器の絶縁を確保しながら、誘電体層による、垂直方向と直交する横方向の高周波ノイズの漏洩を更に抑制することができる。
本発明の第１０態様によれば、前記第１のグランド壁は、
前記第１の共振配線から、前記第１の共振配線が配置された前記平面とは垂直方向及び前記垂直方向と直交する横方向に一定の間隔があけられ、前記第１の共振配線の外周を囲むように配置された第１のグランド配線と、
前記第１のグランドシールドと前記第１のグランド配線とに電気的に接続され、前記第１の共振配線の外周を囲むように互いに間隔をあけて配置された、複数の棒状の第１の金属導体とで形成され、
前記第２のグランド壁は、
前記第２の共振配線から、前記第２の共振配線が配置された前記平面とは垂直方向及び前記垂直方向と直交する横方向に一定の間隔があけられ、前記第１のグランド配線とは異なる横方向の位置に、前記第２の共振配線の外周を囲むように配置された第２のグランド配線と、
前記第２のグランドシールドと前記第２のグランド配線とに電気的に接続され、前記第２の共振配線の外周を囲むように互いに間隔をあけて配置された、複数の棒状の第２の金属導体で形成される、
第９の態様に記載の電磁共鳴結合器を提供する。
これにより、第１のグランド壁及び第２のグランド壁を、より容易な製造工程であるスルーホールを利用した棒状の金属導体によって形成することができる。
本発明の第１１態様によれば、複数層の誘電体基板を有するプリント基板に形成されている第８〜１０のいずれか１つの態様に記載の電磁共鳴結合器を提供する。
これにより、安価な材料を用いて電磁共鳴結語器を作製することが可能となるので、低コスト化を実現することができる。
本発明の第１２態様によれば、第８〜１１のいずれか１つの態様に記載の電磁共鳴結合器と、
前記電磁共鳴結合器上に配置されかつ入出力端子を備える機能回路チップとを備えて、
前記電磁共鳴結合器の前記第１及び第２の入出力端子と前記機能回路チップの前記入出力端子とが電気的に接続されている、
高周波伝送装置を提供する。
これにより、高周波ノイズの影響を低減した電磁共鳴結合器を用いることで、機能回路チップのシステム誤動作を防止し、小型に集積化された高周波伝送装置を実現することができる。
本発明の第１３態様によれば、第８〜１１のいずれか１つの態様に記載の電磁共鳴結合器と、
前記電磁共鳴結合器のグランドの外側に電気的に接続された機能回路チップと、
外部素子への接続端子とを備える第１２の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
このような構成によれば、機能回路チップから発生した電波ノイズが電磁共鳴結合器へ入り込むことを防ぎ、高周波伝送装置の誤動作を低減することができる。
本発明の第１４態様によれば、前記機能回路チップが前記電磁共鳴結合器のグランドシールドの上部に配置された第１２の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
このような構成によれば、電磁共鳴結合器のグランドシールドの上部に機能回路素子を実装することにより、電力伝送装置として集積化することができる。
本発明の第１５態様によれば、前記外部素子への接続端子がリード端子で取り出されている、第１３の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
このような構成によれば、リード端子で取り出すことにより端子と他の素子の端子との間の距離が比較的大きく取れるため、沿面距離を確保することができ、耐圧を向上させることができる。
本発明の第１６態様によれば、前記外部素子への接続端子が半田ボールで取り出されている第１３の態様に記載の高周波伝送装置を提供する。
このような構成によれば、接続端子が高周波伝送装置の垂直方向に取り出すことが可能なため、実装面積の小型化を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明における第１実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる電磁共鳴結合器について説明する前に、まず、図４６などを使用して前述した従来の電磁共鳴結合器において、先に述べた課題の他、以下のような課題もあることを説明する。
たとえば、インバータシステムの絶縁ゲート駆動回路の絶縁素子のように、絶縁素子を複数個使用する回路に電磁共鳴結合器を利用する場合、電磁共鳴結合器の信号又は電力の伝送に使用する高周波の一部を放射し、隣接する電磁共鳴結合器に互いに干渉しあい、システムを誤動作させてしまうという可能性がある。
この課題を解決するために、特許文献２（特開２０１０―２７８３８７号公報）（図４６参照）に記載されているような絶縁素子として同様の機能を持つトランスがある。このトランスにおいては、一次コイル１及び二次コイル２と、シールド導体５と、コア８とを備えた平面コイル型トランスという、トランス素子の上面及び下面にシールドとを設置し、不要な電磁界ノイズを防止する構造が提案されている。一次コイル１及び二次コイル２は、それぞれ、４層プリント基板のうちの２層の内層導体でパターン形成されたコイル導体で形成されている。シールド導体５は、４層プリント基板のうちの２層の外層導体でパターン形成され、それぞれ一次及び二次コイル１，２を両面から覆っている。コア８は、上記シールド導体５の外側に重ねられ、一次及び二次コイル１，２並びにそれぞれのシールド導体５の開口部を貫通して延びた磁気回路を形成している。
しかし、図４６に示したような上面及び下面に設置する、図４６の縦方向の第１のグランドシールド及び第２のグランドシールドでは、高周波ノイズを抑制する効果としては不十分である。以下に、その理由を説明する。
特許文献２に記載されているトランス素子の場合、数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚという低い周波数により、電磁誘導現象を利用して信号又は電力を絶縁して伝送している。低周波は電波の波長が長いため、トランス素子の上下面という比較的距離の離れた場所にあるグランドシールドであっても、図４６の横方向から電磁波が進入せず、トランス素子を近接させて配置させた場合であっても、互いが干渉しあうことは無い。
しかし、電磁共鳴結合器の場合、ＬＣ共振による共鳴現象を利用して信号又は電力を絶縁して伝送している。そのため、使用する周波数はマイクロ波帯からミリ波帯であり、トランス素子を用いた場合と比較し、非常に高い周波数帯を使用している。そのため、素子の上下に配置したグランドシールドだけでは、横方向からの高周波ノイズを十分に遮蔽することができない。
そこで、第１実施形態の目的としては、高周波を用いる電磁共鳴結合器において、横方向の高周波ノイズを低減し、電磁共鳴結合器を近接させた場合であっても干渉しない電磁共鳴結合器及び高周波伝送装置を提供することにある。
以下、具体的に、第１実施形態について説明する。
本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器１０は、異なる平面上の回路間で高周波信号を伝送する電磁共鳴結合器１０であって、一部が開放部１０１によって開放された環状の配線（共振配線）である第１の共振器１００と、第１の共振器１００に電気的に接続された第１の入出力端子１１０と、一部が開放部２０１によって開放された環状の配線（共振配線）である第２の共振器２００と、第２の共振器２００に電気的に接続された第２の入出力端子２１０と、第１の共振器１００と前記第２の共振器２００とは異なる平面上に形成された第１のグランドシールド１４０と、前記第１の共振器１００と前記第２の共振器２００と第１のグランドシールド１４０と異なる平面上に形成された第２のグランドシールド２４０と、第１の共振器１００の周辺を囲むように形成された第１のグランド配線１２０と、第２の共振器２００の周辺を囲むように形成された第２のグランド配線２２０とを備え、第１のグランドシールド１４０と第１のグランド配線１２０とは電気的に接続され、第２のグランドシールド２４０と第２のグランド配線２２０とは電気的に接続され、第１のグランド配線１２０と第２のグランド配線２２０との間には誘電体層（第３誘電体基板）３０００が存在し、電気的に接続されていないことを特徴とする。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁共鳴結合器１０の構造の一例を示す斜視図である。
図２は、図１の電磁共鳴結合器１０を誘電体基板１０００，２０００，３０００のＹ軸方向を通る平面（図１のＡ−Ａ´線を通り、誘電体基板１０００，２０００，３０００の表面に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
本発明の第１実施形態における電磁共鳴結合器１０は、第１の共振器１００と、第２の共振器２００と、第１の入出力端子１１０と、第２の入出力端子２１０と、第１のグランドシールド１４０と、第２のグランドシールド２４０と、第１のグランド配線１２０と、第２のグランド配線２２０とを備えて構成されている。
第１の共振器１００は、たとえば銅である金属配線によって形成された円環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部１０１を有している。
第２の共振器２００は、たとえば銅である金属配線によって形成された円環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部２０１を有している。
第１の共振器１００及び第２の共振器２００は、第３誘電体基板３０００により、一定の距離が離された電気的に絶縁された異なる二つの面上にそれぞれ形成されて、図１及び図２の縦方向（上下方向）に対向している。第１の共振器１００及び第２の共振器２００は、それぞれ、いわゆる高周波のアンテナ構造を折り曲げて円環状にしたものである。第１の共振器１００及び第２の共振器２００は、それぞれ、共に使用する伝送周波数の約１／２の波長の長さとするのが望ましい。
また、第１の共振器１００及び第２の共振器２００の水平方向の位置は第１及び第２の共振器間で電磁共鳴現象が発生する任意の場所で構わないが、できる限り同一の中心軸を持つことが望ましい。また、開放部１０１と開放部２０１は少なくとも９０度以上ずれる位置にあることが望ましい。できれば１８０度対称の位置にあることが最も望ましい。このように配置することにより共振器間の結合を強くし、効率の良い電力伝送が可能である。
第１の入出力端子１１０は、第１の共振器１００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第１の入出力端子１１０は、第１の共振器１００の円環状の伝送線路の任意の位置に配置されている。
同様に、第２の入出力端子２１０は、第２の共振器２００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第２の入出力端子２１０は、第１の共振器２００の円環状の伝送線路の任意の位置に配置されている。
図１において、第１の共振器１００及び第２の共振器２００の各形状は円環形状で図示されているが、環状であればよく、四角形環状又は楕円形環状等、他の形状の環状であっても構わない。
第１のグランドシールド１４０は、第３誘電体基板３０００の下方に配置された第１誘電体基板１０００を挟んで、第１の共振器１００が配置された平面とは異なる平面上に、第１の共振器１００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第１のグランドシールド１４０は、四角形平面で構成されている。
第２のグランドシールド２４０は、第３誘電体基板３０００の上方に配置された第２誘電体基板２０００を挟んで、第２の共振器２００が配置された平面とは異なる平面上に、第２の共振器２００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第２のグランドシールド２４０は、四角形平面で構成されている。
第１のグランド配線１２０は、第１の共振器１００から縦方向と直交する横方向（第１の共振器１００の配置面沿い）に一定の間隔があけられ、第１の共振器１００の外周を囲むように円環形状に配置された、たとえば銅である金属配線によって形成された伝送線路である。第１のグランド配線１２０は、第１誘電体基板１０００を厚み方向（縦方向）に貫くたとえば銅である複数本の棒状の第１の金属導体１３０によって、第１のグランドシールド１４と電気的に接続されている。第１の金属導体１３０は、偏らない程度に適度な間隔で配置されている。
第２のグランド配線２２０は、第２の共振器２００から横方向（第２の共振器２００の配置面沿い）に一定の間隔があけられ、第２の共振器２００の外周を囲むように円環形状に配置され、たとえば銅である金属配線によって形成された伝送線路である。第２のグランド配線２２０は、第２誘電体基板２０００を厚み方向（縦方向）に貫くたとえば銅である複数本の棒状の第２の金属導体２３０によって電気的に接続されている。第２の金属導体２３０も、偏らない程度に適度な間隔で配置されている。
第１のグランド配線１２０と第２のグランド配線２２０とは、縦方向に互いに対向して配置されており、一定の間隔の誘電体層、例えば第３誘電体基板３０００を挟んで絶縁されている。 このように一定間隔の誘電体層を設けることにより、直流又は低周波信号では、第１の共振器１００と第２の共振器２００とのグランドが分離されることとなる。また、第１実施形態のように高周波信号を扱う場合には、この一定間隔の誘電体層が、放射された高周波ノイズに対するシールドとして働く。
高周波ノイズの低減には、できる限り電磁共鳴結合器１０の全方位を金属のシールドで覆うべきであるため、誘電体層の間隔を小さくすることが望ましい。しかし、電磁共鳴結合器の絶縁耐圧は２つの共振器の最も近い部分の層間距離と層間材料の絶縁電界破壊強度の積によって決定されるため、誘電体層の間隔を小さくすると絶縁耐圧が小さくなる。この誘電体層の間隔と電磁共鳴結合器１０に及ぼされる横方向の電界強度と絶縁耐圧との相関のグラフを図３に示して、具体的に説明する。
図３は、電磁共鳴結合器の縦方向の中心でかつ、横方向は第１のグランドシールドの対角の頂点地点において計算した、伝送周波数５．８ＧＨｚの周波数を用いた場合の電界強度値である。５．８ＧＨｚの真空中の波長は
波長［ｍ］ ＝ 電波の速度［ｍ／ｓ］ ÷ 周波数［Ｈｚ］
という式から計算でき、波長＝５０ｍｍである。今回は誘電率１０の誘電体基板を用いているため、実効波長は
実効波長［ｍ］＝真空中の波長［ｍ］ ÷ √（誘電体基板の誘電率）
で計算できる。今回の実効波長は１．５ｍｍと計算できる。
図３のグラフから、誘電体層の厚さが０．１５ｍｍ以下においては、電界強度は４００Ｖ／ｍとほぼ一定の値をとっている。つまり、誘電体層の厚さが実効波長の１／１０以下であれば、実効波長に対して極めて小さく、高周波ノイズをほぼ遮蔽することができていることがわかる。
また、第１のグランド配線１２０及び第２のグランド配線２２０を有しない同様の構造の電磁共鳴結合器を用いた場合の同ポイントでの電界強度は３８００Ｖ／ｍであり、誘電体層の間隔が実効波長の１／１０以上であっても、高周波ノイズの抑制効果は十分に効果がある。
絶縁耐圧は、層間距離と層間材料の絶縁電界破壊強度との積で決定されるため、たとえば、絶縁電界破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍとした場合、図３に示したように、誘電体層の厚さが広くなるにしたがって、比例関係で増加する。
そのため、たとえば、層間材料の絶縁電界破壊強度が一定であるとした場合、低誘電率を持つ材料を使用することで、共振器の配線長が増加するが、高周波ノイズを遮蔽するための誘電体層の厚さを広くすることができ、絶縁耐圧を向上させることも可能である。
ここまで、第１の共振器１００と第２の共振器２００と区別して記載しているが、実際には、構造及び機能共に等しいため、第１の共振器１００が入力側、第２の共振器２００が出力側に使用しなければならないという特段の制限は無い。第１の共振器１００を出力側として使用し、第２の共振器２００を入力側として使用しても、特性上問題は無い。
以下に、本発明の第１実施形態を用いて高周波ノイズの広がりを確認するシミュレーションを行った結果を示す。図４の（１）には、従来技術である共振器部の上面及び下面にのみ金属グランドシールドを配置した電磁共鳴結合器の電磁界解析結果を示している。また、図４の（２）には、本発明の第１実施形態を用いた電磁共鳴結合器の電磁界解析結果を示している。図４中の白色部（特に、１．５×１０４という表示のある部分）が電界強度の強い部分を示している。
図４の（１）に示すように、上面及び下面のみに金属グランドシールドを配置した電磁共鳴結合器では、共振器２００が形成されている基板の外側まで大きく高周波ノイズが放射されていることがわかる。
これに対して、図４の（２）に示すように、本発明の第１実施形態を用いた電磁共鳴結合器１０では、第２の共振器２００周辺に配置した第２のグランド配線２２０及び第２の金属導体２３０により電磁界ノイズが抑制され、電磁共鳴結合器１０が形成されている基板の内側で高周波ノイズの放射が抑制されていることが確認できる。
以上のことから、本発明の第１実施形態を用いることにより、第１のグランドシールド１４０及び第２のグランドシールド２４０を配置したことによる縦方向の高周波ノイズだけではなく、第１のグランド配線１２０と、第２のグランド配線２２０と、金属導体１３０と、金属導体２３０とにより、横方向の高周波ノイズを低減する効果が得られる。
また、第１のグランド配線１２０及び第２のグランド配線２２０は、常に一定の幅を持っている必要はない。例えば、図５に示すように第１の入出力端子１１０及び第２の入出力端子２１０の各周辺部分（例えば、第２の入出力端子２１０の周辺部分２２０ｅ）のグランド配線の幅を太くしても構わない。このような構造とすることで、共振器と入出力端子との不連続な部分で発生するノイズを低減することが可能である。なお、図５では、グランド配線を理解しやすくするため、斜線で表示している。
グランド配線１２０，２２０の幅だけでなく、グランド配線１２０，２２０の層の厚みも一定である必要はない。一部のみ厚みが変わっていてもシールド効果は問題なく機能する。できれば、グランド配線１２０，２２０及びグランドシールド１４０，２４０は、表皮効果の影響を受けない厚さであれば望ましい。表皮効果ｄは次の式で表現される。

ｄ＝√（２ρ／２πｆμ）

ここで、
ｄ：表皮効果
ρ：導体の電気抵抗率
ｆ：周波数
μ：導体の透磁率
グランド配線１２０，２２０の層の厚みを表皮効果ｄ以上の厚みとすることで、リターン電流の損失を低減することが可能であり、電磁共鳴結合器１０の効率を向上させることができる。
グランド配線１２０，２２０と共振器１００，２００との間隔は、共振器配線幅と同程度か、それ以上であることが望ましい。グランド配線１２０，２２０と共振器１００，２００との間隔が近すぎると、第１の共振器１００及び第２の共振器２００の間よりもグランド配線１２０，２２０と共振器１００，２００の間の結合が強くなってしまい、電磁共鳴結合器１０としての効率が低下してしまう。
次に、本発明の第１実施形態の製造方法について図２を用いて説明する。
第１実施形態の電磁共鳴結合器１０は、従来の誘電体基板、いわゆるプリント基板の製造技術で製造可能である。
第１の共振器１００と、第１の入出力端子１１０と、第１のグランド配線１２０と、第１のグランドシールド１４０とは、第１誘電体基板１０００の両面に形成した金属箔をエッチングにより任意の形状へパターニングすることで形成する。第１実施形態では、一例として、金属箔として厚さ３５μｍの銅箔を、第１誘電体基板１０００として厚さ３００μｍの高誘電率向きフィラーを高充電させたポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）を用いる。このＰＰＥ樹脂は、誘電率が１０であり、絶縁電界破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍである。
同様に、第２の共振器２００、第２の入出力端子２１０、第２のグランド配線２２０、及び第２のグランドシールド２４０は、第２誘電体基板２０００の両面に形成した金属箔をエッチングにより任意の形状へパターニングすることで形成する。また、前記第１の共振器１００などの場合と同様に、一例として、金属箔として厚さ３５μｍの銅箔を、第２誘電体基板２０００として厚さ３００μｍの高誘電率向きフィラーを高充電させたポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）を用いる。このＰＰＥ樹脂は、誘電率が１０であり、絶縁電界破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍである。
第１実施形態において、伝送周波数は５．８ＧＨｚを使用し、第１の共振器１００及び第２の共振器２００の各周回長はおよそ６ｍｍとし、各配線幅は１５０μｍとする。また、第１のグランド配線１２０及び第２のグランド配線２２０の各配線幅は３００μｍとする。
金属箔をそれぞれパターニングした第１誘電体基板１０００及び第２誘電体基板２０００を、第１の共振器１００と第２の共振器２００とを対向させて第３誘電体基板３０００を層間膜とし、プレスを行って貼り合わせる。第３誘電体基板３０００として、厚さ３００μｍの高誘電率向きフィラーを高充電させたＰＰＥ樹脂を用いる。
作製された貼り合わせ基板に、ドリルを用いてスルーホールを形成し、スルーホールの内側に金属めっきを施す。このようにして、金属導体１３０及び金属導体２３０をそれぞれ形成する。また、スルーホール形成時に、外部素子と電気的に接続するため、パッドと第１の入出力端子１１０及び第２の入出力端子２１０とを電気的に接続する。
図６に、第１実施形態の電磁共鳴結合器１０の伝送特性を示す。設計値を点線で、実測値を実線で示している。５．８ＧＨｚにおける伝送損失は約１．８ｄＢとなり、低損失で電磁共鳴結合器１０を実現でき、高効率な信号及び電力伝送を行うことが可能でることを示した。また、設計と実測とは、比較的精度を持って一致しており、前述した製造方法により作製が実現可能であることを示している。
これまでは、第１のグランド配線１２０と第２のグランド配線２２０とを、それぞれ第１の共振器１００と第２の共振器２００との同一平面上（同じ金属箔上）に形成する方法を述べている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図７に示すように、異なる平面上に第１のグランド配線及び第２のグランド配線を形成することも可能である。以下、図７を用いて説明する。
第１の共振器１００と、第１の入出力端子１１０と、第１のグランドシールド１４０とは、第１誘電体基板１０００の両面に形成した金属箔を、エッチングにより、任意の形状へパターニングすることで形成する。第１のグランド配線１２０は、第１〜第３誘電体基板１０００〜３０００とは異なる、第４誘電体基板１１００の片面に形成した金属箔を、エッチングにより、任意の形状へパターニングすることにより形成する。
同様に、第２の共振器２００と、第２の入出力端子２１０と、第２のグランドシールド２４０とは、第２誘電体基板２０００の両面に形成した金属箔を、エッチングにより、任意の形状へパターニングすることで形成する。第２のグランド配線２２０は第５誘電体基板２１００の片面に形成した金属箔を、エッチングにより、任意の形状へパターニングすることにより形成する。
金属箔をパターニングした第１及び第４誘電体基板１０００、１１００を金属箔が重ならない向きでプレスを行い、同様に第２及び第５誘電体基板２０００、２１００もプレスし、最後に第１の共振器１００と第２の共振器２００を対向させる向きで第３誘電体基板３０００を層間膜とし、プレスを行い貼り合わせる。
この製造方法を用いることで、第１のグランド配線１２０と第２のグランド配線２２０との間の誘電体層（第３誘電体基板３０００）の距離を任意に形成することができる。
第１の共振器１００及び第２の共振器２００の各周回長は、使用する周波数によって当然変化する値であり、第１の共振器１００及び第２の共振器２００の各配線幅については、共振器とグランドシールドとの間の距離、つまり、第１及び第２誘電体基板１０００及び２０００の厚さにより、所望の特性インピーダンスを得るための可変の値である。
当然ながら、第１実施形態は一例であり、使用周波数は５．８ＧＨｚに限定されるものではなく、マイクロ波帯〜ミリ波帯まで幅広く応用が可能である。
この第１実施形態によれば、電磁共鳴結合器１０と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができる。すなわち、一般的に、高周波伝送装置をモジュール化する場合、受信回路チップ、送信回路チップ、及び絶縁素子を実装するために、リードフレーム又は実装基板のような支持体を別途必要とする。これに対して、本発明の前記実施形態では、絶縁素子である電磁共鳴結合器１０を含む基板７０１上に回路チップを配置することができ、支持体を別途必要としないため、製造が容易になる。また、第１実施形態によれば、高周波を用いる電磁共鳴結合器１０において、第１のグランド配線１２０と、第２のグランド配線２２０と、金属導体１３０と、金属導体２３０とにより横方向の高周波ノイズを低減することができ、電磁共鳴結合器１０を近接させた場合であっても干渉することがない。また、第１実施形態によれば、送信回路と受信回路とのうちの少なくとも１つは、基板７０１の主面上に配置されるため、主面上に配置された回路と端子との間のワイヤー７０４を短くすることができる。
（第２実施形態）
本発明の第１実施形態は、電磁共鳴結合器１０の周辺にグランド配線１２０，２２０を配置することで横方向の電磁ノイズの放射を低減する構造について説明している。
これに対して、本発明の第２実施形態に係る電磁共鳴結合器１１では、第１の共振配線１００の周辺を囲むように、第１のグランドシールドから第２のグランドシールドの方向へ垂直方向に延びた第１のグランド壁３３０と、第２の共振配線の周辺を第１のグランド壁３３０とは異なる位置で囲むように、第２のグランドシールドから第１のグランドシールドの方向へ垂直方向に延びた第２のグランド壁４３０とを備え、第１のグランドシールドと第１のグランド壁３３０とは電気的に接続され、第２のグランドシールドと第２のグランド壁４３０とは電気的に接続され、第１のグランド壁３３０と第２のグランド壁４３０との間には第１の誘電体層３３２が存在して、電気的に接続されておらず、第２のグランド配線と第１のグランド壁４３０との間には第２の誘電体層４３２が存在して、電気的に接続されておらず、第１のグランド壁と第２のグランド壁の間には第３の誘電体層が存在し、電気的には接続されておらず、第１の誘電体層３３２と第２の誘電体層４３２との位置が同一平面上に存在しないことを特徴とする。
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る共鳴結合器１１の構造の一例を示す斜視図である。
図９は、図８の電磁共鳴結合器１１を基板１２００，３２００，２２００のＹ軸方向を通る平面（図８のＢ−Ｂ´線を通り、基板１２００，３２００，２２００に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
本発明の第２実施形態における電磁共鳴結合器１１は、第１の共振器３００と、第２の共振器４００と、第１の入出力端子３１０と、第２の入出力端子４１０と、第１のグランドシールド３４０と、第２のグランドシールド４４０と、第１の金属壁３３０と、第２の金属壁４３０とを備えている。
第１の共振器３００は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部３０１を有している。
第２の共振器４００は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部４０１を有している。
第１の共振器３００及び第２の共振器４００は、第３誘電体基板３２００により、一定の距離が離された電気的に絶縁された異なる二つの面上にそれぞれ形成されて、図８及び図９の縦方向（上下方向）に対向している。
第１の入出力端子３１０は、第１の共振器３００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第１の入出力端子３１０は、第１の共振器３００の円環状の伝送線路の任意の位置から径方向外向きに突き出るように配置されている。
同様に、第２の入出力端子４１０は、第２の共振器４００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第２の入出力端子４１０は、第１の共振器４００の円環状の伝送線路の任意の位置から径方向外向きに突き出るように配置されている。
図８において、第１の共振器３００及び第２の共振器４００の各形状は円環形状で図示されているが、本発明の第１実施形態と同様に環状であればよく、四角形環状又は楕円形環状等、他の形状の環状であっても構わない。
第１のグランドシールド３４０は、第３誘電体基板３２００の下方に配置された第１誘電体基板１２００を挟んで、第１の共振器３００が配置された平面とは異なる平面上に第１の共振器３００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第１のグランドシールド３４０は、四角形平面で構成されている。
第２のグランドシールド４４０は、第３誘電体基板３２００の上方に配置された第２誘電体基板２２００を挟んで、第２の共振器４００が配置された平面とは異なる平面上に、第２の共振器４００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第２のグランドシールド４４０は、四角形平面で構成されている。
第１の金属壁３３０は、外周部で第１のグランドシールド３４０から立設され、第１誘電体基板１２００及び第３誘電体基板３２００を厚み方向に貫き、第２誘電体基板２２００の一部にまで埋め込まれ、かつ、第１の共振器３００から横方向（第１の共振器３００の配置面沿い）に一定の間隔があけられ、第１の共振器３００の外周を囲むように湾曲した壁形状に配置された、たとえば銅である金属壁で形成されている。第１の金属壁３３０と第１のグランドシールド３４０とは電気的に接続されている。
第１の金属壁３３０と第２のグランドシールド４４０との間は、第１の誘電体層３３２が存在して、電気的に接続されていない。
第２の金属壁４３０は、外周部で第２のグランドシールド４４０から立設され、第２誘電体基板２２００及び第３誘電体基板３２００を縦方向に貫き、第１誘電体基板１２００の一部にまで埋め込まれ、かつ、第２の共振器４００から横方向（第２の共振器４００の配置面沿い）に第１の金属壁３３０と重ならないように一定の間隔があけられ、第２の共振器４００の外周を囲むように湾曲した壁形状に配置された、たとえば銅である金属壁で形成されている。第２の金属壁４３０と第２のグランドシールド４４０とは電気的に接続されている。第２の金属壁４３０と第２のグランドシールド３４０との間は、第２の誘電体層４３２が存在して、電気的に接続されていない。また、第１の金属壁３３０と第２の金属壁４３０との間には、横方向に第３の誘電体層５３２が存在して、第１の誘電体層３３２と第２の誘電体層４３２と、第３の誘電体層５３２とは、本発明の第１実施形態で説明した誘電体層と同様の効果を示す。
本発明の第１実施形態では、第１のグランド配線１２０及び第２のグランド配線２２０が縦方向に対向している部分において誘電体層（第３誘電体基板）３０００を形成している。これに対して、本発明の第２実施形態においては第１のグランド壁３３０と第２のグランド壁４３０とが横方向に重なりを持っているため、垂直方向においては誘電体層の重なりが存在しない。そのため、横方向のすべての部分においてグランドシールドが存在することになる。
誘電体層３３２，４３２，５３２の厚さ又は絶縁耐圧の関係に関しては、本発明の第１実施形態と同様であるため、ここでの記載は省略するが、垂直方向の第１の誘電体層３３２及び第２の誘電体層４３２だけではなく、横方向の第３の誘電体層５３２を利用することができるため、設計の自由度は高くなる。
本発明の第２実施形態における製造方法についても、本発明の第１実施形態の製造方法とほぼ同様であるため、記載は省略する。
図８において、第１の金属壁３３０は、第２の金属壁４３０の横方向の内側に配置されているように記載されているが、第２の金属壁４３０が第１の金属壁３３０の内側に配置された場合であっても、第２実施形態の効果が変化することはない。
また、図１０に示すように、金属壁の代わりに、グランド配線３２０，４２０と複数のビア３３３，４３３とを配置しても構わない。すなわち、複数のスルーホールを形成したのち、複数のスルーホールに金属導体を充填することにより、金属壁の代用とするようにしてもよい。図１１は、図１０の電磁共鳴結合器１１を基板１２００，３２００，２２００のＹ軸方向を通る平面（図１０のＤ−Ｄ´線を通り、基板１２００，３２００，２２００に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
電磁共鳴結合器１２は、第１の共振器３００と、第２の共振器４００と、第１の入出力端子３１０と、第２の入出力端子４１０と、第１のグランドシールド３４０と、第２のグランドシールド４４０と、第１のグランド配線３２０と、第２のグランド配線４２０と、複数の第１金属導体３３３と、複数の第２金属導体４３３とを備えている。
第１の共振器３００は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部３０１を有している。
第２の共振器４００は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部４０１を有している。第２の共振器４００は、第３誘電体基板３２００により、一定の距離が離された電気的に絶縁された異なる二つの面上に形成され縦方向に対向している。
第１の入出力端子３１０は、第１の共振器３００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第１の入出力端子３１０は、が第１の共振器３００の円環状の伝送線路の任意の位置に配置されている。
同様に、第２の入出力端子４１０は、第２の共振器４００へ高周波信号の入出力を行う、たとえば銅である金属配線により形成されている。第２の入出力端子４１０は、第１の共振器４００の円環状の伝送線路の任意の位置に配置されている。
図１０において、第１の共振器３００及び第２の共振器４００の各形状は円環形状で図示されているが、本発明の第１実施形態と同様に、環状であればよく、四角形環状又は楕円形環状等、他の形状の環状であっても構わない。
第１のグランドシールド３４０は、第３誘電体基板３２００の下方に配置された第１誘電体基板１２００を挟んで、第１の共振器３００が配置された平面とは異なる平面上に、第１の共振器３００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第１のグランドシールド３４０は、四角形平面で構成されている。
第２のグランドシールド４４０は、第３誘電体基板３２００の上方に配置された第２誘電体基板２２００を挟んで、第２の共振器２００が配置された平面とは異なる平面上に、第２の共振器４００のレイアウト面積よりも十分に広い金属層で形成されている。一例として、第２のグランドシールド４４０は、四角形平面で構成されている。
第１のグランド配線３２０は、第１の共振器３００から横方向（第１の共振器３００の配置面沿い）に一定の間隔があけられ、第１の共振器３００の外周を囲むように円環形状に配置され、かつ、第２誘電体基板２２００の内部に形成される、たとえば銅である金属配線によって形成された伝送線路である。
複数の第１金属導体３３３は、第１のグランド配線３２０から立設され、第１誘電体基板１２００及び第３誘電体基板３２００を厚み方向に貫き、第２誘電体基板２２００の一部にまで埋め込まれ、第１のグランド配線３２０と電気的に接続され、第１の共振器３００の外周を間隔をあけて囲むように複数本配置された、たとえば銅である複数の棒状の金属導体で形成されている。第１のグランド配線３２０と第２のグランドシールド４４０との間は、第１の誘電体層３３２が存在し、電気的に接続されていない（図９において、第１のグランド壁３３０の代わりに第１のグランド配線３２０が配置されていると仮定した場合の第１の誘電体層３３２に対応。）。
第２のグランド配線４２０は、第２の共振器４００から横方向（第２の共振器４００の配置面沿い）に一定の間隔があけられ、第１のグランド壁３３０とは異なる横方向の位置にあり、第２の共振器４００の外周を囲むように円環形状に配置され、第１誘電体基板１２００の内部に形成される、たとえば銅である金属配線によって形成された伝送線路である。
複数の第２の金属導体４３３は、第２のグランド配線４２０から立設され、第２誘電体基板２２００及び第３誘電体基板３２００を厚み方向に貫き、第１誘電体基板１２００の一部にまで埋め込まれ、第２のグランド配線４２０と電気的に接続され、第２の共振器４００の外周を間隔をあけて囲むように複数本配置された、たとえば銅である複数の棒状の金属導体で形成されている。第２のグランド配線４２０と第１のグランドシールド３４０との間は、第２の誘電体層４３２が存在し、電気的に接続されていない（図９において、第２のグランド壁４３０の代わりに第２のグランド配線４２０が配置されていると仮定した場合の第２の誘電体層４３２に対応。）。
このようにして、第１のグランド壁及び第２のグランド壁を、より容易な製造工程であるスルーホールを利用した棒状の第１金属導体３３３と第２金属導体４３３によって形成することができる。
図１０に示す構造にする場合、第１金属導体３３３と第２金属導体４３３の間にも誘電体層（図９において、第１のグランド壁３３０と第２のグランド壁４３０との間の第３の誘電体層５３２に対応する位置の誘電体層）が存在することになる。この誘電体層にも、本発明の第１実施形態で示したように、実効波長と比較して十分に小さい間隔であれば、前述したグランド壁と同等の効果がある。
このように、本発明の第２実施形態の構造を用いることにより、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができるなどといった第１実施形態の種々の効果を奏することができる上に、横方向の電磁界シールド効果を向上させることが可能となる。
（第３実施形態）
本発明の第１及び第２実施形態は、電磁界ノイズを抑制するために横方向にシールドを配置する構造を持つ電磁共鳴結合器１０，１１，１２について説明している。これに対して、本発明の第３実施形態に係る、電磁共鳴結合器を含む電力伝送装置では、第１又は第２実施形態にかかる電磁共鳴結合器１０，１１，１２の上部に機能回路素子を実装することにより、電力伝送装置として集積化することを特徴とする。
以下、代表例として本発明の第１実施形態にかかる電磁共鳴結合器１０を電力伝送装置５０に適用する場合について、図面を参照しながら説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る高周波伝送装置の一例としての電力伝送装置５０の斜視図の一例である。
図１３は、図１２の電力伝送装置５０のＹ軸方向を通る平面（図１２のＣ−Ｃ´線を通り、誘電体基板１０００，２０００，３０００に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。なお、基板以外の部分を理解しやすくするため、基板部分のハッチングは省略している。図１４は、図１２の電力伝送装置５０を矢印の上面から見た平面図である。なお、なお、共振器を理解しやすくするため、ハッチングを付している。
図１２に示す本発明の第３実施形態における機能回路チップ１００１は、高周波信号を送受信する機能を持つ、いわゆる半導体ＩＣである。電力伝送装置５０は、本発明の第１及実施形態の電磁共鳴結合器１０の第２のグランドシールド２４０上に機能回路チップ１００１が実装されている。第１及び第２の入出力端子１１０、１２０は、スルーホール６１０を介して第２のグランドシールド２４０をくり貫いて形成された入出力パッド６２０に電気的に接続されている。第２のグランドシールド２４０と入出力パッド６２０とは電気的に接続されていない。機能回路チップ１００１の高周波信号出力部と入出力パッド６２０とは、たとえば金属ワイヤー５００により電気的に接続されている。
機能回路チップ１００１と電磁共鳴結合器１０とを電力伝送装置５０として集積化を行う場合、低コスト化及び小型化のために、機能回路チップ１００１と電磁共鳴結合器１０とを限りなく同サイズに作製したいという要望がある。たとえば、電磁共鳴結合器１０の上部に機能回路チップ１００１を実装する場合、第２のグランドシールド２４０が機能回路チップ１００１と比較して面積が限りなく大きい場合、機能回路チップ１００１からの電磁界の放射は、第１の共振器１００及び第２の共振器２００に回り込まない。
しかし、実際には、製造コスト等の低減のため、グランドシールド２４０を有する電磁共鳴結合器１０は、機能回路チップ１００１とできる限り同じ面積で作製することが望ましい。たとえば、図１２に示した本発明の第３実施形態のように機能回路チップ１００１が、ほぼ同じ面積のグランドシールド２４０を有する電磁共鳴結合器１０上に実装されている場合を考える。たとえば、機能回路チップ１００１の上面から１Ｗの高周波ノイズが発生すると仮定した場合の高周波ノイズの電界分布を図１５の（１）に示す。図１５中の中央付近の白色部分Ａ１及び斜線部分Ａ２部分は、電界が高い、つまり、高周波ノイズの強い部分である。
図１５の（１）に示すように、第２の共振器２００上に比較的強い電界が分布しており、第２のグランドシールド２４０のみでは、機能回路チップ１００１の横方向からの高周波ノイズ放射を遮断することができないことがわかる。
そこで、本発明の第１実施形態及び第２実施形態で説明したような横方向の高周波ノイズを低減する電磁共鳴結合器１０を使用した場合を考える。前述した仮定と同条件での高周波ノイズの電界分布を図１５の（２）に示す。第２の第２のグランド配線２２０の部分が電界が強く、第２の共振器２００付近では比較的電界分布は小さい。つまり、機能回路チップ１００１からの高周波ノイズは抑制されていることが可能となっている。
機能回路チップ１００１は、電磁共鳴結合器１０の誘電体基板の入出力パッド６２０などへ金属ワイヤー５００のボンディング以外の方法により電気的に接続されても構わない。たとえば、図１６の斜視図、図１７の断面図、及び図１８の平面図に示すように、機能回路チップ１００１に、多数の半田ボールで構成されるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）５１０を生成し、フリップチップ実装し、電磁共鳴結合器１０と電気的に接続することも可能である。なお、図１６及び図１７では、基板以外の部分を理解しやすくするため、基板部分のハッチングは省略している。図１８では、共振器を理解しやすくするため、ハッチングを付している。
さらに、第１及び第２のグランド配線１２０，２２０の外側に機能回路チップ１００１から外部素子への端子６３０を配置しても良い。平面図を図１９に示すとともに、図１９のＤ−Ｄ’での断面図を図２０に示す。なお、図１９では、共振器を理解しやすくするため、ハッチングを付している。グランド配線１２０及び２２０は、電磁共鳴結合器１０において機能的に絶縁を取る必要があるため、縦方向に間隔を空ける必要がある。しかし、端子６３０は電磁共鳴結合器１０とは電気的に独立しているため、誘電体基板１０００，２０００，３０００などを貫いて配置することができる。そのため、グランド配線１２０及び２２０の外側に端子６３０を間隔をあけて複数個配置することで、グランド配線１２０及び２２０の横方向の空間から漏れた僅かな電界をも遮断することが可能となり、シールド機能を更に強化することができる。加えて、このシールド機能の強化だけでなく、チップと他の素子との電気的な接続が容易になる。この端子６３０を取り出すために、端子６３０は、例えば図２０に示すようなリード端子６４０と電気的に接続することができる。なお、図２０では、基板以外の部分を理解しやすくするため、基板部分のハッチングは省略している。リード端子６４０で取り出すことにより端子６３０と他の素子の端子との間の距離が比較的大きく取れるため、沿面距離を確保することができ、耐圧を向上させることができる。また、図２１に示すように、取り出しをＢＧＡ５１０で行っても構わない。この構成とすることで、素子自体のサイズを低減することが可能である。なお、図２１でも、基板以外の部分を理解しやすくするため、基板部分のハッチングは省略している。
上記のような構造とした後に追加する構造は、どのようなものでも構わない。当然ながら、樹脂又はメタル等のパッケージに封止しても問題ない。
また、機能回路チップ１００１は図面では集積化された単一のＩＣチップを示しているが、高周波送信部として、発振器又は増幅器、又は、高周波受信部として整流器等の機能毎に別のチップを複数に分割して実装しても構わない。本願の図面では、機能回路チップ１００１を単一のチップで電磁共鳴結合器１０の上面に配置しているが、グランド配線１２０，２２０により横方向のノイズを防ぐことができているため、図２２に示すように電磁共鳴結合器１０の横方向に配置することも可能である。なお、図２２でも、基板以外の部分を理解しやすくするため、基板部分のハッチングは省略している。
本発明の第３実施形態では、一例として、第１〜第３誘電体基板１０００〜３０００に高誘電率向きフィラーを高充電させたＰＰＥ樹脂を使用しているが、電磁共鳴結合器１０に要求される周波数、大きさ、伝送損失、又は、絶縁耐圧等により、他の材料を使用することも当然可能である。他の材料としては、たとえば、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）等のガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、又は、セラミック基板、ポリフェニレンエーテル樹脂基板、テフロン（登録商標）基板等、一般的にプリント基板に使用されている材料は全て使用可能である。すなわち、電磁共鳴結合器１０、１１、１２を、複数層の誘電体基板を有するプリント基板に形成することが可能である。このように、一般的にプリント基板に使用されている材料を使用することにより、電磁共鳴結合器１０、１１、１２を組み込むシステムの仕様に応じて最適な基板材料を選択することが可能となり、システムへの配線等も含めた全体最適化を行うことができる。
また、電磁共鳴結合器１０、１１、１２を、複数層の誘電体基板を有するプリント基板に形成するとき、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されてなるコンポジット材料を含むようにしてもよい。
これにより、主成分となる第２の誘電体基板の材料中の第１の材料の種類又は配合の割合を変化させることによって、誘電率又は絶縁電界破壊強度を自由に設定することができる。また、第３実施形態では、第１及び第２実施形態と同様に、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができるなどといった種々の効果を奏することができる。
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図２３Ａは、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置の断面図の一例である。図２３Ｂは第４実施形態に係る高周波伝送装置の平面図の一例である。
本発明の第４実施形態における高周波伝送装置１７００は、基板７０１と、基板７０１に内蔵される電磁共鳴結合器７１０と、送信回路７０２と、受信回路７０３と、封止材７０５とで構成される。
基板７０１に内蔵される電磁共鳴結合器７１０は、第１の共振器７１１と、第１の共振器７１１の上方に配置された第２の共振器７１２と、基板７０１の上面上に配置された第１の入出力端子７０８と、基板７０１の上面上に配置された第２の入出力端子７０９と、基板７０１に内蔵された第１のビア７０６と、基板７０１に内蔵された第２のビア７０７とを備える。
第１のビア７０６は、第１の共振器７１１と第１の入出力端子７０８とを電気的に接続している。第２のビア７０７は、第２の共振器７１２と第２の入出力端子７０９を電気的に接続している。
送信回路７０２と受信回路７０３とは、基板７０１の上面（主面）上に配置され、送信回路７０２と第１の入出力端子７０８とは金属ワイヤー７０４で電気的に接続されている。及び受信回路７０３と第２の入出力端子７０９とは金属ワイヤー７０４で電気的に接続されている。 なお、図２３Ｂは、第４実施形態に係る高周波伝送装置の一例として、電磁共鳴結合器７１０の入出力端子７０８，７０９に対して送信回路７０２と受信回路７０３とが金属ワイヤー７０４での接続方向（図２３Ｂの左右方向又は基板７０１の長手方向）に対向している状態の平面図である。なお、図２３Ｂ中、７０２ａ及び７０３ａは金属ワイヤー７０４との接続用のパッドである。また、３つの第１の入出力端子７０８、第２の入出力端子７０９、接続用のパッド７０２ａ及び７０３ａは、グランド、シグナル、グランド（Ｇ−Ｓ−Ｇ）パッドとなっていてもよい。
このような構成にすれば、高周波信号の特性を劣化させることなく電気的に接続することが可能となるといった効果を奏することができる。当然ながら、前記第１の入出力端子７０８、第２の入出力端子７０９、接続用のパッド７０２ａ及び７０３ａは通常のパッドでも構わない。また、第４実施形態でも、第１及び第２実施形態と同様に、電磁共鳴結合器と送信回路と受信回路とを備える伝送装置を、容易に製造することができるなどといった種々の効果を奏することができる。なお、以後の実施態様でも、第１〜第４実施形態と同様な構成を有する場合には、それぞれの構成に基づく作用効果を奏することができる。
送信回路７０２と受信回路７０３との配置例は、これに限られるものではなく、例えば、図２３Ｃに示すように、送信回路７０２と受信回路７０３とが金属ワイヤー７０４での接続方向（図２３Ｂの左右方向又は基板７０１の長手方向）に対して斜め方向で対向して配置されるようにしてもよい。
このような構成にすれば、送信回路と受信回路との距離が離れるため、互いに熱や電磁ノイズの影響を受けにくくできるといった効果を奏することができる。
また、図２３Ｄに示すように、送信回路７０２と受信回路７０３とが金属ワイヤー７０４での接続方向（図２３Ｂの左右方向又は基板７０１の長手方向）に対して交差する方向例えば直交方向で対向して配置されるようにしてもよい。
このような構成にすれば、横方向のサイズを小さくでき、モジュールとして小型化することが可能となるといった効果を奏することができる。
また、図２３Ｅに示すように、送信回路７０２と受信回路７０３とが１つのチップで構成される送受信回路７２０に一体化されて、第３実施形態に類似するように、送受信回路７２０が電磁共鳴結合器７１０の上方の基板７０１の上面（主面）に配置されるようにしてもよい。この例では、図２３Ａにおいて、送信回路７０２と受信回路７０３とが１つの送受信回路７２０に置き換えられた状態となる。
このような構成にすれば、基板７０１へ配置されるチップ数が減少するため、ダイボンド等の実装が容易になるといった効果を奏することができる。
さらに、図２３Ｆに示すように、送信回路７０２と受信回路７０３とが電磁共鳴結合器７１０の上方の領域内に完全に収まるように配置されてもよい。
このような構成にすれば、基板７０１の余分なスペースを省くことができるため、モジュールをより小型化することができるといった効果を奏することができる。
さらに、図２３Ｇに示すように、受信回路７０３が電磁共鳴結合器７１０の上方の領域内に完全に収まるように配置され、送信回路７０２が電磁共鳴結合器７１０の上方の領域から一部はみ出るように配置してもよい。
このような構成にすれば、より、送信回路と受信回路との距離が離れるため、互いに熱や電磁ノイズの影響を受けにくくできるといった効果を奏することができる。
また、図２３Ａ〜図２３Ｇにおいて、第１の入出力端子７０８、送信回路入出力端子７０２ａ及び第２の入出力端子７０９、受信回路入出力端子７０３ａはなるべくワイヤー７０４が短くなるように配置されることが望ましい。
電磁共鳴結合器７１０について、具体的に図２４を用いて説明する。
第１の共鳴配線の一例である第１の共振器７１１は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部７１１ａを有している。
第２の共鳴配線の一例である第２の共振器７１２は、たとえば銅である金属配線によって形成された環状の伝送線路であり、任意の位置の一部に開放部７１２ａを有している。
第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２は、基板７０１の内部に形成される。第１の共振器７１１と第２の共振器７１２は、基板７０１の内部において互いに異なる平面上に対向して形成され、一定の距離が離されており、電気的に絶縁されている。第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２は、それぞれ、いわゆる高周波のアンテナ構造を折り曲げて環状にしたものである。第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２の線路長は、所望の周波数で共振する長さである。つまり、一例として、所望の周波数の実効波長の１／２の線路長とする。
図２４では、第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２はそれぞれ円環形状をしているが、四角枠形又は螺旋形状の伝送線路を用いた枠状又は環状でかつその一部に開放部を有している構成でも構わない。
また、伝送線路が異なる平面上に形成されて対向し、実効波長の１／２波長の線路長となっていれば、所望の周波数に対して共鳴現象が起こる。すなわち、枠状又は環状の伝送線路でなくても、信号の伝送効率は減少するが、同様の効果を実現することは可能である。
一例として、第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２は、金属箔として厚さ３５μｍの銅箔を使用し、基板７０１の材料として高誘電率向きフィラーを高充電させたポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）を用いる。このＰＰＥ樹脂は、誘電率が１０であり、絶縁電界破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍである。このような高誘電率を持つ材料を使用することにより、共振器の実効波長を短くすることが可能となり、電磁共鳴結合器７１０の小型化が可能になる。
本発明の第４実施形態では、一例として、基板７０１の材料として高誘電率向きフィラーを高充電させたＰＰＥ樹脂を使用しているが、電磁共鳴結合器７１０に要求される周波数、大きさ、伝送損失、又は、絶縁耐圧等により、他の材料を使用することも当然可能である。他の材料としては、たとえば、ＦＲ４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）等のガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、セラミック基板、ポリフェニレンエーテル樹脂基板、又は、テフロン（登録商標）基板等、一般的にプリント基板に使用されている材料は全て使用可能である。すなわち、電磁共鳴結合器７１０を、複数層の誘電体基板を有するプリント基板に形成することが可能である。
このように、一般的にプリント基板に使用されている材料を使用することにより、電磁共鳴結合器７１０を組み込むシステムの仕様に応じて最適な基板材料を選択することが可能となり、システムへの配線等も含めた全体最適化を行うことができる。
また、電磁共鳴結合器７１０を、複数層の誘電体基板を有するプリント基板に形成するとき、第１の材料からなる粒子が第２の材料中に分散されてなるコンポジット材料を含むようにしてもよい。
これにより、主成分となる第２の誘電体基板の材料中の第１の材料の種類又は配合の割合を変化させることによって、誘電率又は絶縁電界破壊強度を自由に設定することができる。
図２５は、高周波伝送装置１７００の回路ブロック図の一例を示す図である。
高周波伝送装置１７００は、電磁共鳴結合器７１０と、基板７０１、送信回路７０２と、受信回路７０３と、を備える。
電磁共鳴結合器７１０は、第１の共鳴配線（例えば、第１の共振器７１１）と、第１の共鳴配線７１１と対向して設けられる第２の共鳴配線（例えば、第２の共振器７１２）と、を備えている。
送信回路７０２は、高周波信号を発生させる高周波信号発生部７０２ｂを備えている。送信回路７０２は、入力信号を高周波信号で変調して高周波伝送信号を生成し、第１の共鳴配線７１１に送る。
第１の共鳴配線７１１は、第２の共鳴配線７１２に、高周波伝送信号を伝送する。
受信回路７０３は、第２の共鳴配線７１２に伝送された高周波伝送信号を整流し、入力信号に応じた出力信号を生成する。このとき、受信回路７０３は、ダイオード又はキャパシタなどで構成される整流回路７０３ｂを備えていても良い。
送信回路７０２及び受信回路７０３は、それぞれ、例えば、半導体を用いた集積回路である。
送信回路７０２には、例えば、マイクロ波である高周波信号を発生させる発振器、信号を変調する変調器又はスイッチ回路、及び、信号を増幅する高周波増幅器などが含まれていても良い。
送信回路７０２及び受信回路７０３は、それぞれ、例えば、シリコン又はガリウムヒ素又は窒化ガリウムというどのような材料で形成されても良いが、第４実施形態の１つの実施例においては、一例として、高周波特性に優れ、かつ大電力出力が可能な窒化ガリウムを用いて送受信回路７０２，７０３を形成した。
受信回路７０３には、例えば、高周波信号から元の信号を復元する整流回路などが含まれていても良い。当然ながら、これ以外の回路が含まれていても機能的には問題ない。
図２６は、本発明の第４実施形態に係る高周波伝送装置１７００の回路ブロック図の一例である。図２６を用いて、第４実施形態に係る高周波伝送装置１７００の動作について説明する。
送信回路からの入力信号は、送信回路７０２において、例えば、発振器から発生させたマイクロ波である高周波信号によって変調される。送信回路７０２からの変調波は、第１の入出力端子７０８から第１の共振器７１１へ伝達される。第１の共振器７１１と第２の共振器７１２は電気的に接続されていないが、電磁共鳴現象により、第１の共振器７１１に入力された変調信号は第２の共振器７１２へ絶縁伝送される。第２の共振器７１２へ伝送された変調信号は、第２の入出力端子７０９から受信回路７０３へ伝達され、整流回路により元の信号を復元する。
送信回路７０２で発生する高周波信号は受信回路７０３で元の信号に復元されるため、一般的な高周波伝送装置と異なり、高周波信号が高周波伝送装置１７００の外にそのまま放射されることは無い。
送信回路７０２及び受信回路７０３は、例えばエポキシ又はシリコンから成る封止材７０５によって封止されている。これにより、外部からの衝撃及び温度変化による特性劣化を軽減することが可能となっている。第４実施形態では、樹脂封止を行ったが、必要なければ、樹脂封止は行わなくても構わない。
図２７は、比較例の構成を示す図である。
図２７で示される比較例では、送信回路２及び受信回路３は、基板１上には、配置されていない。
この場合、送信回路２と第１の入出力端子８Ｔとをつなぐ金属ワイヤー４の長さが長くなってしまう。同様に、受信回路３と第２の入出力端子９Ｔとをつなぐ金属ワイヤー４の長さが長くなってしまう。さらに、その製造工程も複雑化してしまう。
これに対して、図２３Ａ〜図２３Ｇに示した第４実施形態の構成では、送信回路７０２及び受信回路７０３が、基板７０１上に配置される。
このため、比較例の構成と比べて、送信回路７０２と第１の入出力端子７０８とをつなぐ金属ワイヤー７０４の長さ、及び、受信回路７０３と第２の入出力端子７０９とをつなぐ金属ワイヤー７０４の長さを、より短くすることができる。これにより、金属ワイヤー７０４自体が持つ寄生インダクタンスや抵抗成分の影響を低減することができる。これにより、例えば、より高周波での使用の際のインピーダンス不整合や出力低下を抑制することが可能となる。
また、送信回路７０２及び受信回路７０３を基板７０１上に配置することで、後述する図３７のように、バンプ７１５又は半田ボールにより、送信回路７０２及び受信回路７０３を基板７０１に接続することも可能となる。これにより、ワイヤー長による抵抗正分野インダクタンスの影響を無くし、より高周波、例えばミリ波帯で使用した際のインピーダンスの不整合や出力低下を抑制することが可能となる。また、その製造工程も簡易化できる。
なお、送信回路７０２及び受信回路７０３は、別々の半導体に集積されている必要はなく、図２８に示すように送受信回路７２０として一つの半導体チップに集積されても良い。このような形態にすることで、基板７０１に配置する半導体チップの数を少なくすることができるため、実装を容易に行うことができるように成る。
なお、送信回路７０２と受信回路７０３のうち、いずれか１つのみが、基板７０１上に配置されていても良い。
例えば、図２９に示されるように、受信回路７０３のみが、基板７０１上に配置されていても良い。このとき、受信回路７０３の配置位置は、図３０に示されるように、電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置であっても良い。なお、電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置とは、一例として、高周波信号の配線用のワイヤー７０４の長さが、なるべく短くなるような位置を意味している。以下の説明でも同様である。
もしくは、図３１に示されるように、送信回路７０２のみが、基板７０１上に配置されていても良い。このとき、送信回路７０２の配置位置は、図３２に示されるように、電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置であっても良い。
また、図３３Ａ及び図３３Ｂに示すように、送信回路７０２及び受信回路７０３（又は、少なくとも送信回路７０２）は、電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置に配置されていても良い。
電磁共鳴結合器７１０の共鳴現象は、電界だけではなく磁界を利用することにより、高効率の伝送を実現している。後述する第５実施形態のような金属シールド７１３，７１４は、電界ノイズを低減することができるが、磁界ノイズは金属シールドを貫くため、低減することができない。電磁共鳴結合器７１０が、例えば、いわゆるコイル状などである場合、直上部で磁界ノイズが大きくなってしまう。そこで、送信回路７０２及び受信回路７０３（又は、少なくとも送信回路７０２）を電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置に配置することにより、この磁界ノイズの影響を最小限に抑制することが可能となる。また、このように配置すれば、第６実施形態のように、放熱構造体７１７を送信回路の直下に設けることもできる。
また、図３４に示すように、受信回路７０３のみを直上領域以外の位置に配置しても、磁界ノイズ低減の効果が得られる。
また、図３５に示すように、送信回路７０２のみを直上領域以外の位置に配置しても、磁界ノイズ低減の効果が得られる。
ここで、送信回路７０２は、高周波信号発生部７０２ｂなどを備えている。このため、送信回路７０２と電磁共鳴結合器７１０とが近接していると、高周波発生部７０２ｂなどからのノイズが、電磁共鳴結合器７１０に影響を与える可能性がある。
このため、送信回路７０２からのノイズの影響を低減するためには、図３２及び図３３Ａ及び図３５８に示すように、送信回路７０２は電磁共鳴結合器７１０の直上の領域以外の位置に配置されることが望ましい。
一方で、受信回路７０３は、送信回路７０２と比較して、電磁共鳴結合器７１０への影響は小さい。
このため、受信回路７０３の配置のためのスペースを小さくするためには、図２３Ａ及び図２９及び図３５に示すように、受信回路７０３は電磁共鳴結合器７１０の直上の領域に配置されることが望ましい。
これによれば、さらに、受信回路７０３と第２の入出力端子７０９とをつなぐ金属ワイヤー７０４の長さを、より短くすることができる。これにより、金属ワイヤー７０４自体が持つ寄生インダクタンスの影響を低減することができる。これにより、例えば、より高周波での使用の際の出力低下を抑制することが可能となる。また、基板７０１の横側のシールドも不要とすることができる。
さらに、この構成によれば、電界遮蔽部の設置を簡略化できる。例えば、受信回路７０３と電磁共鳴結合器７１０との間に電界遮蔽部を設ければ良い。これに対して、図２７及び図３０の受信回路７０３の配置方法では、電磁共鳴結合器７１０の横側からの高周波ノイズの影響を低減するため、例えば、第２実施形態で示したようなグランド壁３３０，４３０を有する構成が必要となる場合があり、電界遮蔽部の設置が複雑化する。
以上のように、図３５に示す構成では、電磁共鳴結合器７１０への影響が大きい送信回路７０２は直上の領域には配置せず、かつ、電磁共鳴結合器７１０への影響が小さい受信回路７０３は直上の領域に配置する。
これにより、受信回路７０３の配置のためのスペースを小さくしながら、かつ、受信回路７０３と第２の入出力端子７０９とをつなぐ金属ワイヤー７０４自体が持つ寄生インダクタンスの影響を低減し、かつ、電界遮蔽部の設置を簡略化し、さらに、送信回路７０２からのノイズの影響を低減することができる。
さらに、図３５に示すような構成であれば、後述する第６実施形態のように、発熱の大きい送信回路７０２のための放熱構造体７１７を、基板７０１に設けることもできる。
なお、下記する第５実施形態のような金属シールド７１３，７１４を合わせて配置することにより、電界ノイズ及び磁界ノイズ両方の影響を低減することが可能となる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る高周波伝送装置１７０１では、電磁共鳴結合器７１０の上下部が、電界遮蔽部の一例である金属シールド７１３，７１４で覆われていることを特徴とする。
以下、本発明の第５実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３６は、本発明の第５実施形態に係る高周波伝送装置１７０１の断面図の一例である。
本発明の第５実施形態における高周波伝送装置１７０１は、基本的な構造は図２３Ａに示す第４実施形態の高周波伝送装置１７００と同じであり、同じ部材には同じ参照符号を付して説明を省略し、異なる点について、主として説明する。
基板７０１の下面に配置され、基板７０１内の電磁共鳴結合器７１０を覆うように第１の金属シールド７１３が形成されている。同様に、基板７０１の上面（主面）に配置され、基板７０１内の電磁共鳴結合器７１０を覆うように第２の金属シールド７１４が形成されている。
すなわち、第１の金属シールド７１３は、第１の共振器７１１とは異なる平面上でかつ第１の共振器７１１の下方に配置された十分に広い金属層で構成されている。
また、第２の金属シールド７１４は、第２の共振器７１２とは異なる平面上でかつ第２の共振器７１２の上方に配置された十分に広い金属層で構成されている。
電磁共鳴結合器７１０の第１の共振器７１１及び第２の共振器７１２は、高周波信号を伝送するため、電界ノイズが外に放射してしまう。そのため、第４実施形態に示したように、電磁共鳴結合器７１０から送信回路７０２及び受信回路７０３へ高周波電波が伝達されてノイズとなり、誤動作を引き起こしてしまうことになる。
そこで、本第５実施形態にように、第１及び第２の金属シールド７１３，７１４を配置することにより、電界ノイズが外に放射すること、あるいは、外からの電界ノイズが電磁共鳴結合器７１０の内部へ侵入することを第１及び第２の金属シールド７１３，７１４で防止する事が可能となる。
なお、第２の金属シールド７１４のみでも効力を発揮する。下側の第１の金属シールド７１３を配置すれば、高周波伝送装置の周囲の他の配線からの電界ノイズが電磁共鳴結合器７１０の内部へ侵入することができる。
また、送受信回路７０２，７０３と基板７０１への実装は、ワイヤーではなく、図３７に示すように、バンプ７１５又は半田ボールのようなものでも構わない。ワイヤーで入出力端子７０８，７０９と電気的に接続した場合、ワイヤー自体が持つ寄生インダクタンスの影響で、集積回路のチップ時と高周波伝送装置に組み込んだ際とで高周波特性が変化してしまうことがある。このように、バンプ７１５で接続することで、ワイヤー長によるインダクタンス及び配線抵抗の影響を無くし、より高周波、例えばミリ波帯で使用した際のインピーダンスの不整合や出力低下を抑制することが可能となる。
（第６実施形態）
以下、本発明の第６実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３８は、本発明の第６実施形態に係る高周波伝送装置１７０２の断面図の一例である。
送信回路７０２はアナログ回路であることが多いため、一般的なデジタル回路と異なり、定常電流が比較的大きい。また、高周波を利用するため、低周波用の回路と比較して電力効率が低い。そのため、送信回路７０２からの発熱が大きくなってしまうという課題がある。
そこで、送信回路７０２の下に放熱構造体７１７を設ける。すなわち、一例を示せば、図３８に示すように送信回路２の直下に金属層７１６を配置し、金属層７１６と放熱ビア７１７とを物理的に接続する。これにより、放熱性を向上させることが可能となる。
金属層７１６は、第２の金属シールド７１４、及び、第１、第２の入出力端子７０８，７０９と同一平面上に形成することが可能である。そのため、特殊なプロセス上の工程は必要ない。
放熱ビア７１７についても、第１のビア７０６及び第２のビア７０７と同一の工程で形成することが可能である。
さらに、放熱性を向上させるためには、放熱ビア７１７の下部を別のヒートシンク等に物理的に接続することが望ましい。また、封止材７０５を無くす、あるいはより放熱性の高い材料に置き換えることも効果的である。
（第７実施形態）
以下、本発明の第７実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３９は、本発明の第７実施形態に係る高周波伝送装置１７０３の平面図の一例である。
２系統以上の絶縁伝送を行う際は、同じ種類の素子を複数個使用する必要がある。そのため、モジュールを実装した際の評価基板のフットプリントが大きくなるという課題、及び、実装コストが大きくなるという課題がある。
そこで、第７実施形態では、１組の送信回路７０２及び受信回路７０３に対して、複数の電磁共鳴結合器７１０Ａ，７１０Ｂを備え、同時に２系統以上の絶縁信号伝送を行うことを特徴とする高周波伝送装置１７０３を提供する。
具体的には、図３９に示すように、本発明の第７実施形態における高周波伝送装置１７０３は、基板７０１と、基板７０１に内蔵される第１の電磁共鳴結合器７１０Ａと、基板７０１に内蔵されかつ第１の電磁共鳴結合器７１０Ａに伝送される信号とは別の信号を伝送する第２の電磁共鳴結合器７１０Ｂと、送信回路７０２と、受信回路７０３と、封止材７０５とで構成される。基板７０１にそれぞれ内蔵される第１の電磁共鳴結合器７１０Ａ及び第２の電磁共鳴結合器７１０Ｂは、第１の入出力端子７０８と、第２の入出力端子７０９とを備える。送信回路７０２と受信回路７０３とは基板７０１の上面（主面）に配置され、送信回路７０２と第１の入出力端子７０８とは金属ワイヤー７０４で電気的に接続されている。受信回路７０３と第２の入出力端子７０９とは金属ワイヤー７０４で電気的に接続されている。
このような構成にすれば、１組の送信回路７０２及び受信回路７０３に対して、複数の電磁共鳴結合器７１０Ａ，７１０Ｂを備えているので、同時に２系統以上の絶縁信号伝送を行うことができて、モジュールを実装した際の評価基板のフットプリントを小さくすることができ、かつ、実装コストも小さくすることができる。
また、図４０に示したような、１素子で複数系統の絶縁伝送が可能な電磁共鳴結合器７２１がＷＯ２０１３/０６５２３８号（特許文献３）において提案されている。この特許文献３に開示されている従来の電磁共鳴結合器７２１は、２つの電磁鳴結合器を１つの電磁共鳴結合器７２１にしたものである。
この従来の電磁共鳴結合器７２１は、所望の波長の１／２の長さで電流と電圧とが共振することで電磁共鳴を行っている。共振器長はこの関係から決定される。共振器長の中心部分、つまり、１／２波長の中心部は、信号の電流が最大でかつ電圧が最小の点となっている。つまり、この部分が接地されているのと同じ現象とみなせる。
そこで、特許文献３に記載されているような、波長の１/２の長さの線路の中心に、グランド７２３と設置するための端子分離用シャント７２２又はビアで裏面等のグランドと接続し、そこから対称の位置に二つの端子を設けた電磁共鳴結合器７２１が提案されている。この端子分離用シャント７２２とビア等とを設けることで、従来の半分の１／４波長で共振させることができるようになっている。
また、この端子分離用シャント７２２、又はビアによって、２つの端子の間にショート点があることから、そこで高周波が反射され、２つの入力信号を分離することができる。つまり、入力１から入った信号は出力１のみに、入力２から入った信号は出力２のみに、それぞれ伝送される。図４１に前述した特許文献３の電磁共鳴結合器７２１の特性を示す。例えば、５．８ＧＨｚにおいて入力１から出力１へは１．５ｄＢと低損失で伝送されているが、入力１から出力２へは信号が２５ｄＢ以上減衰して伝送されないことが確認できる。電磁共鳴結合器７２１は受動素子であるので、入力２から出力２および入力２から出力１の高周波特性は、前述した特性とほぼ等しくなる。
図３９に示したように２系統の絶縁伝送を行うためには、２つの電磁共鳴結合器７１０が必要であった。これに対して、本発明の前記第７実施形態の変形例として、図４２及び図４３Ａ及び図４３Ｂに高周波伝送装置１０７１を示すように図４０の電磁共鳴結合器７２１を２個用いて基板７０１に内蔵することで、電磁共鳴結合器７２１を２つ用いて２系統の絶縁伝送を１つの電磁共鳴結合器素子で実現することができる。なお、図４３Ａは、図４２の高周波伝送装置１０７１の構成の一例を示す断面図である。図４３Ｂは、図４２の高周波伝送装置１０７１の構成の別の例を示す断面図である。
よって、この前記電磁共鳴結合器７２１を、図４２に示すように用いることで、モジュールサイズ全体を小さくでき、さらなる小型化を行うことができる。
なお、本発明を第１〜第７実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第７実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。例えば、第４実施形態〜第７実施形態のいずれかの高周波伝送装置において、電磁共鳴結合器の周囲に金属壁、すなわち、第２実施形態の第１の金属壁３３０と第２の金属壁４３０とを備えるようにしてもよい。
また、一例として、図４４及び図４５に示すように、複数の実施形態（例えば、第６実施形態と第４実施形態）を組み合わせて、送受信回路が１チップで構成される送受信回路７２０で、かつ、放熱構造体７１７と金属シールド７１３，７１４とが付いた高周波伝送装置１７０２Ａとしてもよい。この場合は、組み合わせた実施形態の効果をそれぞれ発揮することができる。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明にかかる電磁共鳴結合器は、共振器の、基板の厚み方向のみならず厚み方向と直交する横方向に、高周波シールドを配置することにより、高周波ノイズの放射を抑制する電磁共鳴結合器を提供することができる。また、その電磁共鳴結合器を用いて機能回路チップと集積化することで、小型のアイソレータ又は、絶縁型電力伝送装置などの高周波伝送装置として利用することが可能である。また、本発明にかかる高周波伝送装置は、電磁共鳴結合器を基板上に形成し、送受信回路と集積化することで、小型のモジュールとすることができる。このような高周波伝送装置は、インターフェイスの入出力に利用するアイソレータ、又は、絶縁型電力伝送装置として利用することが可能である。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (7)

  1. 基板と、電磁共鳴結合器と、送信回路と、受信回路とを備え、
    前記電磁共鳴結合器は、前記基板に配置されかつ前記送信回路に電気的に接続された第１の共鳴配線と、前記受信回路に電気的に接続されかつ前記第１の共鳴配線と対向して前記基板に配置される第２の共鳴配線と、を備え、
    前記送信回路は、前記基板に配置され、高周波信号を発生させる高周波信号発生部を備え、
    前記送信回路は、前記基板に配置され、前記高周波信号発生部で発生した前記高周波信号で入力信号を変調して高周波伝送信号を生成し、生成した高周波伝送信号を前記第１の共鳴配線に送り、
    前記第１の共鳴配線は、前記送信回路から送られた前記高周波伝送信号を前記第２の共鳴配線に伝送し、
    前記受信回路は、前記第２の共鳴配線に伝送された前記高周波伝送信号を整流し、前記入力信号に応じた出力信号を生成し、
    前記受信回路は、前記基板の主面上に配置される、
    高周波伝送装置。
  2. 前記受信回路は、前記基板の前記主面上の領域のうち、前記電磁共鳴結合器が配置されている領域の直上の領域に配置される、
    請求項１に記載の高周波伝送装置。
  3. 前記送信回路は、前記基板の前記主面上の領域のうち、前記電磁共鳴結合器が配置されている領域の直上の領域以外の位置に配置される、
    請求項２に記載の高周波伝送装置。
  4. 前記送信回路は、前記基板の前記主面上に配置され、
    前記送信回路の下に放熱構造体が配置される、
    請求項３に記載の高周波伝送装置。
  5. 前記送信回路と前記受信回路とは、一つの半導体チップに集積されて、前記基板の前記主面上に配置される、
    請求項３又は４に記載の高周波伝送装置。
  6. 前記電磁共鳴結合器と前記受信回路との間には電界遮蔽部が配置される、
    請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波伝送装置。
  7. 前記電磁共鳴結合器の周囲に、金属壁が配置される、
    請求項１〜６のいずれか１つに記載の高周波伝送装置。
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