WO2023163004A1 - 分布定数回路 - Google Patents

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WO2023163004A1
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郁弥 長澤
大志 関口
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ローム株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203Strip line filters

Definitions

  • a bandpass filter circuit when configuring a band-pass filter circuit, it is generally known to combine an inductor and a capacitor to form a passive filter that utilizes resonance circuit characteristics. Also, it is known that a bandpass filter circuit can be realized by a lumped constant circuit simulating an equivalent circuit of the Su-Schrieffer-Heeger model (hereinafter referred to as SSH model) having topological characteristics.
  • SSH model Su-Schrieffer-Heeger model
  • the 2A, 2B, and 2C are the YZ planes viewed from the X direction. That is, the first direction of the dielectric 1 is called the X direction, the second direction crossing the X direction is called the Y direction, and the third direction is called the Z direction. In the following description, the first direction is the X direction, the second direction is the Y direction, and the third direction is the Z direction.
  • the transmission line 2 is arranged on the first main surface 1a as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the transmission line 2 has first lines 21 1 and 21 2 , second lines 22 1 and 22 2 and a third line 23 1 formed with different line widths, as shown in FIG. 1A.
  • the transmission lines 2 include first lines 21 1 , 21 2 , 21 3 , second lines 22 1 , 22 2 , 22 3 , 22 4 and second lines 22 1 , 22 2 , 22 3 , 22 4 which are formed with different line widths. It has 3 lines 23 1 and 23 2 .
  • the first lines 21 1 , 21 2 , 21 3 , the second lines 22 1 , 22 2 , 22 3 , 22 4 , and the third lines 23 1 , 23 2 are made of highly conductive metal. Specifically, copper (Cu), aluminum (Al), and gold (Au) are applicable.
  • the transmission line 2 includes a first line 21 1 , a second line 22 1 , a third line 23 1 , a second line 22 2 and a first line 21 2 as a configuration for one period. It comprises periodic structures 100 arranged in series in sequence. 1A, the transmission line 2 is electrically connected to the first line 21 1 , the second line 22 1 , the third line 23 1 , the second line 22 2 , and the first line 21 2 . ing. In the following description, the structure in which the first line 21 1 , the second line 22 1 , the third line 23 1 , the second line 22 2 , and the first line 21 2 are arranged in series in this order is referred to as a periodic structure 100 . Note that the number of periodic structures 100 is not limited to one.
  • the transmission line 2 has a configuration for two cycles, consisting of a first line 21 1 , a second line 22 1 , a third line 23 1 , a second line 22 2 , and a first line 21 2 . and the periodic structure 200 arranged in series in the order of the first line 21 2 , the second line 22 3 , the third line 23 2 , the second line 22 4 , and the first line 21 3 .
  • the transmission line 2 is electrically connected to the first line 21 2 , the second line 22 3 , the third line 23 2 , the second line 22 4 , and the first line 21 3 . ing.
  • the first line 21 1 is formed with a narrow line width WLa as a microstrip line of the transmission line 2 in the Y direction, and functions as a first series inductor La. ing. As shown in FIG. 2A, the first line 21 1 is arranged on the first main surface 1a facing the second main surface 1b on which the ground electrode 3 is arranged, with the dielectric 1 interposed therebetween.
  • the second line 22 1 is formed as a microstrip line of the transmission line 2 with a wide line width WC in the Y direction, and functions as a parallel capacitor C. .
  • the second line 22 1 is arranged on the first main surface 1a, as shown in FIG. 2B.
  • the line width WC of the second line 22 1 is wider than the line width WLa of the first line 21 1 and the line width WLb of the third line 23 1 , as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the transmission line 2 may be provided with an active circuit, for example, in the middle between the microstrip lines. That is, an active circuit may be electrically connected between the transmission lines 2 .
  • the active circuit can be, for example, a terahertz wave integrated circuit, a resonant tunneling diode (RTD: also called a resonant tunneling diode), a MOS element, an active filter circuit, or the like.
  • the periodic structures 100 and 200 of the transmission line 2 are configured for two cycles as a first series inductor La, a parallel capacitor C, a second series inductor Lb, a parallel capacitor C, and a first series inductor. It can be expressed as a configuration in which La is electrically connected in order.
  • the equivalent circuit of the periodic structures 100 and 200 of the transmission line 2 includes a first series inductor La, a second series inductor Lb connected in series with the first series inductor La, and a first series inductor La and the second series inductor Lb, and a parallel capacitor C electrically connected between the ground electrode 3 and the connection point of the second series inductor Lb. That is, the first lines 21 1 and 21 2 have a first series inductor La, the second lines 22 1 and 22 2 have a parallel capacitor C, and the third line 23 1 has a second series inductor Lb. .
  • the second series inductor Lb has an inductance higher than that of the first series inductor La (Lb>La).
  • the distributed constant circuit 10 includes the transmission line 2 arranged on the first main surface 1a of the dielectric 1, so that the process steps can be simplified.
  • FIG. 4A is an explanatory diagram of the Su-Schrieffer-Heeger model (hereinafter referred to as the SSH model) showing a case without topological properties.
  • FIG. 4B is an explanatory diagram of the SSH model showing the case with topological properties.
  • FIG . 5 shows polyacetylene having carbon atoms 51 1 , . . . 51 4 , 52 1 , . 4 is an explanatory diagram indicated by 4.
  • FIG. 52 4 single bonds 61 1 , 61 2 , 61 3 , and double bonds 62 1 , . 1 is an equivalent circuit diagram.
  • the equivalent circuit of FIG. 6 In order for the equivalent circuit of FIG. 6 to have topological characteristics, the equivalent circuit of the configuration of FIG. 4B is required. That is , the equivalent circuit of FIG . , first series inductor 62 2 A, parallel capacitor 52 2 A, and second series inductor 61 2 A in that order. That is, the equivalent circuits of the periodic structure 100 shown in FIG. 3A and the periodic structures 100 and 200 shown in FIG. 3B have topological characteristics.
  • the transmission line 2A has a microstrip line. That is, the transmission line 2A can be formed by, for example, a microstrip line transmission line. Note that the transmission line 2A is not limited to a microstrip line. In the following description, the transmission line 2A will be described using a microstrip line as an example.
  • the transmission line 2A includes a first line 21 1 A, a second line 22 1 A, a third line 23 1 A , a second line 22 2 A, and a first line 22 2 A as a configuration for two cycles.
  • the periodic structure 100A which is the order of the line 21 2 A, and the order of the first line 21 2 A, the second line 22 3 A, the third line 23 2 A, the second line 22 4 A, and the first line 21 3 A.
  • the transmission line 2A includes a first line 21 2 A, a second line 22 3 A, a third line 23 2 A, a second line 22 4 A, and a first line 21 3 A. electrically connected.
  • the periodic structures 200B and 300B are arranged in series in the X direction in the order of the first line 21B, the second line 22B, the third line 23B, the second line 22B, and the first line 21B. It also includes periodic structures 400B, 500B, and 600B arranged in series in the order of the first line 21B, the second line 22B, the third line 23B, the second line 22B, and the first line 21B in the Y direction.
  • the first line 21B, the second line 22B, the third line 23B, the second line 22B, and the first line 21B are electrically connected in the periodic structures 200B, 300B, 400B, 500B, and 600B. It is Note that the number of periodic structures 100B is not limited to one. Also, a plurality of periodic structures 100B, 200B, 300B, 400B, 500B, and 600B may be electrically connected.
  • the periodic structures 100B, 200B, 300B, 400B, 500B, and 600B of the transmission line 2B are structures in which a first series inductor La, a parallel capacitor C, and a second series inductor Lb are electrically connected in order.
  • the peripheral portion of the periodic structure (here, the first series inductor La and the second series inductor Lb) can be conducted at a specific frequency.

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Abstract

本実施形態の一態様によれば、分布定数回路は、第1の主面及び第1の主面と対向する第2の主面を有する誘電体と、第1の主面に配置された伝送線路と、第2の主面に配置された接地電極と、を備え、伝送線路は、異なる線路幅で形成された第1線路、第2線路、及び第3線路を有し、第1線路、第2線路、第3線路、第2線路、及び第1線路の順に直列に配置された周期構造を備え、小型化あるいは低背化のできる分布定数回路を提供する。

Description

分布定数回路
 本実施形態は、分布定数回路に関する。
 電気回路において、一般的に、バンドパスフィルタ回路を構成する場合には、インダクタとキャパシタとを組み合わせて、共振回路特性を利用した受動フィルタによる構成が知られている。また、トポロジカルな特性を有するSu-Schrieffer-Heegerモデル(以下、SSHモデルと称する)の等価回路を模した集中定数回路によって、バンドパスフィルタ回路を実現できることが知られている。
特開2011-82875号公報
Shuo Liu, Wenlong Gao, Qian Zhang, Shaojie Ma, Lei Zhang, Changxu Liu, Yuan Jiang Xiang, Tie Jun Cui, and Shuang Zhang, "Research Article Topologically Protected Edge State in Two-Dimensional Su-Schrieffer-Heeger Circuit", Research A SCIENCE PARTNER JOURNAL, February 2019(AAAS Research Volume 2019, Article ID 8609875, 8 pages, ttps://doi.org/10.34133/2019/8609875)
 しかしながら、集中定数回路によって、トポロジカルな特性を有するSSHモデルの等価回路を模したバンドパスフィルタ回路を構成すると、受動部品が大きく、基板上に実装するため、小型化あるいは低背化に問題があった。
 本開示は、小型化あるいは低背化のできる分布定数回路を提供することを目的とする。
 本実施形態の一態様によれば、分布定数回路は、第1の主面及び第1の主面と対向する第2の主面を有する誘電体と、第1の主面に配置された分布定数回路と、第2の主面に配置された接地電極と、を備える。分布定数回路は、異なる線路幅で形成された第1線路、第2線路、及び第3線路を有する。第1線路、第2線路、第3線路、第2線路、及び第1線路の順に直列に配置された周期構造を備える。
 本実施形態によれば、小型化あるいは低背化のできる分布定数回路を提供することができる。
図1Aは、第1の実施形態に係る分布定数回路であって、1周期分の構成図である。 図1Bは、第1の実施形態に係る分布定数回路であって、2周期分の構成図である。 図2Aは、図1A及び図1BのA1-A1線に沿う断面図である。 図2Bは、図1A及び図1BのA2-A2線に沿う断面図である。 図2Cは、図1A及び図1BのA3-A3線に沿う断面図である。 図3Aは、第1の実施形態に係る分布定数回路であって、1周期分の等価回路図である。 図3Bは、第1の実施形態に係る分布定数回路であって、2周期分の等価回路図である。 図4Aは、トポロジカルな特性のない場合のSSHモデルの説明図である。 図4Bは、トポロジカルな特性のある場合のSSHモデルの説明図である。 図5は、ポリアセチレンを炭素原子の単結合と二重結合とで示す説明図である。 図6は、図5の炭素原子の単結合と二重結合とを模した等価回路図である。 図7Aは、第2の実施形態に係る分布定数回路であって、1周期分の構成図である。 図7Bは、第2の実施形態に係る分布定数回路であって、2周期分の構成図である。 図8Aは、図7A及び図7BのA4-A4線に沿う断面図である。 図8Bは、図7A及び図7BのA5-A5線に沿う断面図である。 図8Cは、図7A及び図7BのA6-A6線に沿う断面図である。 図9Aは、第2の実施形態に係る分布定数回路であって、1周期分の等価回路図である。 図9Bは、第2の実施形態に係る分布定数回路であって、2周期分の等価回路図である。 図10は、第3の実施形態に係る分布定数回路であって、X方向及びY方向に3周期分の構成図である。 図11Aは、図10のA7-A7線に沿う断面図である。 図11Bは、図10のA8-A8線に沿う断面図である。 図11Cは、図10のA9-A9線に沿う断面図である。 図12は、第3の実施形態に係る分布定数回路であって、X方向及びY方向に3周期分の等価回路図である。
 次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
 また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
 [第1の実施形態]
 図1Aは、第1の実施形態に係る分布定数回路10であって、1周期分の構成図である。図1Bは、第1の実施形態に係る分布定数回路10であって、2周期分の構成図である。図2Aは、図1A及び図1BのA1-A1線に沿う断面図である。図2Bは、図1A及び図1BのA2-A2線に沿う断面構造図である。図2Cは、図1A及び図1BのA3-A3線に沿う断面図である。なお、図1A及び図1Bに示す平面図のデバイス面をX-Y面とし、X-Y面に垂直な方向をZ軸として説明する。図2A、2B、2Cは、X方向からみたY-Z面である。すなわち、誘電体1の第1の方向をX方向、X方向と交差する第2の方向をY方向、第3の方向をZ方向と称する。以下の説明において、第1の方向をX方向、第2の方向をY方向、第3の方向をZ方向として説明する。
 第1の実施形態に係る分布定数回路10は、図1A、図1Bに示すように、誘電体1と、伝送線路2と、接地電極3とを備える。
 誘電体1は、図1A、図1B及び図2A~図2Cに示すように、第1の主面1a及び第1の主面1aと対向する第2の主面1bを有する。誘電体1は、図1A、図1Bに示すように、第1の主面1a上のデバイス面を平面視して、例えば、長方形状の絶縁材料により形成されている。
 伝送線路2は、図1A、図1Bに示すように、第1の主面1aに配置されている。伝送線路2は、図1Aに示すように、異なる線路幅で形成された第1線路211、212、第2線路221、222、及び第3線路231を有する。また、伝送線路2は、図1Bに示すように、異なる線路幅で形成された第1線路211、212、213、第2線路221、222、223、224、及び第3線路231、232を有する。第1線路211、212、213、第2線路221、222、223、224、及び第3線路231、232は、導電性の良い金属により形成されている。具体的には、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)が適応可能である。
 伝送線路2は、マイクロストリップライン(Microstripline)を備える。すなわち、伝送線路2は、例えば、マイクロストリップラインの伝送路により形成可能である。なお、伝送線路2は、マイクロストリップラインに限定されない。以下の説明においては、マイクロストリップラインを一例として伝送線路2を説明する。
 伝送線路2は、図1Aに示すように、1周期分の構成として、第1線路211、第2線路221、第3線路231、第2線路222、及び第1線路212の順に直列に配置された周期構造100を備えている。また、伝送線路2は、図1Aに示すように、第1線路211、第2線路221、第3線路231、第2線路222、及び第1線路212が電気的に接続されている。以下の説明において、第1線路211、第2線路221、第3線路231、第2線路222、及び第1線路212の順に直列に配置された構造を周期構造100と称する。なお、周期構造100は、1個に限定されない。
 伝送線路2は、図1Bに示すように、2周期分の構成として、第1線路211、第2線路221、第3線路231、第2線路222、及び第1線路212の順である周期構造100と、第1線路212、第2線路223、第3線路232、第2線路224、及び第1線路213の順に直列に配置された周期構造200とを備えている。また、伝送線路2は、図1Bに示すように、第1線路212、第2線路223、第3線路232、第2線路224、及び第1線路213が電気的に接続されている。以下の説明において、第1線路212、第2線路223、第3線路232、第2線路224、及び第1線路213の順に直列に配置された構造を周期構造200と称する。なお、周期構造100、200は、複数個電気的に接続されていてもよい。
 伝送線路2の回路構成については、以下の図3A、図3Bを用いて説明する。
 第1線路211は、図1A、図1B及び図2Aに示すように、Y方向において、伝送線路2のマイクロストリップラインとして線路幅WLaを狭く形成したもので、第1直列インダクタLaとして機能している。第1線路211は、図2Aに示すように、誘電体1を挟み、接地電極3が配置される第2の主面1bに対向する第1の主面1a上に配置されている。
 第2線路221は、図1A、図1B及び図2Bに示すように、Y方向において、伝送線路2のマイクロストリップラインとして線路幅WCを広く形成したもので、並列キャパシタCとして機能している。第2線路221は、図2Bに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第2線路221の線路幅WCは、図1A及び図1Bに示すように、第1線路211の線路幅WLa及び第3線路231の線路幅WLbよりも広い。
 第3線路231は、図1A、図1B及び図2Cに示すように、Y方向において、伝送線路2のマイクロストリップラインとして線路幅WLbを狭く形成したもので、第2直列インダクタLbとして機能している。第3線路231は、図2Cに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第3線路231の線路幅WLbは、図1A及び図1Bに示すように、第1線路211の線路幅WLaよりも狭い。
 接地電極3は、図1A、図1B及び図2A~図2Cに示すように、第2の主面1b上に配置されている。接地電極3は、例えば、回路動作の基準となる電位と接続してもよい。
 なお、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に限定されない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、スイッチング素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
 伝送線路2は、例えば、マイクロストリップラインの間の中間に、アクティブ回路を設けてもよい。すなわち、伝送線路2の線路間に、アクティブ回路を電気的に接続してもよい。アクティブ回路は、例えば、テラヘルツ波集積回路、共鳴トンネルダイオード(RTD:Resonant Tunneling Diodeとも称する)、MOS素子、アクティブフィルタ回路等が適応可能である。
 (伝送線路の回路構成)
 図3Aは、第1の実施形態に係る分布定数回路10であって、1周期分の等価回路図である。図3Bは、第1の実施形態に係る分布定数回路10であって、2周期分の等価回路図である。
 分布定数回路10は、図1A及び図1Bのステップインピーダンス型(Stepped-impedance)の回路構成による1次元のLCラダー回路で表される。
 伝送線路2の周期構造100は、図3Aに示すように、1周期分の構成として、第1直列インダクタLa、並列キャパシタC、第2直列インダクタLb、並列キャパシタC、及び第1直列インダクタLaを順に電気的に接続した構成として表すことができる。
 伝送線路2の周期構造100の等価回路は、図3Aに示すように、第1直列インダクタLaと、第1直列インダクタLaと直列接続された第2直列インダクタLbと、第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbとの接続点と接地電極3との間に電気的に接続された並列キャパシタCとを備える。すなわち、第1線路211及び212は、第1直列インダクタLaを備え、第2線路221及び222は、並列キャパシタCを備え、第3線路231は、第2直列インダクタLbを備える。
 伝送線路2の周期構造100、200は、図3Bに示すように、2周期分の構成として、第1直列インダクタLa、並列キャパシタC、第2直列インダクタLb、並列キャパシタC、及び第1直列インダクタLaが順に電気的に接続した構成として表すことができる。
 伝送線路2の周期構造100、200の等価回路は、図3Bに示すように、第1直列インダクタLaと、第1直列インダクタLaと直列接続された第2直列インダクタLbと、第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbとの接続点と接地電極3との間に電気的に接続された並列キャパシタCとを備える。すなわち、第1線路211及び212は、第1直列インダクタLaを備え、第2線路221及び222は、並列キャパシタCを備え、第3線路231は、第2直列インダクタLbを備える。
 第2直列インダクタLbは、第1直列インダクタLaよりも高い値のインダクタンスを備える(Lb>La)。
 周期構造100、200の等価回路は、トポロジカル(topological)な特性を有する。トポロジカルな特性とは、電子や電磁波の波動関数がもつ特異な位相幾何学的(=トポロジカル)位相によってサンプルの内部では電流や電磁波が通過できないが、ここでは、端部に量子化されたチャンネルCHが現れ、強靭な電流あるいは電磁波伝送が可能になる性質を称する。すなわち、周期構造100、200の等価回路は、電子や電磁波の波動関数がもつ特異な位相幾何学的(=トポロジカル)位相によって、回路の端部(ここでは、第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbの間の箇所)に特定周波数でチャンネルCHが現れる。トポロジカルな特性については、以下の図4A~6で説明する。
 周期構造100、200の等価回路は、トポロジカルな特性を有する構造を1次元で配置している。すなわち、周期構造100、200は、図1A及び図1Bに示すように、X方向に、トポロジカルな特性を有する構造を周期的に1次元配置されている。なお、周期構造100、200は、Y方向に、周期的に1次元配置されていてもよい。
 以上のように、第1の実施形態に係る分布定数回路10は、トポロジカルな特性を有する周期構造によって、周期構造の端部(ここでは、第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbの間の箇所)に特定周波数でチャンネルCHが現れる。
 また、第1の実施形態に係る分布定数回路10は、誘電体1の第1の主面1aに配置された伝送線路2を備えることで、プロセス工程を簡易にできる。
 さらに、第1の実施形態に係る分布定数回路10は、形成される伝送線路2の線路幅によって、回路の受動素子を構成することで小型化及び低背化を実現可能である。
 (トポロジカルな特性)
 ここで、トポロジカルな特性について簡単に説明する。
 図4Aは、トポロジカルな特性のない場合を示すSu-Schrieffer-Heegerモデル(以下、SSHモデルと称する)の説明図である。図4Bは、トポロジカルな特性のある場合を示すSSHモデルの説明図である。図5は、ポリアセチレンを炭素原子511、・・・514、521、・・・524と単結合611、612、613、と、二重結合621、・・・、624とで示す説明図である。図5の炭素原子511、・・・514、521、・・・524と単結合611、612、613、と二重結合621、・・・、624とを模した等価回路図である。
 トポロジカルな特性について、例えば、ポリアセチレンを例にすると、図4A及び図4Bのように表される。ポリアセチレンは、図4A及び図4Bに示すように、炭素原子511、512、513、521、522、523と、単結合611、612、613と、二重結合621、622、623と、電子71として表することができる。
 ポリアセチレンは、例えば、炭素原子511、・・・514、521、・・・524間に単結合611、612、613、二重結合621、622、623が交互に形成されて一次元鎖を組んでいる。図4Aと図4Bの違いは、電子71が隣の炭素原子に遷移する遷移確率の配列が異なっている。図4Aに示すように、端の炭素原子511を含む炭素原子511、521、間の遷移確率が大きくなる場合の電子状態は、トポロジカルな特性を有さない。すなわち、絶縁体の性質を示す。
 一方、図4Bに示すように、端の炭素原子521を含む炭素原子511、521間の遷移確率が小さな場合、端の電子が余って端に局在化した状態を生じる。すなわち、図4Bに示すように、端の炭素原子521において、余った電子の波動関数の広がりを表している。つまり、余った電子の波動関数の広がりを有する端の状態では、電子の波動関数が持つ特異な位相幾何学的(=トポロジカル)位相によって、端に量子化されたチャンネルCHが現れ、電子の伝送が可能な性質が生じる。つまり、端の炭素原子521を含む炭素原子511、521間の遷移確率が小さな場合、トポロジカルな特性を有する。
 以上のように、ポリアセチレンを一例にトポロジカルな特性について説明するため、一次元、または二次元格子状に原子を並べた模型をSSHモデルと称する。
 また、SSHモデルは、図6に示すように、例えば、炭素原子511、・・・514、521、・・・524と、単結合611、612、613と、二重結合621、622、623、624とを、第2直列インダクタ611A、612A、613A、第1直列インダクタ621A、622A、623A、624A及び並列キャパシタ511A、512A、513A、514A、521A、522A、523A、524Aとで構成する等価回路に模してもトポロジカルな特性は、成り立つ。
 すなわち、炭素原子511、512、513、514、521、522、523、524は、図6に示すように、並列キャパシタ511A、512A、513A、514A、521A、522A、523A、524Aとして表することができる。また、単結合61は、図6に示すように、第2直列インダクタ611A、612A、613Aとして表することができる。同様に、また、二重結合621、622、623、624は、図6に示すように、第1直列インダクタ621A、622A、623A、624Aとして表することができる。なお、炭素原子521、522、523、524は、炭素原子511、512、513、514であってもよい。つまり、並列キャパシタ521A、522A、523A、524Aは、並列キャパシタ511A、512A、513A、514Aであってもよい。
 なお、図6の等価回路がトポロジカルな特性を有するには、図4Bの構成の等価回路が必要となる、つまり、図6の等価回路は、第2直列インダクタ611A、並列キャパシタ512A、第1直列インダクタ622A、並列キャパシタ522A、及び第2直列インダクタ612Aの順とする等価回路が必要である。つまり、図3Aに示す周期構造100、及び図3Bに示す周期構造100、200の等価回路ではトポロジカルな特性を有する。
 [第2の実施形態]
 第2の実施形態に係る分布定数回路10Aについて図面を用いて説明する。図7Aは、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aであって、1周期分の構成図である。図7Bは、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aであって、2周期分の構成図である。図8Aは、図7A及び図7BのA4-A4線に沿う断面図である。図8Bは、図7A及び図7BのA5-A5線に沿う断面図である。図8Cは、図7A及び図7BのA6-A6線に沿う断面図である。
 第1の実施形態と第2の実施形態との違いは、伝送線路2において、第1の実施形態の第2線路221、222、223、224がステップインピーダンス型に対し、第2の実施形態の第2線路221A、222A、223A、224Aがオープンスタブ型(Open-Stub)である。他の構成は、第1の実施形態と同じである。
 伝送線路2Aは、図7A、図7B及び図8A~図8Cに示すように、第1の主面1aに配置されている。伝送線路2Aは、図7Aに示すように、異なる線路幅で形成された第1線路211A、212A、第2線路221A、222A、及び第3線路231Aを有する。また、伝送線路2Aは、図7Bに示すように、異なる線路幅で形成された第1線路211A、212A、213A、第2線路221A、222A、223A、224A、及び第3線路231232Aを有する。第1線路211A、212A、213A、第2線路221A、222A、223A、224及び第3線路231232Aは、導電性の良い金属により形成されている。具体的には、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)が適応可能である。
 伝送線路2Aは、マイクロストリップラインを備える。すなわち、伝送線路2Aは、例えば、マイクロストリップラインの伝送路により形成可能である。なお、伝送線路2Aは、マイクロストリップラインに限定されない。以下の説明においては、マイクロストリップラインを一例として伝送線路2Aを説明する。
 伝送線路2Aは、図7Aに示すように、1周期分の構成として、第1線路211A、第2線路221A、第3線路231A、第2線路222A、及び第1線路212Aの順に直列に配置された周期構造100Aを備えている。また、伝送線路2Aは、図7Aに示すように、第1線路211A、第2線路221A、第3線路231A、第2線路222A、及び第1線路212Aが電気的に接続されている。以下の説明において、第1線路211A、第2線路221A、第3線路231A、第2線路222A、及び第1線路212Aの順に直列に配置された構造を周期構造100Aと称する。なお、周期構造100Aは、1個に限定されない。
 伝送線路2Aは、図7Bに示すように、2周期分の構成として、第1線路211A、第2線路221A、第3線路231A、第2線路222A、及び第1線路212Aの順である周期構造100Aと、第1線路212A、第2線路223A、第3線路232A、第2線路224A、及び第1線路213Aの順である周期構造200Aとを備えている。また、伝送線路2Aは、図7Bに示すように、第1線路212A、第2線路223A、第3線路232A、第2線路224A、及び第1線路213Aが電気的に接続されている。以下の説明において、第1線路212A、第2線路223A、第3線路232A、第2線路224A、及び第1線路213Aの順に直列に配置された構造を周期構造200Aと称する。なお、周期構造100A、200Aは、複数個電気的に接続されていてもよい。
 伝送線路2Aの回路構成については、以下の図9A、図9Bを用いて説明する。
 第1線路211Aは、図7A、図7B及び図8Aに示すように、Y方向において、伝送線路2Aのマイクロストリップラインとして線路幅WLaを狭く形成したもので、第1直列インダクタLaとして機能している。第1線路211Aは、図8Aに示すように、誘電体1を挟み、接地電極3が配置される第2の主面1bに対向する第1の主面1a上に配置されている。
 第2線路221Aは、図7A、図7B及び図8Bに示すように、Y方向において、伝送線路2Aのマイクロストリップラインとして線路幅WCを広く形成したもので、並列キャパシタCとして機能している。第2線路221Aは、図8Bに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第2線路221Aの線路幅WCは、図7A及び図7Bに示すように、第1線路211Aの線路幅WLa及び第3線路231Aの線路幅WLbよりも広い。
 第3線路231Aは、図7A、図7B及び図8Cに示すように、Y方向において、伝送線路2Aのマイクロストリップラインとして線路幅WLbを狭く形成したもので、第2直列インダクタLbとして機能している。第3線路231Aは、図8Cに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第3線路231Aの線路幅WLbは、図7A及び図7Bに示すように、第1線路211の線路幅WLaよりも狭い。
 (伝送線路の回路構成)
 図9Aは、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aであって、1周期分の等価回路図である。図9Bは、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aであって、2周期分の等価回路図である。
 分布定数回路10Aは、図7A及び図7Bのオープンスタブ型の回路構成による1次元のLCラダー回路で表される。
 伝送線路2Aの周期構造100Aは、図9Aに示すように、1周期分の構成として、第1直列インダクタLa、並列キャパシタC、第2直列インダクタLb、並列キャパシタC、及び第1直列インダクタLaを順に電気的に接続した構成として表すことができる。
 伝送線路2Aの周期構造100Aの等価回路は、図9Aに示すように、第1直列インダクタLaと、第1直列インダクタLaと直列接続された第2直列インダクタLbと、第1直列インダクタLaと前記第2直列インダクタLbとの接続点と接地電極3との間に電気的に接続された並列キャパシタCとを備える。すなわち、第1線路211A及び212Aは、第1直列インダクタLaを備え、第2線路221A及び222Aは、並列キャパシタCを備え、第3線路231Aは、第2直列インダクタLbを備える。
 伝送線路2Aの周期構造100A、200Aは、図9Bに示すように、2周期分の構成として、第1直列インダクタLa、並列キャパシタC、第2直列インダクタLb、並列キャパシタC、及び第1直列インダクタLaを順に電気的に接続した構成として表することができる。
 伝送線路2Aの周期構造100A、200Aの等価回路は、図9Bに示すように、第1直列インダクタLaと、第1直列インダクタLaと直列接続された第2直列インダクタLbと、第1直列インダクタLaと前記第2直列CンダクタLbとの接続点と接地電極3との間に電気的に接続された並列キャパシタCとを備える。すなわち、第1線路211A、212A、213Aは、第1直列インダクタLaを備え、第2線路221A、222A、223A、224Aは、並列キャパシタCを備え、第3線路231A、232Aは、第2直列インダクタLbを備える。
 第2直列インダクタLbは、第1直列インダクタLaよりも高い値のインダクタンスを備える(Lb>La)。
 周期構造100A、200Aの等価回路は、トポロジカルな特性を有する。
 周期構造100A、200Aの等価回路は、トポロジカルな特性を有する構造を1次元配置している。すなわち、周期構造100A、200Aは、図7A及び図7Bに示すように、X方向に、トポロジカルな特性を有する構造を周期的に1次元配置されている。なお、周期構造100A、200Aは、Y方向に、周期的に1次元配置されていてもよい。
 以上のように、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aは、トポロジカルな特性を有する周期構造によって、周期構造の端部(ここでは、第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbとの間の箇所)に特定周波数のチャンネルCHが現れる。
 また、第2実施形態に係る分布定数回路10Aは、誘電体1の第1の主面1aに配置された伝送線路2Aを備えることで、プロセス工程を簡易にできる。
 さらに、第2の実施形態に係る分布定数回路10Aは、形成される伝送線路2Aの線路幅によって、回路の受動素子を構成することで小型化及び低背化を実現可能である。
 [第3の実施形態]
 第3の実施形態に係る分布定数回路10Bについて図面を用いて説明する。図10は、第3の実施形態に係る分布定数回路10Bであって、X方向及びY方向に3周期分の構成図である。図11Aは、図10のA7-A7線に沿う断面図である。図11Bは、図10のA8-A8線に沿う断面図である。図11Cは、図10のA9-A9線に沿う断面図である。
 第1の実施形態と第3の実施形態との違いは、第1の実施形態では、周期構造100がX方向に1次元配置しているのに対し、第3の実施形態では、周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600BがX方向及びY方向に2次元配置している点である。他の構成は、第1の実施形態と同じである。
 伝送線路2Bは、図10に示すように、第1の主面1aに配置されている。伝送線路2Bは、図10に示すように、異なる線路幅で形成された第1線路211B、・・・21nB、第2線路221B、・・・22nB、及び第3線路231B、・・・23nBを有する。第1線路211B、・・・21B、第2線路221B、・・・22B、及び第3線路231B、・・・23Bは、導電性の良い金属により形成されている。具体的には、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)が適応可能である。
 伝送線路2Bは、図10に示すように、第1線路211B、第2線路221B、第3線路231B、第2線路222B、及び第1線路212Bの順に直列に配置された周期構造100Bを備える。また、伝送線路2Bは、図10に示すように、第1線路211B、第2線路221B、第3線路231B、第2線路222B、及び第1線路212Bが電気的に接続されている。以下の説明において、第1線路211B、第2線路221B、第3線路231B、第2線路222B、及び第1線路212Bの順に直列に配置された構造を周期構造100Bと称する。なお、図10、図12において、周期構造200B、300B、400B、500B、600Bの第1線路、第2線路、第3線路、第2線路、及び第1線路の符号は、省略する。また、以下の説明において、周期構造200B、300B、400B、500B、600Bの第1線路、第2線路、第3線路、第2線路、及び第1線路は、第1線路21B、第2線路22B、第3線路23B、第2線路22B、及び第1線路21Bと称する。
 周期構造100Bと同様に、X方向に第1線路21B、第2線路22B、第3線路23B、第2線路22B、及び第1線路21Bの順に直列に配置された周期構造200B、300Bを備える。また、Y方向に第1線路21B、第2線路22B、第3線路23B、第2線路22B、及び第1線路21Bの順に直列に配置された周期構造400B、500B、及び600Bを備える。伝送線路2Bは、周期構造200B、300B、400B、500B、及び600Bにおいても、第1線路21B、第2線路22B、第3線路23B、第2線路22B、及び第1線路21Bが電気的に接続されている。なお、周期構造100Bは、1個に限定されない。また、周期構造100B、200B、300B、400B、500B、及び600Bは、複数個電気的に接続されていてもよい。
 伝送線路2Bの回路構成については、以下の図12で説明する。
 第1線路211Bの線路幅WLaは、図10及び図11Aに示すように、Y方向において、伝送線路2Bのマイクロストリップラインの線路幅を狭く形成したもので、第1直列インダクタLaとして機能している。第1線路211B、・・・21nBは、図10及び図11Aに示すように、第1の主面1a上に配置されている。
 第2線路221Bの線路幅WCは、図10及び図11Bに示すように、Y方向において、伝送線路2Bのマイクロストリップラインの線路幅を広く形成したもので並列キャパシタCとして機能している。第2線路221B、・・・22nBは、図11Bに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第2線路221B、・・・22nBの線路幅WCは、図10に示すように、第1線路211B、・・・21nBの線路幅WLa及び第3線路231B、・・・23nBの線路幅WLbよりも広い。
 第3線路231Bの線路幅WLbは、図10及び図11Cに示すように、X方向において、伝送線路2Bのマイクロストリップラインの線路幅を狭く形成したもので、第2直列インダクタLbとして機能している。第3線路231Bは、図11Cに示すように、第1の主面1a上に配置されている。第3線路231Bの線路幅WLbは、図10に示すように、第1線路211Bの線路幅WLaよりも狭い。
 (伝送線路の回路構成)
 図12は、第3の実施形態に係る分布定数回路10Bであって、X方向及びY方向に3周期分の構成を示す等価回路図である。
 等価回路の分布定数回路10Bは、図10のステップインピーダンス型による2次元のLCラダー回路で表される。
 伝送線路2Bの周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bは、図12に示すように、第1直列インダクタLa、並列キャパシタC、及び第2直列インダクタLbが順に電気的に接続した構造として表することができる。
 伝送線路2Bの周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bの等価回路は、図12に示すように、第1直列インダクタLaと、第1直列インダクタLaと直列接続された第2直列インダクタLbと、第1直列インダクタLaと前記第2直列インダクタLbとの接続点と接地電極3との間に電気的に接続された並列キャパシタCとを備える。すなわち、第1線路211B、・・・21nBは、第1直列インダクタLaを備え、第2線路221B、・・・22nBは、並列キャパシタCを備え、第3線路231B、・・・23nBは、第2直列インダクタLbを備える。
 第2直列インダクタLbは、第1直列インダクタLaよりも高い値のインダクタンスを備える(Lb>La)。
 周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bの等価回路は、トポロジカルな特性を有する。周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bで構成される回路の周辺部分は、バンドパスフィルタ回路として機能する。
 周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bの等価回路は、トポロジカルな特性を有する構造を2次元配置している。すなわち、周期構造100B、200B、300B、400B、500B、600Bは、図12に示すように、X方向及びY方向の両方向に対して、周期的に2次元配置されている。
 以上のように、第3の実施形態に係る分布定数回路10Bは、トポロジカルな特性を有する周期構造によって、周期構造の周辺部(ここでは、回路の縁の第1直列インダクタLaと第2直列インダクタLbの間を繋いだ箇所)に特定周波数で電流を導通することができる。
 また、第3の実施形態に係る分布定数回路10Bは、誘電体1の第1の主面1aに配置された伝送線路2Bを備えることで、プロセス工程を簡易にできる。
 さらに、第3の実施形態に係る分布定数回路10Bは、形成される伝送線路2Bの線路幅によって、回路の受動素子を構成することで小型化及び低背化を実現可能である。
 (その他の実施形態)
 上述のように、実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載しない様々な実施形態等を含む。
1 誘電体
2、2A、2B 伝送線路
3 接地電極
211、212、213 第1線路
211A、212A、213A 第1線路
211B、212B、213B、・・・21nB 第1線路
221、222、223、224 第2線路
221A、222A、223A、224A 第2線路
22、221B、222B、223B、224B、・・・22nB 第2線路
231、232 第3線路
231232A 第3線路
231232B、・・・23nB 第3線路
10、10A、10B 分布定数回路
100、100A、100B 周期構造
200、200A、200B 周期構造
300B、400B、500B、600B 周期構造
La 第1直列インダクタ
C 並列キャパシタ
Lb 第2直列インダクタ
WLa 第1線路の線路幅
WC 第2線路の線路幅
WLb 第3線路の線路幅

Claims (14)

  1.  第1の主面及び前記第1の主面と対向する第2の主面を有する誘電体と、
     前記第1の主面に配置された伝送線路と、
     前記第2の主面に配置された接地電極と、を備え、
     前記伝送線路は、
     異なる線路幅で形成された第1線路、第2線路、及び第3線路を有し、
     前記第1線路、前記第2線路、前記第3線路、前記第2線路、及び前記第1線路の順に直列に配置された周期構造を備えている、分布定数回路。
  2.  前記周期構造は、1個または複数個、電気的に接続されている、請求項1に記載の分布定数回路。
  3.  前記周期構造は、
     トポロジカルな特性を有する、請求項1に記載の分布定数回路。
  4.  前記第3線路の線路幅は、前記第1線路の線路幅より狭い、請求項1~3のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  5.  前記第2線路の線路幅は、前記第1線路及び前記第3線路の線路幅より広い、請求項1~4のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  6.  前記第1線路は、
     第1直列インダクタを備える、請求項1~5のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  7.  前記第2線路は、
     並列キャパシタを備える、請求項6に記載の分布定数回路。
  8.  前記第3線路は、
     第2直列インダクタを備える、請求項7に記載の分布定数回路。
  9.  前記周期構造は、
     前記第1直列インダクタと、
     前記第1直列インダクタと直列接続された前記第2直列インダクタと、
     前記第1直列インダクタと前記第2直列インダクタとの接続点と前記接地電極との間に電気的に接続された前記並列キャパシタと、を備える、請求項8に記載の分布定数回路。
  10.  前記第2直列インダクタは、前記第1直列インダクタよりも高い値のインダクタンスを備える、請求項8に記載の分布定数回路。
  11.  前記周期構造は、
     第1の方向に、周期的に1次元配置されている、請求項1~10のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  12.  前記周期構造は、
     第2の方向において、周期的に1次元配置されている、請求項1~10のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  13.  前記周期構造は、
     第1の方向及び第2の方向の両方に対して、周期的に2次元配置されている、請求項1~10のいずれか一項に記載の分布定数回路。
  14.  前記伝送線路は、
     マイクロストリップラインを備える、請求項1~13のいずれか一項に記載の分布定数回路。
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