JP2005151165A - 高周波共振回路及びそれを用いた発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層基板を用いて信号線路と共振電極とを積層することにより、回路全体を小型化し、設計自由度や生産性を向上させる。
【解決手段】 多層基板２には、信号線路５と共振電極６とを厚さ方向の異なる位置に配設し、これらを誘電体層３を介して容量結合する。また、共振電極６の周囲には間隔８を介して中間接地電極７を設け、これを接地導体１０と共に接地する。これにより、信号線路５と共振電極６とを積層して共振回路１を小型化することができる。また、信号線路５の容量結合部５Ａには、インピーダンス整合用のオープンスタブ１１を設ける。これにより、信号線路５の電極間線路部５ＢのインダクタンスＬと、スタブ１１の容量Ｃ_Ｓとを用いてＬＣＬ型の整合回路１２を形成でき、簡単な構造で信号線路５と共振電極６とをインピーダンス整合することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波信号を伝送する信号線路と共振器とを電磁界結合するのに好適に用いられる高周波共振回路及び該高周波共振回路を用いた発振器に関する。

一般に、高周波共振回路としては、例えばストリップ線路等からなる信号線路と、共振器とを磁界結合する構成とした発振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２０４７４７号公報

この種の従来技術による発振器は、例えば誘電体基板上にストリップ線路と近接して誘電体共振器を実装することにより、ストリップ線路と誘電体共振器とを磁界結合させる構成となっている。

ここで、発振器は、ストリップ線路と誘電体共振器との位置関係に応じて出力レベルが変化するため、発振器の製造時には、これらを正確に位置合わせした状態で誘電体共振器を基板上に実装する必要がある。このため、従来技術では、例えば高精度の実装設備等を用いて誘電体共振器を設計上の適切な位置に実装し、発振器の出力レベルが最大となるようにしている。

これに対し、他の従来技術として、例えばマイクロストリップ線路とマイクロストリップ型共振器とを基板の表面上に設け、これらを結合させる構成とした高周波共振回路も知られている（例えば、非特許文献１参照）。

Young-Taek Lee et al.,"A Compact-Size Microstrip Spiral Resonator and Its Application to Microwave Oscillator"，IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS，Oct.2002，VOL．12，No.10，p.375-377

この場合、マイクロストリップ線路とマイクロストリップ型共振器とは、例えば金属膜等を所定のパターン形状に加工することにより形成され、基板上に互いに近接して配置されている。

ところで、上述した特許文献１の従来技術では、ストリップ線路を形成した基板と、例えば円柱状をなす誘電体共振器とを別個の部品として形成し、誘電体共振器を基板上に実装する構成としている。

このため、従来技術では、基板上に誘電体共振器が突出すると共に、基板上にストリップ線路を配置するスペースと、誘電体共振器を配置するスペースとを個別に確保する必要があり、基板の実装面積が増大し、発振器全体が大型化するという問題がある。

また、発振器の製造時には、基板、誘電体共振器等によって全体の部品点数が増大し、これらの管理や実装作業に手間がかかり、生産性が低下する。特に、共振器の実装時には、高精度の実装設備等を用いてストリップ線路に対する実装位置を正確に定める必要があり、製造工程が複雑化するという問題がある。

一方、非特許文献１の従来技術では、基板上にマイクロストリップ線路とマイクロストリップ型共振器とを一緒に形成できる。しかし、この従来技術においても、特許文献１の従来技術と同様に、マイクロストリップ線路と共振器の配置スペースを別個に確保する必要があり、発振器を小型化し難いという問題がある。

また、上述した後者の従来技術では、共振器を構成する電極が基板の表面上に配置されているため、電磁界が基板の外部に形成され易い。このため、共振器を構成する共振線路の実効誘電率が低くなり、共振線路全体が大型化し易くなる。

また、マイクロストリップ型共振器は、基板上に一定の面積をもって広がる導体パターンとして形成されるため、共振器が邪魔になってマイクロストリップ線路のパターン形状や配置が制約され易くなる。さらに、マイクロストリップ線路や共振器の形成方法によっては、両者間の間隔寸法が制限されることもあり、例えば印刷等の厚膜プロセスを用いた場合には、線路と共振器とを十分に近付けることができず、両者間の結合量を自由に設定できないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、回路全体を小型化しつつ、信号線路と共振電極の配置、結合状態等を高い精度で設定でき、設計自由度や生産性を向上できるようにした高周波共振回路及びそれを用いた発振器を提供することにある。

上述した課題を解決するために請求項１の発明は、複数の誘電体層が厚さ方向に面を重ねて積層された多層基板と、該多層基板の一の面に設けられ高周波信号を伝送する信号線路と、該信号線路と厚さ方向の異なる位置で前記多層基板内の他の面に設けられ前記誘電体層を介して該信号線路の一部分と容量結合する共振電極と、前記多層基板内に設けられ前記信号線路のうち前記一部分を除いた他の部位と前記誘電体層を介して対向する中間接地電極と、前記多層基板に設けられ前記信号線路と厚さ方向の反対側から前記共振電極に対向すると共に前記中間接地電極と一緒にグランドに接地される接地導体とからなる構成を採用している。

また、請求項２の発明によると、共振電極は、少なくとも一部が信号線路と厚さ方向で対向する構成としている。

また、請求項３の発明によると、信号線路には、共振電極と容量結合する部位から延びて形成された容量性のスタブを設ける構成としている。

また、請求項４の発明によると、スタブは共振電極から離れる方向に延ばす構成としている。

また、請求項５の発明によると、スタブは共振電極に沿った方向と共振電極から離れる方向とに延ばす構成としている。

また、請求項６の発明によると、信号線路は、多層基板の誘電体層を介して共振電極と容量結合する容量結合部と、該容量結合部の長さ方向両側に形成され共振電極と中間接地電極との間に対応する位置に配設される電極間線路部と、該各電極間線路部から延びて形成され誘電体層を介して中間接地電極と対向する導波路部とにより構成し、スタブは信号線路の容量結合部に配設する構成としている。

また、請求項７の発明によると、多層基板は、信号線路と共振電極との間に低い誘電率をもって配設された線路側の誘電体層と、共振電極と接地導体との間に高い誘電率をもって配設された接地側の誘電体層とにより構成している。

さらに、請求項８の発明に係る発振器は、請求項１ないし７の何れかに記載の高周波共振回路を備え、信号線路の長さ方向一側に能動回路を接続し長さ方向他側に終端抵抗を接続する構成としている。

請求項１の発明によれば、多層基板には、信号線路と共振電極とを厚さ方向の異なる位置に配設してこれらを容量結合し、この容量結合部位を除いて信号線路と対向する中間接地電極と、共振電極と対向する接地導体とを設ける構成としたので、信号線路と共振電極とを多層基板の厚さ方向に積層でき、これらを多層基板内で容量結合させることができる。

また、信号線路と共振電極との間の誘電体層を薄肉に形成することにより、これらの結合量を容易に高めることができる。しかも、誘電体層の厚みは高い精度で設定できるから、信号線路と共振電極との結合量を正確に定めることができ、結合量のばらつき等を抑えることができる。

さらに、共振電極を、信号線路と接地導体との間に位置して多層基板内に埋設できるから、共振電極による電磁界を多層基板内に閉込めて実効誘電率を高めることができ、これによって共振電極を小型化することができる。

従って、共振回路として高い性能を保持しつつ、信号線路と共振電極とを重なり合うように配置できるので、これらの実装面積を小さくして多層基板を小型化できると共に、回路全体をコンパクトに形成することができる。また、高周波共振回路の製造時には、信号線路と共振電極とを個々の誘電体層の適切な位置に実装し、これらの誘電体層を積層することにより、信号線路と共振電極との位置関係を正確に定めることができる。

これにより、信号線路と共振電極の配置、結合量等を高い精度で設定できると共に、これらを多層基板に沿った水平方向だけでなく、厚さ方向にも自由に配置することができ、設計自由度を高めることができる。また、信号線路と共振電極との位置関係は、例えば多層基板の各誘電体層を貼合わせる工程で容易に設定できるから、共振電極を位置決めする工程が複雑化したり、この工程で高精度の実装設備等を用いる必要がなくなり、生産性を向上することができる。

また、請求項２の発明によれば、共振電極は、少なくとも一部が信号線路と厚さ方向で対向する構成としたので、多層基板の誘電体層を挟んで信号線路と共振電極とを対向させることができ、この対向部位で両者を安定的に容量結合できると共に、その結合量を容易に高めることができる。また、例えば信号線路と共振電極との対向面積、間隔等に応じて両者の結合量を自由に設定でき、所望の結合量を容易に実現することができる。

また、請求項３の発明によれば、信号線路には、共振電極と容量結合する部位から延びる容量性のスタブを設ける構成としたので、例えば共振電極から離れる方向にスタブを設けた場合には、信号線路のうちスタブの両側に位置する部位のインダクタンスと、スタブの容量とによってＬＣＬ型の整合回路を形成することができる。このため、例えばスタブの寸法、形状等を適切に設定することにより、前述した整合回路を用いて信号線路と共振電極とを容易にインピーダンス整合させることができる。また、例えば共振電極と対向する位置にスタブを設けることにより、信号線路と共振電極との間の結合量を増大させることができる。

これにより、例えば信号線路と共振電極との結合量や、これらの結合部位における信号の反射量等を正確に制御でき、所定の共振周波数で安定した共振状態を実現することができる。そして、例えば共振周波数の周波数帯で信号の反射特性（特性線）を急峻化できると共に、この周波数帯の外側で信号の反射量を抑制することができ、共振回路としての性能を高めることができる。

また、請求項４の発明によれば、スタブを共振電極から離れる方向に延ばす構成としたので、例えば信号線路と共振電極との結合状態（結合量）がスタブの寸法、形状等によって影響されるのを抑制することができる。従って、例えばスタブの長さ等を調整して信号線路と共振電極との間でインピーダンスを整合するときには、両者間の結合量の変化を抑えつつ、スタブの容量を増，減させることができ、共振回路の設計等を効率よく行うことができる。

また、請求項５の発明によれば、スタブを共振電極に沿った方向と共振電極から離れる方向とに延ばす構成としたので、共振電極から離れる方向に延びた一方のスタブによって信号線路と共振電極とをインピーダンス整合することができる。また、共振電極に沿って延びる他方のスタブは、両者間の容量を増大させることができる。従って、これらのスタブにより回路のインピーダンスや結合状態を適切に設定することができる。

また、請求項６の発明によれば、信号線路を、共振電極と容量結合すると共にスタブが配設される容量結合部と、共振電極と中間接地電極との間に対応する位置に配設される電極間線路部と、中間接地電極と対向する導波路部とにより構成したので、信号線路の容量結合部は、共振電極と容量結合することによって共振回路を形成することができる。

また、各電極間線路部は、共振電極と中間接地電極の何れにも対向しない位置でインダクタンスとして機能することができる。従って、これらのインダクタンスとスタブの容量とによってＬＣＬ型の整合回路を形成でき、簡単な構造で信号線路と共振電極とをインピーダンス整合することができる。

また、請求項７の発明によれば、多層基板を、低い誘電率を有する線路側の誘電体層と、高い誘電率を有する接地側の誘電体層とにより構成したので、線路側の誘電体層を低誘電率とすることにより、信号線路や共振電極の近傍で浮遊容量を低減でき、共振回路の動作を安定させることができる。

また、接地側の誘電体層を高誘電率とすることにより、この誘電体層内で高周波信号の波長を実質的に短くすることができるので、信号波長に応じた寸法をもつ共振電極を小型化でき、多層基板をコンパクトに形成することができる。また、高誘電率の誘電体層内に電磁界を集中させることができるから、例えばシールドケース等の外部導体を信号線路に被せる構成とした場合でも、外部導体によって高周波信号が影響され難い構造とすることができ、信頼性を高めることができる。

さらに、請求項８の発明によれば、発振器は、請求項１ないし７の何れかに記載の高周波共振回路を備え、信号線路の長さ方向一側に能動回路を接続し長さ方向他側に終端抵抗を接続する構成としたので、積層型の高周波共振回路によって発振器を小型化することができ、コンパクトで設計自由度の高い発振器を実現することができる。

また、例えば高周波共振回路にスタブを設ける構成とした場合には、共振周波数の周波数帯で信号の反射特性を急峻化でき、発振器の位相雑音特性を向上させることができる。そして、共振周波数帯の外側では、信号の反射量を抑制することができ、これによって想定外の周波数での異常発振を防止できると共に、発振器の安定性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態による高周波共振回路及びそれを用いた発振器を、添付図面を参照して詳細に説明する。

ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、マイクロストリップ線路を用いた高周波共振回路を例に挙げて述べる。

図中、１は高周波共振回路を示し、該高周波共振回路１は、後述の多層基板２、信号線路５、共振電極６、中間接地電極７、接地導体１０、オープンスタブ１１等により構成されている。この場合、信号線路５、電極６，７、接地導体１０、オープンスタブ１１等は、例えば金、白金、銀、銅等の金属膜からなり、エッチング、印刷等の手段によって所定のパターン形状に形成されている。

２は高周波共振回路１のベース部分を構成する多層基板で、該多層基板２は、例えばセラミックス、樹脂等の誘電体材料により形成された複数の誘電体層（例えば、後述する２層の誘電体層３，４）によって構成されている。そして、多層基板２は、これらの誘電体層３，４の面（即ち、後述の表面３Ａ，４Ａ及び裏面３Ｂ，４Ｂ）を厚さ方向に重ねて積層されている。

この場合、セラミックス材料の多層基板としては、信号線路５等の導体を伝播する信号の損失を低減するために、例えば銀、銅等の金属材料によって導体パターンを形成することが可能な低温同時焼成基板を用いることが好ましい。また、多層基板２は、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のうち、例えばＸ軸及びＹ軸方向に沿って水平に延びると共に、その厚さ方向はＺ軸方向となっている。

３は例えば多層基板２の表面側（信号線路５側）の部位を構成する線路側誘電体層で、該線路側誘電体層３は、図２、図３に示す如く、例えば１〜１０程度の低い比誘電率をもつ平板状の誘電体材料からなり、その表面３Ａと裏面３Ｂとの間に位置して厚みｔ1を有している。

４は多層基板２の裏面側（接地導体１０側）の部位を構成する接地側誘電体層で、該接地側誘電体層４は、例えば１０〜１００程度の高い比誘電率をもつ平板状の誘電体材料によって形成されている。また、接地側誘電体層４は、表面４Ａと裏面４Ｂとの間に位置して厚みｔ2を有し、この厚みｔ2は線路側誘電体層３よりも厚肉に形成されている。

５は例えば多層基板２の表面側に設けられた信号線路で、該信号線路５は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路として形成されている。そして、信号線路５は多層基板２の一の面に設けられ、本実施の形態では、例えば多層基板２の表面（線路側誘電体層３の表面３Ａ）を一の面として、この表面３Ａに配置されている。

ここで、信号線路５は、図２、図３に示す如く、例えばＸ軸方向に直線状に延びる帯状の金属膜等からなり、Ｙ軸方向に一定の幅Ｗ_Ｌを有している。この場合、信号線路５は、幅Ｗ_Ｌを含めた寸法、形状や誘電体層３の厚みｔ1等を適切に設定することにより、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω程度）をもって形成されている。

また、信号線路５は、その長さ方向途中部位に位置して後述する共振電極６の結合端６Ａと容量結合する容量結合部５Ａと、該容量結合部５Ａの長さ方向両側に形成され共振電極６と中間接地電極７との間（間隔８）に対応する位置に配設される電極間線路部５Ｂと、該各電極間線路部５Ｂから延びて形成され中間接地電極７と対向する導波路部５Ｃとにより構成されている。

６は信号線路５と接地導体１０との間に位置して多層基板２内に埋設された共振電極で、該共振電極６は、図２、図３に示す如く、例えば金属膜等により細長い四角形状に形成され、Ｘ軸及びＹ軸方向に対称形状をなしている。そして、共振電極６は、信号線路５と厚さ方向の異なる位置で多層基板２内の他の面（例えば、接地側誘電体層４の表面４Ａ）に配置され、この表面４Ａと線路側誘電体層３の裏面３Ｂとの間に積層されている。

ここで、共振電極６は、信号線路５と直交する方向（Ｙ軸方向）に延びて形成され、Ｙ軸方向の長さＬ_Ｋと、Ｘ軸方向の幅Ｗ_Ｋと、Ｚ軸方向の厚みｔ_Ｋとを有している。そして、共振電極６は、その長さＬ_Ｋが信号線路５を伝播する高周波信号の波長λの１／２とほぼ等しい寸法値に設定され、所謂λ／２型のストリップ導体として形成されている。

また、共振電極６は、長さ方向の一端側が線路側誘電体層３を介して信号線路５の容量結合部５Ａと容量結合する開放端（以下、結合端６Ａという）となり、該結合端６Ａは、その表面側が線路側誘電体層３を挟んで信号線路５の容量結合部５Ａと対向し、該容量結合部５ＡとＺ軸方向に重なり合った状態で配置されている。一方、共振電極６の他端側は、信号線路５から離間して配置された開放端６Ｂとなっている。また、共振電極６の裏面側は、後述の接地導体１０により接地側誘電体層４を介して覆われている。

７は多層基板２内に設けられた中間接地電極で、該中間接地電極７は、図５に示す如く、例えば共振電極６を取囲む枠状の金属膜等からなり、線路側誘電体層３の裏面３Ｂと接地側誘電体層４の表面４Ａとの間に積層されている。また、中間接地電極７は、後述のビアホール９によって接地導体１０と接続され、接地導体１０を介してグランドに接地されるものである。

そして、中間接地電極７は、線路側誘電体層３を介して信号線路５の各導波路部５ＣとＺ軸方向で対向し、これらの対向部位で信号線路５の接地導体を構成している。また、中間接地電極７は、共振電極６と同一平面上に配置され、これらの間には共振電極６を取囲む枠状の間隔８が設けられている。この場合、共振電極６と中間接地電極７とは、高周波共振回路１の製造時に同じ工程で一緒に形成され、間隔８によって互いに絶縁されている。

９は接地側誘電体層４にそれぞれ間隔をもって設けられた複数のビアホールで、該各ビアホール９は、接地側誘電体層４を厚さ方向に貫通する導体材料からなり、中間接地電極７と接地導体１０とを接続している。

この場合、各ビアホール９の水平方向の間隔Ｄ（図２参照）は、高周波信号の波長λの１／２未満（λ／２＞Ｄ）、好ましくは波長λの１／４程度（Ｄ≒λ／４）の寸法値として設定され、これによって接地側誘電体層４内で電磁波の不要な伝送モードが発生するのを抑える構成となっている。

このように、本実施の形態では、多層基板２を用いることにより、信号線路５と共振電極６とを厚さ方向の異なる位置に積層した状態で配置し、これらを容量結合する構成としている。このため、高周波共振回路１は、回路全体を水平方向に小型化できると共に、信号線路５と共振電極６の配置、結合状態等を高い精度で自由に設定できるものである。

１０は例えば多層基板２の裏面に設けられた接地導体で、該接地導体１０は、接地側誘電体層４の裏面４Ｂをほぼ全面にわたって覆う金属膜からなり、中間接地電極７と一緒にグランドに接続されるものである。そして、接地導体１０は、共振電極６を挟んで信号線路５と厚さ方向の反対側に配置され、線路側誘電体層３を介して共振電極６の裏面側に対向している。このため、接地導体１０によって共振電極６から電磁波が漏れるのを抑制することができる。

１１は例えば多層基板２の表面に配設された容量性のスタブとしてのオープンスタブで、該オープンスタブ１１は、信号線路５の容量結合部５Ａに分岐した状態で接続され、信号線路５と共振電極６とをインピーダンス整合させるものである。この場合、オープンスタブ１１は、高周波共振回路１の製造時に信号線路５と同じ工程で一緒に形成される。

そして、オープンスタブ１１は、例えば金属膜等により細長い四角形状または帯状に形成され、Ｙ軸方向の長さＬ_Ｓと、Ｘ軸方向の幅Ｗ_Ｓとを有している。また、オープンスタブ１１は、線路側誘電体層３の表面３Ａに形成され、信号線路５の容量結合部５Ａから直交方向に突出すると共に、Ｙ軸方向の一側（共振電極６から離れる方向）に向けて延びている。そして、オープンスタブ１１の先端側は開放端１１Ａとなり、この開放端１１Ａは、例えば中間接地電極７とＺ軸方向で対向する位置に配設されている。

ここで、図４に示す高周波共振回路１の等価回路を参照しつつ、オープンスタブ１１の機能について述べる。図中、Ｃ_Ｋは信号線路５の容量結合部５Ａと共振電極６との間の容量を示し、Ｃ_Ｓはオープンスタブ１１とグランドとの間の容量を示している。また、Ｚ0は信号線路５の導波路部５Ｃ等の特性インピーダンスを示し、Ｌは信号線路５の各電極間線路部５Ｂのインダクタンスを示している。

この場合、電極間線路部５Ｂは、共振電極６と中間接地電極７との間に設けられた間隔８と対向する位置に配設され、電極６，７の何れにも対向しない状態となっているため、各電極間線路部５Ｂの位置では、信号線路５の特性インピーダンスが高くなっている。

また、高周波共振回路１の作動時には、信号線路５に沿って中間接地電極７を流れる接地電流が間隔８（電極間線路部５Ｂ）の位置を迂回して流れるようになる。このため、電極間線路部５Ｂは、インダクタンスＬとして機能すると考えることができる。

これにより、信号線路５の容量結合部５Ａには、左，右の電極間線路部５ＢのインダクタンスＬと、オープンスタブ１１の容量Ｃ_ＳとによってＬＣＬ型の整合回路１２を形成することができる。従って、この整合回路１２により信号線路５と共振電極６とを安定的にインピーダンス整合でき、例えば電極間線路部５Ｂ等の位置で生じる反射特性の低下を防止することができる。

また、オープンスタブ１１は、共振電極６から離れる方向に延びているので、信号線路５と共振電極６との間の容量Ｃ_Ｋは、オープンスタブ１１の長さＬ_Ｓによって影響を受け難くなる。従って、例えばスタブ１１の長さＬ_Ｓ等を調整して信号線路５と共振電極６との間でインピーダンスを整合するときには、両者間の容量Ｃ_Ｋの変化を抑えつつ、容量Ｃ_Ｋと独立してオープンスタブ１１の容量Ｃ_Ｓを増，減させることができる。

次に、図６を参照しつつ、高周波共振回路１の反射特性について説明する。ここで、図６中に実線で示す特性線は、伝送特性をシミュレーション演算（有限要素法による３次元電磁界計算）した結果であり、この演算時の設定条件としては、図２、図３において、例えば信号線路５の幅Ｗ_Ｌ＝０．１２ｍｍ、共振電極６の長さＬ_Ｋ＝１．０７ｍｍ、幅Ｗ_Ｋ＝０．３ｍｍ、厚みｔ_Ｋ＝７μｍとして設定すると共に、信号線路５の線路端をそれぞれ５０Ωで終端するものとして設定している。また、オープンスタブ１１の長さＬ_Ｓ＝０．４５ｍｍとし、幅Ｗ_Ｓは信号線路５と等しく設定している。

また、多層基板２としては、図３中に仮想線で示すように、例えば接地側誘電体層４が高誘電率層４′と低誘電率層４″とにより形成された３層の積層基板を用いるものとした。そして、線路側誘電体層３、高誘電率層４′、低誘電率層４″の厚みは、それぞれ０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．０７５ｍｍとし、これらの比誘電率は、それぞれ７．７、３０．８、７．７としてシミュレーション演算を行った。

一方、図６中に仮想線で示す特性線は、オープンスタブ１１を設けていない高周波共振回路に対して同様のシミュレーション演算を行った結果を、比較例として記載したものである。

この比較例の特性線から判るように、オープンスタブ無しの高周波共振回路では、例えば信号線路と共振電極とのインピーダンス不整合によって信号の反射が生じ易いため、反射特性を表すＳパラメータ（Ｓ₁₁）は、極小値の近傍を除いて例えば０〜−１０ｄＢ程度の大きなレベルとなっている。また、特性線の極大値となるピークＰ′は、比較的緩やかな頂点となっている。

これに対し、本実施の形態では、容量性のオープンスタブ１１を設け、その長さＬ_Ｓ等を適切に設定することにより、反射特性を広い周波数帯にわたって小さなレベルに抑えることができる。また、特性線のピークＰを急峻に尖った形状とすることができ、これらの点で反射特性を改善することができる。

かくして、本実施の形態によれば、高周波共振回路１を、多層基板２、信号線路５、共振電極６、中間接地電極７、接地導体１０等により構成したので、信号線路５と共振電極６とを多層基板２の厚さ方向の異なる位置に積層でき、これらを多層基板２内で容量結合させることができる。

また、信号線路５と共振電極６との間の誘電体層３を薄肉に形成することにより、これらの結合量を容易に高めることができる。しかも、誘電体層３の厚みｔ1は高い精度で設定できるから、信号線路５と共振電極６との結合量を正確に定めることができ、結合量のばらつき等を抑えることができる。

さらに、共振電極６を、信号線路５と接地導体１０との間に位置して多層基板２内に埋設できるから、共振電極６による電磁界を多層基板２内に閉込めて実効誘電率を高めることができ、共振電極６を小型化することができる。

従って、共振回路１として高い性能を保持しつつ、信号線路５と共振電極６とを重なり合うように配置でき、これらの実装に必要な面積を小さくして多層基板２を小型化できると共に、回路全体をコンパクトに形成することができる。

また、高周波共振回路１の製造時には、信号線路５と共振電極６とを個々の誘電体層３，４の適切な位置に実装し、これらの誘電体層３，４を積層することにより、信号線路５と共振電極６との位置関係を正確に定めることができる。このため、信号線路５と共振電極６の配置、結合状態等を高い精度で設定できると共に、これらを多層基板２に沿った水平方向だけでなく、厚さ方向にも自由に配置することができ、設計自由度を高めることができる。

また、信号線路５と共振電極６との位置関係は、例えば多層基板２の各誘電体層３，４を貼合わせる工程で容易に設定できるから、共振電極６を位置決めする工程が複雑化したり、この工程で高精度の実装設備等を用いる必要がなくなり、生産性を向上することができる。

この場合、信号線路５の容量結合部５Ａと共振電極６の結合端６Ａとを厚さ方向で対向させたので、これらの部位は線路側誘電体層３を挟んで安定的に容量結合することができ、また結合量を容易に高めることができる。そして、例えば信号線路５と共振電極６との対向面積、間隔等に応じて両者の結合量を自由に設定でき、所望の結合量を容易に実現することができる。

また、信号線路５の容量結合部５Ａには、共振電極６から離れる方向に延びる容量性のオープンスタブ１１を設けたので、例えば信号線路５のうち各電極間線路部５ＢのインダクタンスＬと、オープンスタブ１１の容量Ｃ_ＳとによってＬＣＬ型の整合回路１２を形成することができる。このため、例えばスタブ１１の寸法、形状等を適切に設定することにより、この整合回路１２を用いて信号線路５と共振電極６とを容易にインピーダンス整合することができる。

これにより、例えば信号線路５と共振電極６との結合量や、これらの結合部位における信号の反射量等を正確に制御でき、所定の共振周波数で安定した共振状態を実現することができる。そして、例えば共振周波数の周波数帯で信号の反射特性（特性線のピークＰ）を急峻化できると共に、この周波数帯の外側で信号の反射量を抑制することができ、共振回路としての性能を高めることができる。

また、オープンスタブ１１を共振電極６から離れる方向に延ばしたので、例えば信号線路５と共振電極６との結合状態（結合量）がスタブ１１の寸法、形状等によって影響されるのを抑制することができる。従って、例えばオープンスタブ１１の長さＬ_Ｓ等を調整して信号線路５と共振電極６との間でインピーダンスを整合するときには、両者間の結合量（容量Ｃ_Ｋ）の変化を抑えつつ、スタブ１１のもつ容量Ｃ_Ｓを増，減させることができ、共振回路の設計等を効率よく行うことができる。

この場合、信号線路５を、共振電極６の結合端６Ａと容量結合すると共にオープンスタブ１１が配設される容量結合部５Ａと、共振電極６と中間接地電極７との間隔８に対応する位置に配設される電極間線路部５Ｂと、中間接地電極７と対向する導波路部５Ｃとにより構成したので、容量結合部５Ａは、共振電極６と厚さ方向で容量結合することによって高周波共振回路１を形成することができる。

また、各電極間線路部５Ｂは、共振電極６と中間接地電極７の何れにも対向しない位置でインダクタンスＬとして機能することができる。従って、これらのインダクタンスＬとオープンスタブ１１の容量Ｃ_Ｓとによって簡単な構造でＬＣＬ型の整合回路１２を形成することができる。

また、多層基板２を、低い誘電率を有する線路側誘電体層３と、高い誘電率を有する接地側誘電体層４とにより構成したので、回路を構成する線路として所定の特性インピーダンスの伝達線路（例えば５０Ω）を形成することができる。また、線路側誘電体層３によって信号線路５や共振電極６の近傍で浮遊容量を低減でき、共振回路１の動作を安定させることができる。

また、接地側誘電体層４を高い誘電率とすることにより、この誘電体層４内で高周波信号の波長λを実質的に短くすることができるので、信号波長に応じた寸法をもつ共振電極６を小型化でき、多層基板２をコンパクトに形成することができる。また、高誘電率の誘電体層４内に電磁界を集中させることができるから、例えばシールドケース等の外部導体を信号線路５に被せる構成とした場合でも、外部導体によって高周波信号が影響され難い構造とすることができ、信頼性を高めることができる。

さらに、共振電極６と中間接地電極７とを同一平面上に配置したので、高周波共振回路１の製造時には、これらを同じ工程で一緒に形成することができ、製造効率を高めることができる。

次に、図７は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、スタブを共振電極に沿った方向と共振電極から離れる方向とに延ばす構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

２１は高周波共振回路を示し、該高周波共振回路２１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、多層基板２、信号線路５、共振電極６、中間接地電極７、接地導体１０、オープンスタブ１１等により構成されている。しかし、多層基板２（線路側誘電体層３）の表面３Ａには、オープンスタブ１１等と同一平面上に位置して容量性をもつ他のオープンスタブ２２が設けられている。

ここで、オープンスタブ２２は、オープンスタブ１１とほぼ同様に、例えば金属膜等により細長い四角形状または帯状に形成され、信号線路５の容量結合部５Ａから直交方向に突出すると共に、その先端側は開放端２２Ａとなっている。

また、オープンスタブ２２は、Ｙ軸方向の他側（共振電極６に沿った方向）に向けて延びると共に、オープンスタブ１１と直線状に並んで形成され、これらのスタブ１１，２２は、信号線路５を挟んで互いに逆向きに配置されている。そして、オープンスタブ２２は、例えば開放端２２Ａを含めてスタブ全体が共振電極６とＺ軸方向で対向する位置に配設されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、共振電極６から離れる方向に延びた一方のオープンスタブ１１と、共振電極６に沿って延びる他方のオープンスタブ２２とを設ける構成としている。

これにより、一方のオープンスタブ１１によって信号線路５と共振電極６とをインピーダンス整合しつつ、他方のオープンスタブ２２によって信号線路５と共振電極６との間の容量を増大させることができる。

この結果、信号線路５と共振電極６との間の結合量（第１の実施の形態における容量Ｃ_Ｋ）を、オープンスタブ２２の容量分だけ増大させることができる。従って、これらのオープンスタブ１１，２２により共振回路１のインピーダンスや結合状態を適切に設定することができ、回路の設計をより効率よく行うことができる。

次に、図８は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、スタブを用いることなく、信号線路と共振電極とを積層する構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１は高周波共振回路を示し、該高周波共振回路３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、多層基板２、信号線路５、共振電極６、中間接地電極７、接地導体１０等により構成されている。しかし、本実施の形態では、第１の実施の形態のオープンスタブ１１を省略した構成となっている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、共振電極６を多層基板２内に埋設できるから、第１の実施の形態とほぼ同様に、共振電極６を含めて高周波共振回路３１を小型化することができる。そして、信号線路５と共振電極６とを厚さ方向の異なる位置に配置でき、設計自由度や生産性の向上を図ることができる。

次に、図９ないし図１１は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、高周波共振回路を発振器に適用したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は発振器で、該発振器４１は、後述の多層基板４２、高周波共振回路４５、能動回路４６、終端抵抗４７等によって構成され、所定の周波数において能動回路４６と高周波共振回路４５との間で発振動作を行うものである。

４２は高周波共振回路４５と能動回路４６とが実装される多層基板で、該多層基板４２は、図１０に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば２層の積層基板として形成され、線路側誘電体層４３と接地側誘電体層４４とが厚さ方向に積層されている。

４５は多層基板４２に実装された高周波共振回路で、該高周波共振回路４５は、前記各実施の形態による高周波共振回路１，２１，３１の何れかにより構成されている（例として高周波共振回路１を用いた場合を図示）。そして、高周波共振回路４５は、多層基板４２の一部と、信号線路５、共振電極６、中間接地電極７、接地導体１０、オープンスタブ１１等とにより構成されている。

４６は多層基板４２に実装された能動回路で、該能動回路４６は、図１０、図１１に示す如く、例えば多層基板４２にフリップチップ実装された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４６Ａ等の能動素子と、コンデンサ４６Ｂ、オープンスタブ４６Ｃ等の受動素子とからなり、負性抵抗回路として構成されている。

そして、能動回路４６は、高周波共振回路４５の信号線路５の長さ方向一側に接続され、該高周波共振回路４５から高周波信号が入射されるときには、この信号を増幅して高周波共振回路４５に反射するものである。

４７は多層基板４２に実装された例えばチップ抵抗等の終端抵抗で、該終端抵抗４７は、信号線路５の長さ方向他側とグランドとの間に接続されている。

そして、発振器４１の作動時には、電源端子４８から能動回路４６に給電すると、能動回路４６は、高周波共振回路４５からの入射信号を増幅して反射し、高周波共振回路４５は、能動回路４６からの入射信号のうち所定の周波数（共振周波数）をもつ信号だけを能動回路４６に反射する。これにより、発振器４１は、２つの回路４５，４６の間で帰還ループが成長し、一定の位相条件が満たされることによって出力端子４９から発振出力を行う帯域反射型発振回路を構成するものである。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１ないし第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、高周波共振回路４５を発振器４１に用いる構成としたので、積層型の高周波共振回路４５によって発振器４１を小型化することができ、コンパクトで設計自由度の高い発振器４１を実現することができる。

この場合、高周波共振回路４５のオープンスタブ１１によって信号線路５と共振電極６とをインピーダンス整合することができるから、共振周波数の周波数帯で信号の反射特性を急峻化でき、発振器４１の位相雑音特性を向上させることができる。そして、共振周波数帯の外側では、信号の反射量を抑制することができ、これによって想定外の周波数での異常発振を防止できると共に、発振器４１の安定性を高めることができる。

なお、前記各実施の形態では、λ／２型のストリップ導体からなる共振電極６を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば１波長λの１／４の長さをもつλ／４型のストリップ導体によって共振電極を構成してもよい。この場合、λ／４型のストリップ導体は、長さ方向両端のうち一方を接地した短絡端とし、他方を開放端とすると共に、開放端を信号線路に対向させればよい。

また、実施の形態では、四角形状の共振電極を例に挙げて述べたが、本発明はこれに限らず、共振電極は任意の形状としてよいものであり、例えば楕円形、菱形等の対称形状や他の非対称形状としてもよい。

また、実施の形態では、共振電極と中間接地電極とを多層基板２内で厚さ方向の同じ位置（同一平面上）に配置する構成とした。しかし、例えば３層以上の多層基板を用いることにより、共振電極と中間接地電極とを別個の誘電体層の表面に形成し、これらを多層基板内で厚さ方向の異なる位置に配設する構成としてもよい。これにより、中間接地電極とは独立して信号線路と共振電極との距離を設定して信号線路と共振電極との結合量を調整することができ、設計自由度をより高めることができる。

また、実施の形態では、多層基板２，４２を、低い誘電率の線路側誘電体層３，４３と、高い誘電率の接地側誘電体層４，４４とにより構成した。しかし、本発明はこれに限らず、多層基板を３層以上の誘電体層により構成してもよい。また、多層基板を構成する各誘電体層が互いに異なる誘電率をもつ必要はなく、各誘電体層のうち一部または全部の誘電体層が互いに等しい誘電率を有する構成としてもよい。

また、第４の実施の形態では、発振器４１の終端抵抗４７としてチップ抵抗等の素子を実装する構成とした。しかし、終端抵抗としては、例えば抵抗体材料を基板に塗布または印刷して形成した膜状の抵抗体等を用いる構成としてもよい。

また、実施の形態では、多層基板２の表面（線路側誘電体層３の表面３Ａ）を一の面として、この表面３Ａに信号線路５を設け、多層基板２の裏面に接地導体１０を設ける構成とした。しかし、信号線路５を設ける一の面とは、多層基板２を構成する各誘電体層３，４の表面３Ａ，４Ａ及び裏面３Ｂ，４Ｂを含むものである。従って、信号線路や接地導体は、必ずしも多層基板の外面に露出した状態で配置する必要はなく、必要に応じて多層基板内に埋設する構成としてもよい。

さらに、実施の形態では、信号線路５として、マイクロストリップ線路を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えばコプレーナ線路を含めて各種の信号線路に適用できるものである。

本発明の第１の実施の形態による高周波共振回路を示す斜視図である。 高周波共振回路を図１の上側からみた平面図である。 高周波共振回路を図２中の矢示III−III方向からみた縦断面図である。 高周波共振回路の信号線路、共振電極、スタブ等を示す等価的な回路図である。 多層基板の線路側誘電体層と接地側誘電体層とを積層する前の状態で示す高周波共振回路の分解斜視図である。 高周波共振回路の反射特性を比較例と一緒に示す特性線図である。 本発明の第２の実施の形態による高周波共振回路を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態による高周波共振回路を示す平面図である。 本発明の実施の形態による発振器を第４の実施の形態として示す平面図である。 発振器を図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた縦断面図である。 高周波共振回路を用いた発振器を示す等価的な回路図である。

符号の説明

１，２１，３１，４５ 高周波共振回路
２，４２ 多層基板
３，４３ 線路側誘電体層
３Ａ，４Ａ 表面
３Ｂ，４Ｂ 裏面
４，４４ 接地側誘電体層
５ 信号線路
５Ａ 容量結合部
５Ｂ 電極間線路部
５Ｃ 導波路部
６ 共振電極
６Ａ 結合端
６Ｂ，１１Ａ，２２Ａ 開放端
７ 中間接地電極
８ 間隔
９ ビアホール
１０ 接地導体
１１，２２ オープンスタブ（スタブ）
１２ 整合回路
４１ 発振器
４６ 能動回路
４７ 終端抵抗

Claims (8)

1. 複数の誘電体層が厚さ方向に面を重ねて積層された多層基板と、
   該多層基板の一の面に設けられ高周波信号を伝送する信号線路と、
   該信号線路と厚さ方向の異なる位置で前記多層基板内の他の面に設けられ前記誘電体層を介して該信号線路の一部分と容量結合する共振電極と、
   前記多層基板内に設けられ前記信号線路のうち前記一部分を除いた他の部位と前記誘電体層を介して対向する中間接地電極と、
   前記多層基板に設けられ前記信号線路と厚さ方向の反対側から前記共振電極に対向すると共に前記中間接地電極と一緒にグランドに接地される接地導体とから構成してなる高周波共振回路。
2. 前記共振電極は、少なくとも一部が前記信号線路と厚さ方向で対向する構成としてなる請求項１に記載の高周波共振回路。
3. 前記信号線路には、前記共振電極と容量結合する部位から延びて形成された容量性のスタブを設けてなる請求項１または２に記載の高周波共振回路。
4. 前記スタブは前記共振電極から離れる方向に延ばす構成としてなる請求項３に記載の高周波共振回路。
5. 前記スタブは前記共振電極に沿った方向と前記共振電極から離れる方向とに延ばす構成としてなる請求項３に記載の高周波共振回路。
6. 前記信号線路は、前記多層基板の誘電体層を介して前記共振電極と容量結合する容量結合部と、該容量結合部の長さ方向両側に形成され前記共振電極と中間接地電極との間に対応する位置に配設される電極間線路部と、該各電極間線路部から延びて形成され前記誘電体層を介して前記中間接地電極と対向する導波路部とにより構成し、前記スタブは前記信号線路の容量結合部に配設してなる請求項３，４または５に記載の高周波共振回路。
7. 前記多層基板は、前記信号線路と共振電極との間に低い誘電率をもって配設された線路側の誘電体層と、前記共振電極と接地導体との間に高い誘電率をもって配設された接地側の誘電体層とにより構成してなる請求項１，２，３，４，５または６に記載の高周波共振回路。
8. 請求項１ないし７の何れかに記載の高周波共振回路を備え、前記信号線路の長さ方向一側に能動回路を接続し長さ方向他側に終端抵抗を接続する構成とした発振器。

Images