JPWO2018131138A1

JPWO2018131138A1 - 高周波共振器及びこれを用いた高周波発振器

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Publication number: JPWO2018131138A1
Application number: JP2018561751A
Authority: JP
Inventors: 津留　正臣; 正臣津留
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2019-07-04
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Abstract

誘電体（６）上に、第１の伝送線路（１）と第２の伝送線路（２）とこれらの間に位置する伝送線路間誘電体（７）とを設ける。伝送線路間誘電体（７）は誘電体（６）を含む周囲の誘電体と独立した誘電率を有する。第１の伝送線路（１）の一端はスルーホール（３）で短絡され、第２の伝送線路（２）の、第１の伝送線路（１）の一端とは逆側の端部はスルーホール４で短絡される。第１の伝送線路（１）か第２の伝送線路（２）のいずれか一方に高周波入出力端子（９）を備える。

Description

本発明は、インターデジタル型の高周波共振器及びこれを用いた高周波発振器に関するものである。

従来の高周波共振器として、例えば、特許文献１に示されるようなインターデジタル型結合共振器があった。この結合共振器は、非結合時の共振周波数で１／４波長となる２つの伝送線路で構成され、当該伝送線路はそれぞれ一端が短絡、他端が開放である。これらの伝送線路は、短絡点が互い違いとなるように平行に配置される。このような共振器をインターデジタル型共振器という。高周波入力端子は、一方の伝送線路にタップ結合され、高周波出力端子は、他方の伝送線路にタップ結合され、これらのタップ結合点は回転対称軸を有する結合共振器の回転対称軸に対して互いに回転対称となる位置に配置されていた。

上記のような高周波共振器では、インターデジタル型に配置された伝送線路の間隔を狭くすることで伝送線路は結合が強くなり、共振周波数は二つになる。一方の共振周波数は非結合時の共振周波数よりも低い共振周波数であり、他方の共振周波数は非結合時の共振周波数よりも高い共振周波数である。このような高周波共振器は、伝送線路間の容量が共振モードに依存することを利用して、伝送線路の間隔を小さくすることで共振モードに対する容量の変化を大きくし、より低い周波数の共振と、より高い周波数の共振が得られるようにしていた。すなわち、インターデジタル型結合共振器では、高い周波数の共振を十分に高くして、低い周波数の共振を用いることで、帯域通過フィルタ等に用いられていた。

特開２００７−６０６１８号公報

上記のように、伝送線路間の結合は間隔に依存する。しかしながら、従来の高周波共振器においては、強結合を得るために多層基板内層の上下配線を用いていたが、他の周辺回路と同じ層に形成されるため、内層の誘電体厚さや誘電率に対する設計自由度が少なく、その結果、伝送線路間の間隔を小さくすることが困難であり、従って、高周波共振器として小型化するのが困難であった。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、小型化を図ることができる高周波共振器を提供することを目的とする。

この発明に係る高周波共振器は、誘電体上に設けられた第１の伝送線路と、第１の伝送線路とは異なる層に設けられた第２の伝送線路と、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間の層に位置する伝送線路間誘電体とを備え、誘電体と第１の伝送線路と伝送線路間誘電体と第２の伝送線路とは積層構造であり、かつ、伝送線路間誘電体は、誘電体を含む周囲の誘電体の誘電率とは独立した誘電率を有するようにしたものである。

この発明に係る高周波共振器は、第１の伝送線路と第２の伝送線路間に位置する伝送線路間誘電体が、周囲の誘電体の誘電率とは独立した誘電率を有するようにしたものである。これにより、伝送線路間の間隔を狭くして伝送線路間の結合を強くすることができ、その結果、高周波共振器の小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１の高周波共振器の斜視図である。この発明の実施の形態１の高周波共振器の断面図である。この発明の実施の形態１の高周波共振器の共振周波数の関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１の高周波共振器の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態１の高周波共振器の他の例を示す斜視図である。この発明の実施の形態１の高周波共振器の更に他の例を示す斜視図である。この発明の実施の形態２の高周波共振器の斜視図である。この発明の実施の形態２の高周波共振器の動作を示す説明図である。図９Ａ及び図９Ｂは、この発明の実施の形態２の高周波共振器のスタック構造を示す説明図である。この発明の実施の形態２の高周波共振器の他の例の構成図である。この発明の実施の形態３の高周波共振器の斜視図である。この発明の実施の形態３の高周波共振器の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態４の高周波発振器の構成図である。この発明の実施の形態５の高周波発振器の構成図である。この発明の実施の形態６の高周波発振器の構成図である。この発明の実施の形態６の高周波発振器の他の例の構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による高周波共振器を示す斜視図である。
図において、高周波共振器は、第１の伝送線路１、第２の伝送線路２、スルーホール３，４、誘電体６、伝送線路間誘電体７、高周波入出力端子９を備える。第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２は、それぞれ一端開放一端短絡であり、スルーホール３，４で形成される短絡端が互い違いとなるように、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）製造プロセスを用いてそれぞれ上面電極と下面電極に平行に配置されている。ここで、ＭＩＭ製造プロセスとは、絶縁性の基板上にスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などの薄膜形成プロセスによって下面電極、誘電体薄膜、上面電極を形成するものであるが、これについては公知であるため、詳細な説明は省略する。

スルーホール３及びスルーホール４は、それぞれ第１の伝送線路１の一端を短絡する第１の短絡部及び第２の伝送線路２の第１の伝送線路１とは逆側の端を短絡する第２の短絡部を構成しており、誘電体６の下面のグランド層に接続されている。高周波入出力端子９は、第１の伝送線路１にタップ結合されたものであり、周辺回路からの電波が入力または出力される端子である。ここで、タップ結合とは、共振器（ここでは第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２）の短絡端以外に電波が入力または出力される端子を接続することである。

図２に示すように、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との間の伝送線路間誘電体７の誘電率ε_ｒ２は、誘電体６の誘電率ε_ｒ１、及び共振器周辺の誘電体８の誘電率ε_ｒ３と独立したものである。例えば、誘電体６はＧａＡｓ基板、誘電体８は空気でも良く、誘電体６も誘電体８もＳｉＯ_２であっても良い。また、伝送線路間誘電体７は薄膜以下の厚さに形成されている。

次に、実施の形態１の高周波共振器の動作について説明する。
平行に配置された非結合時の共振周波数ｆ_０で１／４波長の電気長を有する第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との間隔が狭くなると、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２の結合は強くなり、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２の電磁界が相互作用を起こすことで、奇モードと偶モードの共振が生じるようになる。図３は、共振周波数を示す説明図である。図３の矢印３０１に示すように、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との結合により非結合時の共振周波数ｆ_０が奇モード（低域側共振周波数ｆ_Ｌ）と偶モード（高域側共振周波数ｆ_Ｈ）に分離される。

図４に示すように、奇モードの場合、第１の伝送線路１では開放端の方が短絡端より電位が高く、開放端から短絡端に電流が流れるとき、第２の伝送線路２では短絡端の方が開放端より電位が高く、短絡端から開放端に電流が流れる向きにある。第１の伝送線路１の開放端と第２の伝送線路２の短絡端が上下対向する位置にあることから、電流の流れる向きは上下で同じ向きとなって相互インダクタンスが大きくなり、共振周波数が低くなる。また、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との間の中点が仮想短絡の面を形成するため、等価的にキャパシタンスが大きくなり、共振周波数は低周波にシフトする。偶モードの場合、第１の伝送線路１では開放端の方が短絡端より電位が高く、開放端から短絡端に電流が流れるとき、第２の伝送線路２においても開放端の方が短絡端より電位が高く、開放端から短絡端に電流が流れる向きにある。第１の伝送線路１の開放端と第２の伝送線路２の短絡端が上下対向する位置にあることから、電流の流れる向きは上下で逆向きとなって相互インダクタンスが小さくなるため、共振周波数が高くなる。偶モードでは、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との間の中点が仮想短絡の面を形成しないため、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２の間隔によるキャパシタンスが形成される。

高周波入出力端子９に電波を入力することで低域側共振周波数ｆ_Ｌもしくは高域側共振周波数ｆ_Ｈは低損失で反射して高周波入出力端子９から出力される。このとき高周波入出力端子９はタップ結合により高周波共振器に接続されているため、高周波共振器は並列共振器として動作している。なお、図４において、αは第１の伝送線路１における短絡端からタップ結合点までの距離を示している。

従来のように、多層基板内の異なる層に形成された伝送線路はそれぞれ異なる層厚さのため、対グランド間容量が異なり、同じ線路幅では特性インピーダンスが異なる、上側と下側の伝送線路の電界分布が対称ではない、などアンバランスな状態である。一方、ＭＩＭ製造プロセスを用いて形成された伝送線路は、線路間隔が多層基板内の層厚さと比較して十分小さく、ｎｍオーダで製造可能である。従って、伝送線路間の静電容量が大きく、伝送線路間の電界分布は線路間に集中するため、従来のような問題は回避され、対称性の良い特性となる。

このような点から、高周波共振器において小型化を図るためには、ＭＩＭ製造プロセスを用いて第１の伝送線路１と第２の伝送線路２の間隔を狭く、伝送線路間誘電体７の誘電率ε_ｒ２を大きくして、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２の間の結合度を大きくすることが有効である。

また、図５に示すように、第１の伝送線路１の一端を短絡する第１の短絡部であるスルーホール３を、第２の短絡部であるスルーホール４と同じ層に形成し、第１の伝送線路１とはエアブリッジ５などで接続しても良い。なお、第１の伝送線路１とスルーホール３とをエアブリッジ５で接続する構成は、電気長の設計事項である。

また、図６に示すように、高周波入出力端子９１と高周波入出力端子９２をそれぞれ第１の伝送線路１と第２の伝送線路２に備えても良い。これらの高周波入出力端子９１と高周波入出力端子９２は、第１の短絡端からの電気長と前記第２の短絡端からの電気長とが同じ点となる距離ｄＬに接続されている。これにより、高周波入出力端子９１と高周波入出力端子９２の対称性が保たれ、高周波共振器として損失が小さく良好な特性が得られる。

以上説明したように、実施の形態１の高周波共振器によれば、誘電体上に設けられた第１の伝送線路と、第１の伝送線路とは異なる層に設けられた第２の伝送線路と、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間の層に位置する伝送線路間誘電体とを備え、誘電体と第１の伝送線路と伝送線路間誘電体と第２の伝送線路とは積層構造であり、かつ、伝送線路間誘電体は、誘電体を含む周囲の誘電体の誘電率とは独立した誘電率を有するようにしたので、高周波共振器の伝送線路間の結合を強くでき、その結果、高周波共振器の小型化を図ることができる。

また、実施の形態１の高周波共振器によれば、伝送線路間誘電体は、積層構造の同層に位置する周囲の誘電体の誘電率より大きい誘電率を有するようにしたので、高周波共振器の伝送線路間の結合を強くすることができる。

また、実施の形態１の高周波共振器によれば、伝送線路間誘電体を薄膜以下の厚さにするようにしたので、伝送線路間の静電容量を大きくするとともに、対称性の良い特性とすることができる。

また、実施の形態１の高周波共振器によれば、第１の伝送線路の一端を短絡する第１の短絡部と、第２の伝送線路の第１の短絡部とは逆側の端を短絡する第２の短絡部とを備えたので、容易に高周波共振器を構成することができる。

また、実施の形態１の高周波共振器によれば、第１の伝送線路及び第２の伝送線路のうち、少なくともいずれかの伝送線路の短絡部以外の位置に接続した高周波入出力端子を備えたので、高周波共振器として外部との電波の入出力を行うことができる。

また、実施の形態１の高周波共振器によれば、第１の伝送線路における第１の短絡部からの電気長と、第２の伝送線路における第２の短絡部からの電気長とが同じ位置に、それぞれ高周波入出力端子を設けたので、二つの高周波入出力端子の対称性が保たれ、高周波共振器として損失が小さく良好な特性を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２による高周波共振器の伝送線路部を示す構成図である。また、図８は、実施の形態２による高周波共振器の動作説明図である。
これらの図において、実施の形態２の高周波共振器は、第１の伝送線路１、第２の伝送線路２、スルーホール３，４、誘電体６、伝送線路間誘電体７、高周波入出力端子９，９１，９２、キャパシタ１０１，１０２、抵抗１２とを備える。ここで、キャパシタ１０１，１０２及び抵抗１２以外の構成は、実施の形態１における図１及び図６の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。ただし、高周波入出力端子９１，９２は、それぞれ第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２の中点（スルーホール３，４からの距離ｄＬの点）に接続されている。キャパシタ１０１，１０２は、それぞれの一端が高周波入出力端子９１，９２に接続されている。すなわち図８の接続状態１０３に示すように、それぞれが第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２の中点に接続されていることになる。キャパシタ１０１，１０２の他端同士は抵抗１２の一端に接続され、抵抗１２の他端側は短絡されている。ここで、キャパシタ１０１は第１のリアクタンス回路を構成し、キャパシタ１０２は第２のリアクタンス回路を構成している。

次に、実施の形態２の高周波共振器の動作について説明する。
基本的な動作は実施の形態１の高周波共振器と同様である。ただし、高周波入出力端子９１，９２は第１の伝送線路１と第２の伝送線路２のそれぞれ中点に接続されているため、接続されたキャパシタ１０１とキャパシタ１０２の他端同士の接続点では、奇モードが逆相で動作していることで仮想短絡に、偶モードが同相で動作していることで抵抗１２が見えて抵抗終端になっている（図８参照）。従って、奇モードは抵抗１２に電流が流れず損失が生じないのに対して、偶モードは抵抗１２に電流が流れて損失が生じるため、高周波共振器は高周波の共振周波数（ｆ_Ｈ）が抑圧され、低周波の共振周波数（ｆ_Ｌ）のみで動作する。

また、共振器の無負荷Ｑ（Ｑ_ｕ０）は、等価コンダクタンス、等価キャパシタンス、等価インダクタンスをそれぞれＧ_ｒ、Ｃ_ｒ、Ｌ_ｒとすると次式で表わされる。

上式においてω_０は共振角周波数である。この等価キャパシタンスＣ_ｒにキャパシタ１０１，１０２の容量が加わるため、低域側の共振の無負荷Ｑ（Ｑ_ｕＬ）はさらに大きくなる。Ｑ値が高いと周波数特性は急峻であるため、急峻な周波数特性が得られる。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、キャパシタ１０１，１０２はスタック構造１０４としても良い。これにより、キャパシタ１０１とキャパシタ１０２を平面に形成した場合よりも高周波入出力端子９１とキャパシタ１０１との間の電気長と、高周波入出力端子９２とキャパシタ１０２との間の電気長とを等しくでき、対称性が向上し、所望の低周波の共振周波数での損失を小さくできる効果がある。例えば、スタック構造１０４は、高周波入出力端子９１に接続される上面電極１０５、高周波入出力端子９２に接続される下面電極１０６、抵抗１２の他端に接続される中央電極１０７の三つの電極で形成される。また、スタック構造１０４は、ＭＩＭキャパシタの縦積みで形成されても良い。

図１０に示すように、キャパシタ１０１，１０２はそれぞれ可変容量素子１１１，１１２としても良い。これにより、高周波共振器の共振周波数を変化させることが可能となる。このとき、可変容量素子１１１，１１２のアノード端子をそれぞれ高周波入出力端子９１，９２に接続し、カソード端子同士を抵抗１２の他端に接続することで、抵抗１２はバイアス回路として共有することができる。また、抵抗１２の他端は所望の共振周波数で仮想短絡であるため、抵抗１２の抵抗値を従来のように数百から数ｋΩと大きくする必要がなくなり、可変容量素子１１１，１１２への雑音の重畳を小さくできる効果がある。これは後述する発振器の位相雑音低減にも効果を奏する。一端が短絡されたキャパシタ１３の他端は抵抗１２の一端に接続され、抵抗１２の一端を高周波的に短絡する。抵抗１２の一端は制御電圧源に接続される。

また、可変容量素子１１１，１１２のカソード端子をそれぞれ高周波入出力端子９１，９２に接続し、アノード端子同士を抵抗１２の他端に接続しても良い。

以上説明したように、実施の形態２の高周波共振器によれば、第１の伝送線路の中点に一端が接続された第１のリアクタンス回路と、第２の伝送線路の中点に一端が接続され、他端が第１のリアクタンス回路の他端と接続された第２のリアクタンス回路と、第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路との接続点に一端が接続され、他端が少なくとも高周波的に短絡された抵抗とを備えたので、不要な高域側の共振を抑圧でき、低域側の共振のみにできる効果がある。

また、実施の形態２の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路は、スタック構造のキャパシタにて形成されたので、所望の低周波の共振周波数での損失を小さくすることができる。

また、実施の形態２の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路、第２のリアクタンス回路及びその接続点は、それぞれ上面、下面及び中央の三つの電極で形成されたので、所望の低周波の共振周波数での損失を小さくすることができる。

また、実施の形態２の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、それぞれ第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子であり、第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子のアノード端子同士またはカソード端子同士を第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路との接続点に接続し、抵抗を第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子のバイアス回路に備えたので、高周波共振器の共振周波数を変化させることができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３による高周波共振器の伝送線路部を示す構成図である。また、図１２は、実施の形態３による高周波共振器の動作説明図である。
これらの図において、実施の形態３の高周波共振器は、第１の伝送線路１、第２の伝送線路２、スルーホール３，４、誘電体６、伝送線路間誘電体７、高周波入出力端子９１，９２，９３，９４、キャパシタ１０１，１０２、抵抗１２とを備える。ここで、高周波入出力端子９がなく、高周波入出力端子９３，９４が設けられている点以外の構成は、実施の形態２における図７及び図８の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

高周波入出力端子９３及び高周波入出力端子９４は、それぞれ第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２に対して、それぞれの短絡端からの距離ｄＬ_２の位置にタップ結合された端子である。これらの高周波入出力端子９３及び高周波入出力端子９４は、周辺回路からの電波がこれら端子を一対とした差動で入力または出力される端子である。

次に、実施の形態３の高周波共振器の動作について説明する。
基本的な動作は実施の形態２と同様である。ただし、高周波入出力端子９３及び高周波入出力端子９４はそれぞれ第１の伝送線路１及び第２の伝送線路２の短絡点から同じ電気長の点に接続されているため、高周波共振器で差動動作する低周波の共振周波数（ｆ_Ｌ）が等振幅で出力される。従って、差動回路への適用が容易となる。

なお、実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、図９及び図１０で示すキャパシタ１０１，１０２の変形例を適用しても良い。また、この適用は実施の形態４以降においても同様である。

以上説明したように、実施の形態３の高周波共振器によれば、第１の伝送線路の中点に一端が接続された第１のリアクタンス回路と、第２の伝送線路の中点に一端が接続され、他端が第１のリアクタンス回路の他端と接続された第２のリアクタンス回路と、第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路との接続点に一端が接続され、他端が少なくとも高周波的に短絡された抵抗とを備えたので、実施の形態２の効果に加えて、差動回路への適用が容易となる。

また、実施の形態３の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路は、スタック構造のキャパシタにて形成されたので、所望の低周波の共振周波数での損失を小さくすることができる。

また、実施の形態３の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路、第２のリアクタンス回路及びその接続点は、それぞれ上面、下面及び中央の三つの電極で形成されたので、所望の低周波の共振周波数での損失を小さくすることができる。

また、実施の形態３の高周波共振器によれば、第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、それぞれ第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子であり、第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子のアノード端子同士またはカソード端子同士を第１のリアクタンス回路と第２のリアクタンス回路との接続点に接続し、抵抗を第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子のバイアス回路に備えたので、高周波共振器の共振周波数を変化させることができる。

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４による高周波発振器を示す構成図である。
実施の形態４の高周波発振器は、実施の形態２の高周波共振器と能動回路１４１で構成されている。高周波共振器については実施の形態２と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。能動回路１４１は、低周波の共振周波数ｆ_Ｌで反射利得を有する回路である。能動回路１４１の入力端子は高周波入出力端子９に接続され、高周波共振器と能動回路１４１によって、高周波共振器の反射位相と能動回路１４１の反射位相の和（ループ位相）が共振周波数ｆ_Ｌで３６０°の整数倍（０を含む）となり、高周波共振器の反射利得と能動回路１４１の反射利得の和（ループ利得）が０ｄＢ以上となる発振条件を満足する正帰還を形成するものである。

次に、実施の形態４の高周波発振器の動作について説明する。
共振周波数ｆ_Ｌ近傍の高周波雑音が能動回路１４１に入力され、その電力が増幅されて高周波共振器の高周波入出力端子９に与えられる。高周波入出力端子９から入力された電力は、高周波共振器の共振周波数ｆ_Ｌで他の周波数よりも低損失で反射し、再び能動回路１４１に与えられる。能動回路１４１と高周波共振器は正帰還となるように構成されているため、元の高周波雑音は益々増幅し、最終的に発振に至る。

実施の形態２で説明したように、高周波共振器は、キャパシタ１０１の一端が第１の伝送線路１の中点である高周波入出力端子９１に接続され、キャパシタ１０２の一端が第２の伝送線路２の中点である高周波入出力端子９２に接続されているため、奇モード及び偶モードに対してそれぞれ対称性を保持しており、偶モードで動作する高域側共振周波数ｆ_Ｈは抵抗１２による損失が生じて抑圧されているために、発振条件のループ利得を満足できず、ｆ_Ｈ近傍の高周波雑音は発振に至らず、不要発振が抑圧される。

従って、実施の形態４では、高周波共振器の高域側の共振を抑圧し、低域側の共振のみにでき、これを用いた発振器において高域側の不要発振を抑圧でき、低域側での発振を得ることができる。また、ＭＩＭ製造プロセスを用いて伝送線路を形成して強結合を実現できるため、小型化が図れ、かつ高周波共振器のＱが高いため低位相雑音化の効果を有する。

以上説明したように、実施の形態４の高周波発振器によれば、実施の形態２の高周波共振器を用い、高周波入出力端子に、設定された周波数で反射利得を有する能動回路の入力端子を接続したので、高域側の不要発振を抑圧でき、低域側での発振を得ることができる。また、高周波発振器として小型化が図れ、かつ、低位相雑音化を図ることができる。

実施の形態５．
図１４はこの発明の実施の形態５による高周波発振器を示す構成図である。
実施の形態５の高周波発振器は、実施の形態３の高周波共振器と、能動回路１４１と、並列共振回路１５０で構成されている。高周波共振器については実施の形態３と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。能動回路１４１は、実施の形態４と同様であり、低周波の共振周波数ｆ_Ｌで反射利得を有する回路である。能動回路１４１の入力端子は高周波入出力端子９３に接続されている。並列共振回路１５０は、低周波の共振周波数ｆ_Ｌで並列共振する共振回路であり、その一端が短絡され、他端が高周波入出力端子９４に接続されている。並列共振回路１５０は、キャパシタ１５１とインダクタ１５２から構成されている。これら高周波共振器、能動回路１４１、並列共振回路１５０によって、並列共振回路１５０を含めた高周波共振器の反射位相と能動回路１４１の反射位相の和（ループ位相）が、共振周波数ｆ_Ｌで３６０°の整数倍（０を含む）となり、並列共振回路１５０を含めた高周波共振器の反射利得と能動回路１４１の反射利得の和（ループ利得）が０ｄＢ以上となる発振条件を満足する正帰還を形成するものである。

次に、実施の形態５の高周波発振器の動作について説明する。
基本的な動作は実施の形態４と同様である。高周波入出力端子９４に並列共振回路１５０が接続されているため、高周波共振器の位相の傾きが大きくなり、Ｑ値が向上する効果がある。このとき、並列共振回路１５０のインピーダンスは所望周波数であるｆ_Ｌでは開放であるため、実施の形態４と同等の対称性を保つことが可能である。
また、キャパシタ１５１を可変容量として同調回路とすることで、高周波発振器の発振周波数を変化させることが可能となる。
なお、並列共振回路１５０は、等価的に並列共振回路とみなせる回路であっても良い。

以上説明したように、実施の形態５の高周波発振器によれば、実施の形態３の高周波共振器を用い、第１の伝送線路に接続された高周波入出力端子と第２の伝送線路に接続された高周波入出力端子のうち、いずれか一方の高周波入出力端子に能動回路の入力端子を、他方の高周波入出力端子に、その一端が短絡された並列共振回路の他端を接続したので、実施の形態４の効果に加えて、高周波共振器のＱ値を改善し、さらに低位相雑音化を図ることができる。

実施の形態６．
図１５はこの発明の実施の形態６による高周波発振器を示す構成図である。
実施の形態６の高周波発振器は、実施の形態３の高周波共振器と、能動回路１４１，１４２で構成されている。高周波共振器と能動回路１４１の構成は実施の形態５の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。能動回路１４２は、能動回路１４１と同様に低周波の共振周波数ｆ_Ｌで反射利得を有する回路であり、その入力端子が高周波入出力端子９４に接続されている。これら高周波共振器と能動回路１４１，１４２によって、高周波入出力端子９３，９４を一対とする差動でみた反射位相と能動回路１４１，１４２の入出力端子を一対とする差動の反射位相の和（ループ位相）が共振周波数ｆ_Ｌで３６０°の整数倍（０を含む）となり、高周波共振器の反射利得と能動回路１４１，１４２の反射利得の和（ループ利得）が０ｄＢ以上となる発振条件を満足する正帰還を形成するものである。

次に、実施の形態６の高周波発振器の動作について説明する。
共振周波数ｆ_Ｌ近傍の高周波雑音が能動回路１４１及び能動回路１４２に入力され、その電力が増幅されて高周波共振器の高周波入出力端子９３及び高周波入出力端子９４に与えられる。高周波入出力端子９３，９４から入力された電力は、高周波共振器の共振周波数ｆ_Ｌで他の周波数よりも低損失で反射し、再び能動回路１４１，１４２に与えられる。ただし、高周波共振器の動作から分かるように低損失なのは差動で動作する成分である。従って、能動回路１４１，１４２も差動で動作する。能動回路１４１，１４２と高周波共振器は正帰還となるように構成されているため、元の高周波雑音は益々増幅し、最終的に発振に至る。

図１５における能動回路１４１，１４２は差動で動作することから、図１６に示すように二つの能動回路１４１，１４２をクロスカップル型能動回路１４３に置き換えても良い。これにより、高周波発振器のさらなる小型化を図ることができる。

このように、実施の形態６では、高周波共振器の高域側の共振を抑圧し、低域側の共振のみにでき、これを用いた発振器において高域側の不要発振を抑圧でき、低域側での発振を得ることができる。また、ＭＩＭ製造プロセスを用いて伝送線路を形成して強結合を実現できるため小型化の効果を奏し、かつコモンノイズによる外乱に強い逆相で動作する発振波が得られる。

以上説明したように、実施の形態６の高周波発振器によれば、実施の形態３の高周波共振器を用い、第１の伝送線路に接続された高周波入出力端子と第２の伝送線路に接続された高周波入出力端子の双方にそれぞれ能動回路の入力端子を接続したので、高周波発振器としての不要な発振を抑圧でき、また、小型化が図れ、かつ、コモンノイズによる外乱に強い逆相で動作する発振波を得ることができる。

なお、以上の各実施の形態においては、高周波部に関する構成及び説明を行ったが、能動回路などに印加される直流電圧の分離のためのＤＣブロック等の挿入については当業者にとって自明である。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る高周波共振器及び高周波発振器は、インターデジタル型の高周波共振器と、この高周波共振器を用いた高周波発振器に関するものであり、高周波フィルタや通信装置用局部発振源等に用いるのに適している。

１第１の伝送線路、２第２の伝送線路、３，４スルーホール、５エアブリッジ、６，８誘電体、７伝送線路間誘電体、９，９１，９２，９３，９４高周波入出力端子、１２抵抗、１３，１０１，１０２，１５１キャパシタ、１０４スタック構造、１０５上面電極、１０６下面電極、１０７中央電極、１１１，１１２可変容量素子、１４１，１４２能動回路、１４３クロスカップル型能動回路、１５０並列共振回路、１５２インダクタ。

この発明に係る高周波共振器は、誘電体上に設けられた第１の伝送線路と、第１の伝送線路とは異なる層に設けられた第２の伝送線路と、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間の層に位置する伝送線路間誘電体とを備え、誘電体と第１の伝送線路と伝送線路間誘電体と第２の伝送線路とは積層構造であり、かつ、伝送線路間誘電体は、誘電体を含む周囲の誘電体の誘電率とは独立した誘電率を有するようにするとともに、薄膜以下の厚さであるようにしたものである。

Claims

誘電体上に設けられた第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路とは異なる層に設けられた第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間の層に位置する伝送線路間誘電体とを備え、
前記誘電体と前記第１の伝送線路と前記伝送線路間誘電体と前記第２の伝送線路とは積層構造であり、かつ、前記伝送線路間誘電体は、前記誘電体を含む周囲の誘電体の誘電率とは独立した誘電率を有することを特徴とする高周波共振器。
前記伝送線路間誘電体は、積層構造の同層に位置する周囲の誘電体の誘電率より大きい誘電率を有することを特徴とする請求項１記載の高周波共振器。
前記伝送線路間誘電体は、薄膜以下の厚さであることを特徴とする請求項１記載の高周波共振器。
前記第１の伝送線路の一端を短絡する第１の短絡部と、
前記第２の伝送線路の、前記第１の短絡部とは逆側の端を短絡する第２の短絡部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波共振器。
前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路のうち、少なくともいずれかの伝送線路の前記短絡部以外の位置に高周波入出力端子を備えたことを特徴とする請求項４記載の高周波共振器。
前記第１の伝送線路における前記第１の短絡部からの電気長と、前記第２の伝送線路における前記第２の短絡部からの電気長とが同じ位置に、それぞれ高周波入出力端子を備えたことを特徴とする請求項４記載の高周波共振器。
前記第１の伝送線路の中点に一端が接続された第１のリアクタンス回路と、
前記第２の伝送線路の中点に一端が接続され、他端が前記第１のリアクタンス回路の他端と接続された第２のリアクタンス回路と、
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路との接続点に一端が接続され、他端が少なくとも高周波的に短絡された抵抗とを備えたことを特徴とする請求項５記載の高周波共振器。
前記第１の伝送線路の中点に一端が接続された第１のリアクタンス回路と、
前記第２の伝送線路の中点に一端が接続され、他端が前記第１のリアクタンス回路の他端と接続された第２のリアクタンス回路と、
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路との接続点に一端が接続され、他端が少なくとも高周波的に短絡された抵抗とを備えたことを特徴とする請求項６記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、スタック構造のキャパシタにて形成されたことを特徴とする請求項７記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、スタック構造のキャパシタにて形成されたことを特徴とする請求項８記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路、前記第２のリアクタンス回路及びその接続点は、それぞれ上面、下面及び中央の三つの電極で形成されたことを特徴とする請求項９記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路、前記第２のリアクタンス回路及びその接続点は、それぞれ上面、下面及び中央の三つの電極で形成されたことを特徴とする請求項１０記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、それぞれ第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子であり、
前記第１の電圧可変容量素子と前記第２の電圧可変容量素子のアノード端子同士またはカソード端子同士を前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路との接続点に接続し、
前記抵抗を前記第１の電圧可変容量素子と前記第２の電圧可変容量素子のバイアス回路に備えたことを特徴とする請求項７記載の高周波共振器。
前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路は、それぞれ第１の電圧可変容量素子と第２の電圧可変容量素子であり、
前記第１の電圧可変容量素子と前記第２の電圧可変容量素子のアノード端子同士またはカソード端子同士を前記第１のリアクタンス回路と前記第２のリアクタンス回路との接続点に接続し、
前記抵抗を前記第１の電圧可変容量素子と前記第２の電圧可変容量素子のバイアス回路に備えたことを特徴とする請求項８記載の高周波共振器。
請求項７の高周波共振器を用い、前記高周波入出力端子に、設定された周波数で反射利得を有する能動回路の入力端子を接続したことを特徴とする高周波発振器。
請求項８の高周波共振器を用い、前記第１の伝送線路に接続された高周波入出力端子と前記第２の伝送線路に接続された高周波入出力端子のうち、いずれか一方の高周波入出力端子に能動回路の入力端子を、他方の高周波入出力端子に、その一端が短絡された並列共振回路の他端を接続したことを特徴とする高周波発振器。
請求項８の高周波共振器を用い、前記第１の伝送線路に接続された高周波入出力端子と前記第２の伝送線路に接続された高周波入出力端子の双方にそれぞれ能動回路の入力端子を接続したことを特徴とする高周波発振器。