JP2009246810A

JP2009246810A - High-frequency signal transmission apparatus

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Publication number: JP2009246810A
Application number: JP2008092956A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ono; 泰夫大野; Yuka Okuyama; 祐加奥山
Original assignee: University of Tokushima NUC
Current assignee: University of Tokushima NUC
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP4915747B2

Abstract

【課題】直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現する。
【解決手段】高周波信号装置１は、異なる平面上に、オープンリング状の共振器２と、当該共振器２に接続され、当該共振器に対して高周波信号の入出力を行う入出力線路３とが形成されており、両平面上に形成された共振器２同士を電磁結合させて、高周波信号を伝送させる。そして、高周波信号は共振器２において定在波となる波長を有しており、少なくとも１つの共振器２において、定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための直流用線路５が接続されている。
【選択図】図１A device capable of transmitting DC power or a low-frequency signal and capable of efficiently transmitting a high-frequency signal between resonators is realized.
A high-frequency signal device includes: an open ring resonator on different planes; an input / output line connected to the resonator and configured to input and output a high-frequency signal to the resonator; Are formed, and the resonators 2 formed on both planes are electromagnetically coupled to transmit a high-frequency signal. The high frequency signal has a wavelength that becomes a standing wave in the resonator 2, and in at least one resonator 2, a direct current for inputting a low frequency signal or DC power to a node portion of the standing wave. A service line 5 is connected.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、高周波信号を伝送する伝送装置に関するものである。 The present invention relates to a transmission device that transmits a high-frequency signal.

近年、デジタルＬＳＩのような半導体チップにおいて内部動作の高速化が進んでおり、内部クロック信号は、２ＧＨｚを超えるようになっている。しかしながら、このような高周波信号を半導体チップの外に取り出す際の速度は８００ＭＨｚ程度に留まっている。その理由は、半導体チップから樹脂やセラミックで作製された基板への信号取り出しを、ボンディングワイアなどの金属配線を用いて行うためである。これらの配線ではボンディングパッド、ボンディング配線が不安定な寄生容量や寄生インダクタンスを生じさせるため、この部分で高周波信号の劣化をもたらす。また、高周波信号を効率的に半導体チップの外に伝送するためには、インピーダンス整合の調整を精度よく行わなければ、反射や不要輻射のため伝送ロスが発生してしまう。特に、電気的接続を用いる装置では、接続の機械加工の精度や、接続の信頼性などの問題も発生する。また、機械的接続では低インピーダンスの線路が形成しにくく、出来たとしても微細な形状の変化で線路のインピーダンスが変化し、接続部での反射や不要放射のため良好な接続ができない。 In recent years, the speed of internal operations has been increasing in semiconductor chips such as digital LSIs, and the internal clock signal has exceeded 2 GHz. However, the speed at which such a high-frequency signal is taken out of the semiconductor chip remains at about 800 MHz. The reason is that signal extraction from a semiconductor chip to a substrate made of resin or ceramic is performed using a metal wiring such as a bonding wire. In these wirings, bonding pads and bonding wirings cause unstable parasitic capacitance and parasitic inductance, and this part causes deterioration of high-frequency signals. In addition, in order to efficiently transmit a high-frequency signal to the outside of the semiconductor chip, transmission loss occurs due to reflection and unnecessary radiation unless the impedance matching is adjusted accurately. In particular, in an apparatus using electrical connection, problems such as connection machining accuracy and connection reliability also occur. Moreover, it is difficult to form a low-impedance line by mechanical connection, and even if it can be made, the impedance of the line changes due to a minute change in shape, and a good connection cannot be made due to reflection or unnecessary radiation at the connection part.

そこで、この問題を解決するため、高周波信号を非接触で送受信する技術が開発されている。特許文献１には、異なる平面上に形成された、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器同士を電磁結合させることで、共振器間で高周波信号を伝送させる技術が記載されている。
特開２００８−６７０１２（２００８年３月２１日公開） In order to solve this problem, a technique for transmitting and receiving a high-frequency signal in a contactless manner has been developed. Patent Document 1 describes a technique for transmitting a high-frequency signal between resonators by electromagnetically coupling resonators having structures in which a part of a closed curve line formed on different planes is opened. Yes.
JP 2008-67012 (released March 21, 2008)

このような高周波信号を伝送する装置は、様々な回路において使用される。図２０は、代表的なマイクロ波アンプの回路図である。回路図上では、キャパシタが高周波信号のみを通し、インダクタが直流電流のみを通す。低周波ではキャパシタやインダクタは個別部品で構成可能であるが、１ＧＨｚ以上の高周波では純粋なキャパシタやインダクタは形成できない。特に図２０に示すようにトランジスタを有する回路では、トランジスタへ直流電圧を印加する必要がある。このため、図２０のキャパシタＡまたはＢの代わりに、特許文献１の高周波信号伝送装置を適用する場合、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器に、直流電力を送るための線路またはインダクタを介してグランドに接続するための線路を接続する必要がある。しかしながら、特許文献１の構造に単に直流電圧用の結線を行うだけでは、意図せぬ寄生効果で高周波信号の伝送が妨害されてしまう。 Such a device for transmitting a high-frequency signal is used in various circuits. FIG. 20 is a circuit diagram of a typical microwave amplifier. On the circuit diagram, the capacitor passes only high-frequency signals, and the inductor passes only direct current. Capacitors and inductors can be composed of individual components at low frequencies, but pure capacitors and inductors cannot be formed at high frequencies above 1 GHz. In particular, in a circuit having a transistor as shown in FIG. 20, it is necessary to apply a DC voltage to the transistor. Therefore, when the high-frequency signal transmission device of Patent Document 1 is applied instead of the capacitor A or B of FIG. 20, a line for sending DC power to a resonator having a structure in which a part of a closed curve line is opened. Or it is necessary to connect the track | line for connecting to a ground through an inductor. However, simply connecting a DC voltage connection to the structure of Patent Document 1 will interfere with the transmission of high-frequency signals due to unintended parasitic effects.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる平面上に形成された、閉曲線線路の一部が開放された構造を有する共振器同士を電磁結合させることで、共振器間で高周波信号を伝送させる装置であって、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to electromagnetically couple resonators formed on different planes and having a structure in which a part of a closed curve line is opened. An object of the present invention is to realize an apparatus for transmitting a high-frequency signal between resonators, capable of transmitting DC power or a low-frequency signal and efficiently transmitting a high-frequency signal between resonators.

本発明に係る高周波信号伝送装置は、上記課題を解決するために、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該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、上記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高周波信号伝送装置であって、上記高周波信号は上記共振器において定在波となる波長を有しており、少なくとも１つの上記共振器において、上記定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problem, a high-frequency signal transmission device according to the present invention is connected to a resonator having a structure in which a part of a closed curved line is opened or a spiral structure on a different plane, and the resonator. An input / output line for inputting / outputting a high-frequency signal to / from the resonator is formed, and the high-frequency signal transmission device transmits the high-frequency signal by electromagnetically coupling the resonators formed on the two planes. The high-frequency signal has a wavelength that becomes a standing wave in the resonator, and in at least one of the resonators, a low-frequency signal or DC power is input to the node of the standing wave. The input line is connected.

上記の構成によれば、伝送すべき高周波信号が共振器に入力されると、定在波をなす。定在波の節の部分では、電圧振幅がほぼゼロである。この部分にいかなるインピーダンスの線路を接続しても電流が流れることがない。そのため、この部分に低周波信号または直流電力を入力するための入力線路を接続することで、当該入力線路ならびに当該入力線路に接続されるワイヤ、インダクタ、直流電源などがどのようなインピーダンスを有していたとしても、そのインピーダンスが共振器に与える影響は小さい。その結果、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。 According to said structure, when the high frequency signal which should be transmitted is input into the resonator, it will make a standing wave. In the node portion of the standing wave, the voltage amplitude is almost zero. No current flows even if a line of any impedance is connected to this part. Therefore, by connecting an input line for inputting a low-frequency signal or DC power to this part, the impedance of the input line and the wires, inductors, DC power supplies, etc. connected to the input line have Even if it is, the influence of the impedance on the resonator is small. As a result, it is possible to realize a device that can transmit DC power or a low-frequency signal and can efficiently transmit a high-frequency signal between resonators.

なお、低周波信号とは、例えば６０Hzの電力をこのDC入力回路を通して送り、高周波回路上の整流ダイオードでDC電力に変えるような場合である。 The low-frequency signal is a case where, for example, 60 Hz power is sent through the DC input circuit and converted to DC power by a rectifier diode on the high-frequency circuit.

また、本発明の高周波信号伝送装置は、上記の課題を解決するために、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該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、上記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高周波信号伝送装置であって、上記共振器の線路長が、上記高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／２倍（ｎは０以上の整数）であり、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が、少なくとも１つの上記共振器に接続されており、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a high-frequency signal transmission device of the present invention is connected to a resonator having a structure in which a part of a closed curve line is opened or a spiral structure on different planes, and the resonator. And an input / output line for inputting and outputting a high-frequency signal to the resonator, and a high-frequency signal transmission device for transmitting a high-frequency signal by electromagnetically coupling the resonators formed on the two planes to each other The line length of the resonator is (2n + 1) / 2 times the wavelength of the high-frequency signal (n is an integer of 0 or more), and an input line for inputting a low-frequency signal or DC power is A line that is connected to at least one of the resonators, connects a connection point between the input line and the resonator and the center of the resonator, and a line that equally divides the resonator into 1 / (2n + 1). Any of the midpoints Wherein the point and the acute angle between the line connecting the center of the resonator is within 30 / (2n + 1) degree.

上記の構成によれば、共振器の線路長に２／（２ｎ＋１）を乗じた波長を有する高周波信号が共振器に入力したとき、当該高周波信号は共振器で定在波を形成するとともに、共振器を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点は当該定在波の節となる。そして、入力線路と共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、定在波の節と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内となる。３０／（２ｎ＋１）度は、定在波の腹と節との間の角度の１／６に相当するものであり、これ以下の範囲の角度であれば、節の部分に入力線路を取り付けたときの伝送効率に比べて１０％以内の劣化の範囲で抑えることができる。その結果、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。 According to the above configuration, when a high-frequency signal having a wavelength obtained by multiplying the line length of the resonator by 2 / (2n + 1) is input to the resonator, the high-frequency signal forms a standing wave in the resonator and resonates. The midpoint of the line that equally divides the instrument into (2n + 1) parts becomes the node of the standing wave. The acute angle between the line connecting the connection point between the input line and the resonator and the center of the resonator and the line connecting the node of the standing wave and the center of the resonator is within 30 / (2n + 1) degrees. It becomes. 30 / (2n + 1) degrees is equivalent to 1/6 of the angle between the antinode of the standing wave and the node. If the angle is less than this, an input line is attached to the node. It can be suppressed within a range of deterioration within 10% compared to the transmission efficiency at the time. As a result, it is possible to realize a device that can transmit DC power or a low-frequency signal and can efficiently transmit a high-frequency signal between resonators.

さらに、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を奇数分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が２０／（２ｎ＋１）度以内であることが好ましい。 Further, a line connecting a connection point between the input line and the resonator and the center of the resonator, a midpoint of the line obtained by equally dividing the resonator by an odd number, and the point It is preferable that an acute angle formed with a line connecting the center of the resonator is within 20 / (2n + 1) degrees.

これにより、入力線路が共振器に与える影響をさらに小さくすることができ、高周波信号の伝送効率を向上させることができる。 As a result, the influence of the input line on the resonator can be further reduced, and the transmission efficiency of the high-frequency signal can be improved.

本発明に係る高周波信号伝送装置は、異なる平面上に、閉曲線線路の一部が開放された構造もしくはスパイラル構造を有する共振器と、当該共振器に接続され、当該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、上記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高周波信号伝送装置であって、上記高周波信号は上記共振器において定在波となる波長を有しており、少なくとも１つの上記共振器において、上記定在波の節の部分に、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が接続されている。 A high-frequency signal transmission device according to the present invention includes a resonator having a structure in which a part of a closed curve line is opened or a spiral structure on different planes, and a resonator connected to the resonator, An input / output line for performing input / output, and a high-frequency signal transmission device for transmitting a high-frequency signal by electromagnetically coupling resonators formed on both planes, wherein the high-frequency signal is the resonance The input line for inputting a low-frequency signal or DC power is connected to the node of the standing wave in at least one of the resonators. .

また、本発明の高周波信号伝送装置は、共振器の線路長が、上記高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／２倍（ｎは０以上の整数）であり、低周波信号または直流電力を入力するための入力線路が、少なくとも１つの上記共振器に接続されており、上記入力線路と上記共振器との接続点と当該共振器の中心とを結ぶ線と、当該共振器を（２ｎ＋１）分の１（ｎは０以上の整数）に等分割した線路の中点のうちのいずれかの点と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角が３０／（２ｎ＋１）度以内である。 In the high-frequency signal transmission device of the present invention, the line length of the resonator is (2n + 1) / 2 times the wavelength of the high-frequency signal (n is an integer of 0 or more), and a low-frequency signal or DC power is input. An input line for connecting to the at least one resonator, a line connecting a connection point between the input line and the resonator and a center of the resonator, and the resonator for (2n + 1) The acute angle formed by a line connecting one of the midpoints of the line equally divided into 1 (n is an integer of 0 or more) and the center of the resonator is within 30 / (2n + 1) degrees.

これにより、直流電力または低周波信号を送電可能であるとともに、共振器間で高周波信号を効率的に伝送可能である装置を実現することができる。 Thereby, while being able to transmit direct-current power or a low frequency signal, the apparatus which can transmit a high frequency signal efficiently between resonators is realizable.

本発明の高周波信号伝送装置に関する実施の一形態について図１〜図１９に基づいて説明すれば以下のとおりである。 One embodiment of the high-frequency signal transmission device of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施形態に係る高周波信号伝送装置は、特定の周波数の高周波信号を、異なる平面上に形成された回路間で無線伝送する装置である。本実施形態の高周波信号伝送装置が伝送する高周波信号（以下、伝送信号という）は、例えば、マイクロ波およびミリ波帯の信号である。 The high-frequency signal transmission device according to the present embodiment is a device that wirelessly transmits a high-frequency signal having a specific frequency between circuits formed on different planes. High-frequency signals (hereinafter referred to as transmission signals) transmitted by the high-frequency signal transmission device of the present embodiment are, for example, microwave and millimeter wave band signals.

（高周波信号伝送装置の構造について）
図１は、本実施形態の高周波信号伝送装置１の主たる構成を示す斜視図である。図１に示されるように、高周波信号伝送装置１は、所定の面間距離だけ離れた異なる２つの平面Ｐ−ａ・Ｐ−ｂの各々の上に形成された、共振器２（２ａ・２ｂ）と、当該共振器２に対して伝送信号の入出力を行うための入出力線路３（３ａ・３ｂ）とを備えている。なお、平面Ｐ−ａ上に形成された共振器および入出力線路の符号を２ａおよび３ａとし、平面Ｐ−ｂ上に形成された共振器および入出力線路の符号を２ｂおよび３ｂとしている。 (About the structure of the high-frequency signal transmission device)
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a high-frequency signal transmission device 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the high-frequency signal transmission device 1 includes a resonator 2 (2 a and 2 b) formed on each of two different planes Pa and Pb separated by a predetermined inter-surface distance. ) And input / output lines 3 (3a, 3b) for inputting / outputting transmission signals to / from the resonator 2. In addition, the code | symbol of the resonator and input / output line which were formed on the plane Pa is set to 2a and 3a, and the code | symbol of the resonator and input / output line which was formed on the plane Pb is set to 2b and 3b.

さらに、高周波信号伝送装置１において、共振器２に対して直流電力または低周波信号を入力するための直流用線路（入力線路）５が、共振器２に接続されている。図１では、一方の共振器２にのみ直流用線路５が接続されているが、両方の共振器２に直流用線路５が接続されていてもよい。 Further, in the high frequency signal transmission device 1, a direct current line (input line) 5 for inputting direct current power or a low frequency signal to the resonator 2 is connected to the resonator 2. In FIG. 1, the DC line 5 is connected to only one resonator 2, but the DC line 5 may be connected to both resonators 2.

図２は、直流用線路５が形成されている平面上の共振器２および入出力線路３を示す上面図である。なお、直流用線路５が形成されていない平面上の共振器２および入出力線路３の上面は、図２の共振器２および入出力線路３と同様である。 FIG. 2 is a top view showing the resonator 2 and the input / output line 3 on the plane on which the DC line 5 is formed. Note that the upper surfaces of the resonator 2 and the input / output line 3 on the plane where the DC line 5 is not formed are the same as the resonator 2 and the input / output line 3 of FIG.

図１および図２に示されるように、共振器２は、閉曲線線路の一箇所（開放部２１（図では、共振器２ａの開放部を２１ａ、共振器２ｂの開放部を２１ｂとする））がオープンとなっている（切断されている）構造である。すなわち、共振器２は、周回状となっていない。本実施形態では、具体的には、共振器２は、リング共振器の一部の配線が除かれたオープンリング共振器である。また、共振器２の線路長Ｌは、伝送信号の波長λの１／２の奇数倍になるように設定されている。すなわち、Ｌ＝（２ｎ＋１）λ／２（ｎは０以上の整数）を満たす。ここで、共振器２の線路長Ｌとは、図２に示されるように、開放部２１を形成している一方の端部から他方の端部までの線路の長さである。これにより、共振器２に伝送信号が入力されると、共振器２において、腹と節の位置が固定された定在波が形成されることとなる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the resonator 2 has a closed curve line (open part 21 (in the figure, the open part of the resonator 2a is 21a and the open part of the resonator 2b is 21b)) Is an open (cut) structure. That is, the resonator 2 is not circular. In the present embodiment, specifically, the resonator 2 is an open ring resonator from which a part of wiring of the ring resonator is removed. The line length L of the resonator 2 is set to be an odd multiple of 1/2 of the wavelength λ of the transmission signal. That is, L = (2n + 1) λ / 2 (n is an integer of 0 or more). Here, the line length L of the resonator 2 is the length of the line from one end forming the open portion 21 to the other end as shown in FIG. Accordingly, when a transmission signal is input to the resonator 2, a standing wave in which the positions of the antinodes and nodes are fixed is formed in the resonator 2.

図２に示されるように、入出力線路３は、２つの接地電極４に挟まれたコプレーナ線路である。入出力線路３と共振器２との接続位置（取り付け位置）２２を調整することによって、共振器２と入出力線路３とのインピーダンス整合が可能となる。ここでは、共振器２の中心点と開放部２１とを結ぶ線と、当該中心点と取り付け位置２２とを結ぶ線とのなす角度（以下、取り付け角度という）θ１を適宜設定することにより、インピーダンス整合が可能となる。そのため、入出力線路３は、共振器２に対して反射無しに伝送信号を入出力するために、インピーダンス整合が可能となる取り付け位置２２で共振器２と接続するように設計される。 As shown in FIG. 2, the input / output line 3 is a coplanar line sandwiched between two ground electrodes 4. By adjusting the connection position (attachment position) 22 between the input / output line 3 and the resonator 2, impedance matching between the resonator 2 and the input / output line 3 becomes possible. Here, by appropriately setting an angle θ1 formed by a line connecting the center point of the resonator 2 and the open portion 21 and a line connecting the center point and the attachment position 22 (hereinafter referred to as an attachment angle), impedance 1 Matching is possible. Therefore, the input / output line 3 is designed to be connected to the resonator 2 at an attachment position 22 where impedance matching is possible in order to input / output a transmission signal to / from the resonator 2 without reflection.

そして、図１に示されるように、異なる平面Ｐ−ａ・Ｐ−ｂ上の２つの共振器２ａ・２ｂは、中心軸が同一であり、かつ、開放部２１ａ・２１ｂが当該中心軸に対して対称の位置（１８０度ずれた位置）になるように配置されている。これにより、共振器２ａ・２ｂ間の結合が一層強くなる。 As shown in FIG. 1, the two resonators 2a and 2b on the different planes Pa and Pb have the same center axis, and the open portions 21a and 21b are located with respect to the center axis. Are arranged so as to be symmetrical positions (positions shifted by 180 degrees). Thereby, the coupling between the resonators 2a and 2b becomes stronger.

ただし、２つの共振器２の相対位置関係はこのような構成には限定されない。例えば、各共振器２の中心軸は、一致する位置から当該両共振器２の開放部２１同士が近づく方向にずれていてもよい。また、一方の共振器２における開放部２１と中心点とを結ぶ線と、他方の共振器２における開放部２１と中心点とを結ぶ線とのなす角度が９０度以上であればよい。 However, the relative positional relationship between the two resonators 2 is not limited to such a configuration. For example, the center axis of each resonator 2 may be shifted from the matching position in a direction in which the open portions 21 of both the resonators 2 approach each other. The angle formed by the line connecting the open portion 21 and the center point in one resonator 2 and the line connecting the open portion 21 and the center point in the other resonator 2 may be 90 degrees or more.

直流用線路５は、少なくとも一方の共振器２に接続されている。直流用線路５と共振器２との接続位置（取り付け位置）２３は、伝送信号が共振器２に入力されたときに共振器２に形成される定在波の節の位置になるように設計されている。すなわち、共振器２の線路長Ｌが伝送信号の波長λの１／２の奇数倍である場合（すなわち、Ｌ＝（２ｎ＋１）λ／２（ｎは０以上の整数）の場合）、取り付け位置２３は、共振器２の線路長を（２ｎ＋１）分の１に等分割し、分割された線路の中点または当該中点付近に設定されている。 The DC line 5 is connected to at least one resonator 2. The connection position (attachment position) 23 between the DC line 5 and the resonator 2 is designed to be a position of a standing wave node formed in the resonator 2 when a transmission signal is input to the resonator 2. Has been. That is, when the line length L of the resonator 2 is an odd multiple of 1/2 of the wavelength λ of the transmission signal (that is, when L = (2n + 1) λ / 2 (n is an integer of 0 or more)), the mounting position The line length of the resonator 2 is equally divided by (2n + 1) times, and is set at or near the midpoint of the divided line.

そして、直流用線路５のうちの、共振器２と接続されていない側の端部は、ボンディングパッド６と接続されている。このボンディングパッド６にはボンディングワイヤを介して直流電源が接続できる。また、ボンディングパッド５から低周波信号を入力してもよい。ボンディングパッド５をグランドに接続してもよい。ボンディングパッド５を直流電源に接続する場合、直流電源の他方の端子は、接地平面にボンディングワイヤで接続される。また、ボンディングパッド５に入力する信号としては、例えば、VCOなどでの制御信号が含まれる。これは、直流の電圧がゆっくり変化する信号である。また、低周波信号として、１ＭＨｚ以下の信号を入力してもよい。低周波信号としては、例えば６０Hzの電力をこのDC入力回路を通して送り、高周波回路上の整流ダイオードでDC電力に変えるような場合が含まれる。 The end of the DC line 5 that is not connected to the resonator 2 is connected to the bonding pad 6. A DC power source can be connected to the bonding pad 6 through a bonding wire. Further, a low frequency signal may be input from the bonding pad 5. The bonding pad 5 may be connected to the ground. When the bonding pad 5 is connected to a DC power source, the other terminal of the DC power source is connected to the ground plane with a bonding wire. The signal input to the bonding pad 5 includes, for example, a control signal from a VCO or the like. This is a signal whose DC voltage changes slowly. Further, a signal of 1 MHz or less may be input as the low frequency signal. The low-frequency signal includes, for example, a case where 60 Hz power is sent through the DC input circuit and converted into DC power by a rectifier diode on the high-frequency circuit.

ここで、定在波の節となる位置では電圧振幅がほぼゼロである。この部分にいかなるインピーダンスの線路を接続しても高周波電流が流れることがない。すなわち、上記のようにボンディングパッド５にボンディングワイヤを介して直流電源を接続し、当該ボンディングパッド５、ボンディングワイヤおよび直流電源がどのようなインピーダンスを有していたとしても、そのインピーダンスが共振器２に影響を与えることがない。その結果、共振器２での伝送信号の共振状態が乱されることがない。 Here, the voltage amplitude is almost zero at the position of the node of the standing wave. No high frequency current flows even if a line of any impedance is connected to this part. That is, as described above, a DC power supply is connected to the bonding pad 5 via a bonding wire, and whatever impedance the bonding pad 5, the bonding wire, and the DC power supply have, the impedance is the resonator 2. Will not be affected. As a result, the resonance state of the transmission signal in the resonator 2 is not disturbed.

図３は、高周波信号伝送装置１の縦断面図である。各共振器２、当該共振器２に接続された入出力線路３および接地電極４は、図３に示されるように、それぞれ異なる基板の一方の面上に形成されている。すなわち、基板１０ａの一方の面Ｐ−ａ上に共振器２ａ，入出力線路３ａおよび接地電極４ａが形成されており、基板１０ｂの一方の面Ｐ−ｂ上に共振器２ｂ，入出力線路３ｂおよび接地電極４ｂが形成されている。そして、基板１０ａおよび基板１０ｂは、共振器２ａおよび２ｂが形成された面が対向するように、スペーサ板７を間に挟んで配置される。ここで、図３では、スペーサ板７と共振器２との間に隙間があるように示されているが、実際には、スペーサ板７と共振器２とが接触するように組み立てられる。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the high-frequency signal transmission device 1. Each resonator 2, the input / output line 3 and the ground electrode 4 connected to the resonator 2 are formed on one surface of a different substrate as shown in FIG. That is, the resonator 2a, the input / output line 3a, and the ground electrode 4a are formed on one surface Pa of the substrate 10a, and the resonator 2b and the input / output line 3b are formed on one surface Pb of the substrate 10b. And the ground electrode 4b is formed. Substrate 10a and substrate 10b are arranged with spacer plate 7 interposed therebetween so that the surfaces on which resonators 2a and 2b are formed face each other. Here, FIG. 3 shows that there is a gap between the spacer plate 7 and the resonator 2, but in actuality, the spacer plate 7 and the resonator 2 are assembled so as to contact each other.

なお、図３では、直流用線路５を図示していないが、当該直流用線路５についても、入出力線路３と同様に形成される。すなわち、接続対象の共振器２が形成される基板１０の一方の面状に直流用線路５を形成すればよい。また、直流用線路５を電気的に接続するボンディングパッド６も同様に形成すればよい。 Although the direct current line 5 is not shown in FIG. 3, the direct current line 5 is also formed in the same manner as the input / output line 3. That is, the DC line 5 may be formed on one surface of the substrate 10 on which the resonator 2 to be connected is formed. Further, the bonding pad 6 for electrically connecting the DC line 5 may be formed in the same manner.

基板１０ａ・１０ｂは、回路が形成された基板であり、例えば、窒化ガリウム系ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＦＦＴによるＭＭＩＣが搭載されたサファイア基板である。また、スペーサ板５は、絶縁体で構成されており、例えば、サファイア基板や樹脂膜である。 The substrates 10a and 10b are substrates on which circuits are formed, for example, sapphire substrates on which MMICs based on gallium nitride AlGaN / GaN HFFT are mounted. The spacer plate 5 is made of an insulator and is, for example, a sapphire substrate or a resin film.

（製造方法）
本実施形態の高周波信号伝送装置は、従来の集積回路作成技術で製造可能である。窒化ガリウム系ＦＥＴは、サファイアの基板１０に作成される。サファイアの基板１０の厚さは、一般的には０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであるが、研磨や研削技術により０．１ｍｍまでは容易に薄層化できる。そして、基板１０上に窒化ガリウムをＭＯＣＶＤ法などで成長させる。活性層とならないアイソレーション部は、表面エッチング、イオン注入などにより高抵抗化する。この部分にコプレーナ構造の入出力線路３や共振器２、直流用線路を作成する。共振器２の大きさは、伝送信号の周波数に依存するが、６０ＧＨｚ帯であれば０．３ｍｍ程度であり、１μｍ程度の精度が有れば十分である。現在の集積回路技術では容易に作成できる精度である。例えば、金メッキなどにより金属パターンを形成する。 (Production method)
The high-frequency signal transmission device of this embodiment can be manufactured by a conventional integrated circuit creation technique. The gallium nitride FET is formed on the sapphire substrate 10. The thickness of the sapphire substrate 10 is generally 0.3 mm to 0.5 mm, but can be easily reduced to 0.1 mm by polishing or grinding techniques. Then, gallium nitride is grown on the substrate 10 by MOCVD or the like. The isolation portion that does not become the active layer is increased in resistance by surface etching, ion implantation, or the like. In this portion, an input / output line 3, a resonator 2, and a DC line having a coplanar structure are formed. The size of the resonator 2 depends on the frequency of the transmission signal, but is about 0.3 mm in the 60 GHz band, and it is sufficient that the accuracy is about 1 μm. With the current integrated circuit technology, the accuracy can be easily created. For example, a metal pattern is formed by gold plating or the like.

２枚の基板の間に挟むスペーサ板７は、コストを下げたい場合、ガラスやプラスチックなど、電気的に高抵抗かつ高周波での損失が少ない物質でかまわない。共振器２の寸法を小さくする場合には、誘電率の高いセラミック板やサファイア板を用いると良い。 The spacer plate 7 sandwiched between the two substrates may be made of a material having high electrical resistance and low loss at high frequencies, such as glass or plastic, when it is desired to reduce the cost. In order to reduce the size of the resonator 2, it is preferable to use a ceramic plate or sapphire plate having a high dielectric constant.

そして、２枚の基板間では、共振器２の中心軸が一致し、かつ、開放部２１が中心軸に対して対称の位置になるように配置する。例えば、セラミックやプラスチック基板では、あらかじめ、他方の基板の位置を規定するようなノッチを付けておけば容易に位置合わせも可能である。 Between the two substrates, the resonators 2 are arranged so that the center axes thereof coincide with each other and the open portion 21 is symmetric with respect to the center axis. For example, in the case of a ceramic or plastic substrate, if a notch that prescribes the position of the other substrate is provided in advance, the alignment can be easily performed.

（変形例１）
上記説明では、共振器２をオープンリング状として説明した。しかしながら、共振器２の形状は、これに限定されるものではなく、様々な形状のものが考えられる。ただし、異なる平面上の共振器２間の信号を効率的に伝送させるため、共振器２間の結合が強い、閉曲線線路の一部（開放部２１）がオープンとなっている形状、もしくは、スパイラル状（螺旋状）であることが好ましい。例えば、図１５に示されるようなＵ字状や、図１６に示されるようなスパイラル状でもよい。 (Modification 1)
In the above description, the resonator 2 is described as an open ring. However, the shape of the resonator 2 is not limited to this, and various shapes can be considered. However, in order to efficiently transmit signals between the resonators 2 on different planes, the coupling between the resonators 2 is strong, a part of the closed curve line (open portion 21) is open, or a spiral The shape (spiral) is preferable. For example, it may be U-shaped as shown in FIG. 15 or spiral as shown in FIG.

（変形例２）
上記説明では、２つの共振器２ａ・２ｂが異なる基板１０ａ・１０ｂ上に形成され、共振器２ａ・２ｂが形成された面が対向するように基板１０ａ・１０ｂを配置し、当該基板１０ａ・１０ｂ間にスペーサ板７を挟む構造とした。しかしながら、本実施形態の高周波信号伝送装置の構成はこれに限られるわけではなく、結合する２つの共振器２ａ・２ｂが異なる平面上に配置されていればよい。 (Modification 2)
In the above description, the two resonators 2a and 2b are formed on different substrates 10a and 10b, and the substrates 10a and 10b are arranged so that the surfaces on which the resonators 2a and 2b are formed face each other. The spacer plate 7 is sandwiched between them. However, the configuration of the high-frequency signal transmission device of the present embodiment is not limited to this, and it is only necessary that the two resonators 2a and 2b to be coupled are arranged on different planes.

例えば、図４に示されるように、２つの共振器２ａ・２ｂが１つの基板の表面および裏面上に形成されており、一方の共振器２ａから他方の共振器２ｂに伝送信号を無線伝送することもできる。もしくは、２つの共振器２ａ・２ｂがそれぞれ異なる基板上に形成されており、一方の基板１０ｂの共振器２ｂが形成されている面と、他方の基板１０ａの共振器２ａが形成されていない面とが対向するように、両基板を配置してもよい。 For example, as shown in FIG. 4, two resonators 2a and 2b are formed on the front and back surfaces of one substrate, and a transmission signal is wirelessly transmitted from one resonator 2a to the other resonator 2b. You can also. Alternatively, the two resonators 2a and 2b are formed on different substrates, respectively, the surface on which the resonator 2b of one substrate 10b is formed and the surface on which the resonator 2a of the other substrate 10a is not formed. Both substrates may be arranged so that they face each other.

なお、共振器２間には必ずしもスペーサ板が必要ではなく、空気のみが存在する構成であってもよい。 It should be noted that a spacer plate is not necessarily required between the resonators 2, and a configuration in which only air is present may be employed.

（変形例３）
共振器２、入出力線路３、直流用線路５、接地電極４の形状は、図１及び図２で示される形状に限定されるものではなく、高周波信号伝送装置１が適用される回路に適した形状に適宜設計される。図１９は、別の変形例の高周波信号伝送装置１の平面図である。図１９に示されるように、共振器２およびボンディングパッド６を囲むように接地電極４が形成されている。そして、ボンディングパッド６から直流電力または低周波信号が入力される。 (Modification 3)
The shapes of the resonator 2, the input / output line 3, the DC line 5, and the ground electrode 4 are not limited to the shapes shown in FIGS. 1 and 2, and are suitable for a circuit to which the high-frequency signal transmission device 1 is applied. The shape is appropriately designed. FIG. 19 is a plan view of a high-frequency signal transmission device 1 according to another modification. As shown in FIG. 19, the ground electrode 4 is formed so as to surround the resonator 2 and the bonding pad 6. Then, DC power or a low frequency signal is input from the bonding pad 6.

（シミュレーション結果）
（参考例）
まず、本実施形態に対する参考例である、図１に示す高周波信号伝送装置１から直流用線路を取り除いた例について、３次元電磁界シミュレーション（使用ソフト：アンソフト社製「ＨＦＳＳ」）を行った。図５は、この参考例に係る高周波信号伝送装置の平面図を示す。（ａ）は上側の共振器２を含む平面図であり、（ｂ）は下側の共振器２を含む平面図であり、（ｃ）は両方の共振器２を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。図６は、この参考例に係る高周波信号伝送装置の断面図を示す。また、図７は、共振器２の拡大図であり、図において、ｐは共振器２の両端部のギャップを、ａは共振器２の線路幅を、Ｄは共振器２の外径を示す。 (simulation result)
(Reference example)
First, a three-dimensional electromagnetic field simulation (software used: “HFSS” manufactured by Ansoft Corporation) was performed on an example in which the DC line was removed from the high-frequency signal transmission device 1 shown in FIG. . FIG. 5 is a plan view of the high-frequency signal transmission device according to this reference example. (A) is a plan view including the upper resonator 2, (b) is a plan view including the lower resonator 2, and (c) is from above when both resonators 2 are overlapped. FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the high-frequency signal transmission device according to this reference example. 7 is an enlarged view of the resonator 2. In the figure, p indicates a gap at both ends of the resonator 2, a indicates a line width of the resonator 2, and D indicates an outer diameter of the resonator 2. .

図６に示されるように、金属膜、サファイアの基板、共振器、サファイアのスペーサ板、共振器、サファイアの基板、金属膜がこの順に積層された高周波信号伝送装置である。そして、共振器２間の基板厚みを４００μｍとした。また、共振器２は、伝送信号の半波長の線路長を有しているものとして設計した。そして、図７に示されるように、共振器２は、オープンリング状であり、外径Ｄ＝９６０μｍ、線路幅ａ＝１００μｍ、両端部のギャップｐ＝６０μｍとした。基板およびスペーサ板の材料を全てサファイアと想定し、比誘電率を１０とした。また、高周波信号伝送装置の上面は、４ｍｍ×６．３ｍｍの矩形状とした。 As shown in FIG. 6, the high-frequency signal transmission device has a metal film, a sapphire substrate, a resonator, a sapphire spacer plate, a resonator, a sapphire substrate, and a metal film laminated in this order. And the board | substrate thickness between the resonators 2 was 400 micrometers. The resonator 2 is designed to have a half-wave line length of the transmission signal. As shown in FIG. 7, the resonator 2 has an open ring shape, and has an outer diameter D = 960 μm, a line width a = 100 μm, and a gap p = 60 μm at both ends. All the materials of the substrate and the spacer plate were assumed to be sapphire, and the relative dielectric constant was set to 10. The upper surface of the high-frequency signal transmission device was a rectangular shape of 4 mm × 6.3 mm.

また、共振器２の開放部２１と共振器２の中心点とを結ぶ線と、入出力線路３の取り付け位置２２と当該中心点とを結ぶ線とのなす角度θ１を５１°とした。また、一方の共振器２の開放部２１と当該共振器２の中心点とを結ぶ線と、他方の共振器２の開口部２１と当該共振器２の中心点とを結ぶ線とをなす角度を１８０度とした。 An angle θ1 formed by a line connecting the open portion 21 of the resonator 2 and the center point of the resonator 2 and a line connecting the attachment position 22 of the input / output line 3 and the center point is set to 51 °. An angle formed between a line connecting the open portion 21 of one resonator 2 and the center point of the resonator 2 and a line connecting the opening portion 21 of the other resonator 2 and the center point of the resonator 2. Was 180 degrees.

また、入出力線路３にはコプレーナ線路（特性インピーダンス５０Ω）を用いるものとした。入出力線路３の幅を１００μｍ、入出力線路３と接地電極４とのギャップを１４０μｍとした。 The input / output line 3 is a coplanar line (characteristic impedance: 50Ω). The width of the input / output line 3 was 100 μm, and the gap between the input / output line 3 and the ground electrode 4 was 140 μm.

そして、一方の入出力線路３から伝送信号を入力した場合をシミュレーションした。なお、本シミュレーションでは、１２〜２０ＧＨｚの帯域の伝送信号の入力するものとした。また、１５．６ＧＨｚの伝送信号は、その波長が共振器２の線路長の２倍になる。図８は、上記のような参考例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。 And the case where the transmission signal was input from one input-output track | line 3 was simulated. In this simulation, a transmission signal having a band of 12 to 20 GHz is input. Further, the wavelength of the 15.6 GHz transmission signal is twice the line length of the resonator 2. FIG. 8 is a graph showing a simulation result of transmission efficiency in the high-frequency signal transmission device according to the reference example as described above.

なお、指標Ｓ２１は、第２信号端子（ここでは、結合する２つの共振器の一方）で受け取る第１信号端子（ここでは、他方の共振器）から出た信号の割合で、デシベル（ｄＢ）単位で表される。１００％とは０ｄＢであり、損失があると負の値となる。また、Ｓ１１は、第１信号端子の信号が再び第１信号端子へ戻る率であり、その分Ｓ２１は減少する。高周波信号伝送装置としては、所望の帯域に置いて指標Ｓ２１が限りなく１に近く、Ｓ１１はできるだけ小さい方が好ましい。 The index S21 is the ratio of the signal output from the first signal terminal (here, the other resonator) received at the second signal terminal (here, one of the two resonators to be coupled), and is expressed in decibels (dB). Expressed in units. 100% is 0 dB, and if there is a loss, it becomes a negative value. S11 is the rate at which the signal at the first signal terminal returns to the first signal terminal again, and S21 decreases accordingly. As a high-frequency signal transmission device, it is preferable that the index S21 is as close to 1 as possible in a desired band, and S11 is as small as possible.

図８に示されるように、１４〜１７ＧＨｚにおいて、ほぼ０．６ｄＢの損失で高周波信号を伝送できることがわかる。ただし、この参考例は直流用線路５がない場合であり、直流電力や低周波信号を入力できない場合である。 As shown in FIG. 8, it can be seen that a high-frequency signal can be transmitted with a loss of approximately 0.6 dB at 14 to 17 GHz. However, this reference example is a case where there is no DC line 5 and a case where DC power or a low frequency signal cannot be input.

（直流用線路を有する実施例）
次に、本実施形態の一例の高周波信号伝送装置１についてシミュレーションを行った。本実施例は、上記の参考例に係る高周波信号伝送装置の構成に加えて、一方の共振器２に直流用線路５を接続した例である。すなわち、直流用線路５を備える点以外は、全て上記参考例と同一条件としてシミュレーションを行った。 (Example having a DC line)
Next, a simulation was performed on the high-frequency signal transmission device 1 as an example of the present embodiment. In this embodiment, in addition to the configuration of the high-frequency signal transmission device according to the reference example, a DC line 5 is connected to one resonator 2. That is, except that the DC line 5 was provided, the simulation was performed under the same conditions as in the reference example.

図９は、この実施例に係る高周波信号伝送装置１における、共振器２が形成された平面を示す図である。（ａ）は上側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｂ）は下側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｃ）は、高周波信号伝送装置における、共振器２および各種の線路が形成された面を、当該面に垂直な方向からみたときの図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a plane in which the resonator 2 is formed in the high-frequency signal transmission device 1 according to this embodiment. (A) is a figure which shows the plane in which the upper resonator 2 was formed, (b) is a figure which shows the plane in which the lower resonator 2 was formed, (c) is a high frequency signal transmission apparatus. FIG. 2 is a diagram when a surface on which the resonator 2 and various lines are formed is viewed from a direction perpendicular to the surface.

本実施例では、直流用線路５は、共振器２の線路の中点に接続されているものとした。また、直流用線路５は、接地電極４に接続され、グランドに短絡されているものとした。 In this embodiment, the DC line 5 is connected to the midpoint of the line of the resonator 2. The DC line 5 is connected to the ground electrode 4 and short-circuited to the ground.

本実施例に係る高周波信号伝送装置１における、伝送効率のシミュレーション結果を図１０に示す。 A simulation result of transmission efficiency in the high-frequency signal transmission device 1 according to the present embodiment is shown in FIG.

図１０に示されるように、１４〜１７ＧＨｚにおいて、ほぼ１ｄＢの損失で高周波信号を伝送できることがわかる。すなわち、直流用線路５のない参考例に比べ、高周波信号の伝送効率の劣化は８％程度であり、それほど大きな劣化は見られなかった。金属の直流用線路をグランドに接続しており、寄生の小さいインダクタンスを介して接地することになる。直流用線路５のインピーダンスが高くなればなるほど接続していない状態に近づくため、グランドへの接続は、共振器２への影響の度合いが大きくなることが予想される厳しい条件である。しかしながら、図１０に示されるように、共振器２をグランドに接続した状態であっても、高い伝送効率で高周波信号を伝送することができることが確認された。 As shown in FIG. 10, it can be seen that a high frequency signal can be transmitted with a loss of about 1 dB at 14 to 17 GHz. That is, compared with the reference example without the direct current line 5, the deterioration of the transmission efficiency of the high frequency signal is about 8%, and the deterioration is not so great. A metal DC line is connected to the ground, and is grounded through a small parasitic inductance. Since the higher the impedance of the direct current line 5 is, the closer it is to the state of not being connected, the connection to the ground is a severe condition where the degree of influence on the resonator 2 is expected to increase. However, as shown in FIG. 10, it was confirmed that a high-frequency signal can be transmitted with high transmission efficiency even when the resonator 2 is connected to the ground.

理想的に全く影響のないようにできないのは、帯域を広く取っているためである。帯域が広い場合、すべての信号にとって中点が定在波の節になるわけではない。そのため、わずかに信号の漏れが発生する。 The reason why it cannot ideally have no influence is that the bandwidth is wide. If the bandwidth is wide, the midpoint is not a standing wave node for all signals. Therefore, a slight signal leakage occurs.

なお、上記シミュレーションではグランドに接続したが、実際の回路では、ボンディングワイヤなどインダクタンスの高い部品が接続されるため、上記シミュレーションで確認した影響よりも小さくなる。すなわち、上記シミュレーションで確認した伝送効率よりもさらに高くなる。 In addition, although it connected to the ground in the simulation, in an actual circuit, a component having a high inductance such as a bonding wire is connected, and thus the influence is smaller than that confirmed in the simulation. That is, it becomes higher than the transmission efficiency confirmed by the simulation.

（θ３による影響確認）
次に、上記実施例において、直流用線路５の取り付け位置２３と共振器の中心とを結ぶ線と、共振器２の中点（つまり、伝送信号が共振器において定在波をなすときの節の位置）と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度θ３を、−４０°から５０°まで変化させたときの伝送効率の変化をシミュレーションにより調べた。図１１は、このシミュレーションで用いた高周波信号伝送装置１における、共振器２が形成された平面を示す図である。（ａ）は上側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｂ）は下側の共振器２が形成された平面を示す図であり、（ｃ）は、両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。なお、図１１において、直流用線路５の取り付け位置２３を共振器２の中点から時計回りの方向にずらしたときのθ３をマイナスの値で示し、逆方向にずらしたときのプラスの値で示している。図１１（ａ）（ｃ）では、θ３＝−４０°のときを示している。 (Confirmation of influence by θ3)
Next, in the above embodiment, the line connecting the attachment position 23 of the DC line 5 and the center of the resonator and the midpoint of the resonator 2 (that is, the node when the transmission signal forms a standing wave in the resonator). The change in transmission efficiency when the angle θ3 formed by the line connecting the center of the resonator and the center of the resonator was changed from −40 ° to 50 ° was examined by simulation. FIG. 11 is a diagram showing a plane on which the resonator 2 is formed in the high-frequency signal transmission device 1 used in this simulation. (A) is a figure which shows the plane in which the upper resonator 2 was formed, (b) is a figure which shows the plane in which the lower resonator 2 was formed, (c) is both resonators It is a figure when it sees from the upper direction when piled up. In FIG. 11, θ3 when the attachment position 23 of the DC line 5 is shifted in the clockwise direction from the midpoint of the resonator 2 is shown as a negative value, and it is a positive value when it is shifted in the reverse direction. Show. FIGS. 11A and 11C show the case where θ3 = −40 °.

図１２は、θ３を−４０°から０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率を示す図である。図１３は、θ３を０°から５０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率を示す図である。また、図１４は、中心周波数１５．６ＧＨｚでの伝送効率のθ３依存性を示すグラフである。 FIG. 12 is a diagram showing the transmission efficiency when θ3 is changed by 10 ° from −40 ° to 0 °. FIG. 13 is a diagram showing the transmission efficiency when θ3 is changed by 10 ° from 0 ° to 50 °. FIG. 14 is a graph showing the θ3 dependence of transmission efficiency at a center frequency of 15.6 GHz.

図１４に示されるように、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２のほぼ中点のときに、伝送効率が最大となる。これは、上述したように定在波の節と取り付け位置がほぼ一致するため、直流用線路５の影響が共振器に及ぼさないためである。 As shown in FIG. 14, the transmission efficiency is maximized when the attachment position 23 of the DC line 5 is substantially the midpoint of the resonator 2. This is because the node of the standing wave and the mounting position substantially coincide with each other as described above, and the influence of the DC line 5 does not affect the resonator.

ただし、図１４では、完全な中点より少しずれた位置での伝送効率が高いことがわかる。これは、共振器２の膜厚が薄い場合、伝送帯域が広くなるために伝送信号の波長の範囲も広くなる。これにより、伝送波長が共振器２の線路長の１／２と完全に一致しなくても伝送され、定在波の節が中点からずれる場合が考えられるからと推定される。 However, in FIG. 14, it can be seen that the transmission efficiency is high at a position slightly shifted from the complete midpoint. This is because, when the film thickness of the resonator 2 is thin, the transmission band is widened and the wavelength range of the transmission signal is also widened. As a result, it is estimated that transmission is possible even when the transmission wavelength does not completely match 1/2 of the line length of the resonator 2 and the node of the standing wave is deviated from the midpoint.

また、図１４に示したように、θ３が±３０°の範囲内であれば、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを１０％以内にすることができる。この程度の劣化であれば、実用上問題がない。また、θ３が±２０°の範囲内であれば、直流用線路５の取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを５％以内にすることができる。 Further, as shown in FIG. 14, if θ3 is within a range of ± 30 °, the degree of deterioration in transmission efficiency is less than when the attachment position 23 of the DC line 5 is the midpoint of the resonator 2. It can be within 10%. If it is this level of degradation, there is no practical problem. If θ3 is within a range of ± 20 °, the degree of deterioration in transmission efficiency can be within 5% compared to when the attachment position 23 of the DC line 5 is the midpoint of the resonator 2. .

なお、このシミュレーションでは、波長が共振器２の線路長の２倍になる高周波信号を伝送させている。そのため、３０°は、共振器２に形成される定在波の腹と共振器の中心とを結ぶ線と、当該定在波の節と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度（１８０°）の１／６である。すなわち、定在波の節を中心として、当該節と腹との間の１／６の範囲内に直流用線路５の取り付け位置２３も設けることで、取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを１０％以内にすることができる。 In this simulation, a high frequency signal whose wavelength is twice the line length of the resonator 2 is transmitted. Therefore, 30 ° is an angle (180) between a line connecting the antinode of the standing wave formed in the resonator 2 and the center of the resonator and a line connecting the node of the standing wave and the center of the resonator. °). That is, when the attachment position 23 is the midpoint of the resonator 2 by providing the attachment position 23 of the DC line 5 within a range of 1/6 between the node and the antinode around the node of the standing wave. As compared with the above, the degree of deterioration of transmission efficiency can be made within 10%.

同様に、２０°は、共振器２に形成される定在波の腹と共振器の中心とを結ぶ線と、当該定在波の節と共振器の中心とを結ぶ線とのなす角度（１８０°）の１／９である。すなわち、定在波の節を中心として、当該節と腹との間の１／９の範囲内に直流用線路５の取り付け位置２３も設けることで、取り付け位置２３が共振器２の中点のときに比べて、伝送効率の劣化の度合いを５％以内にすることができる。 Similarly, 20 ° is an angle between a line connecting the antinode of the standing wave formed in the resonator 2 and the center of the resonator and a line connecting the node of the standing wave and the center of the resonator ( 1/9 of 180 °). That is, when the attachment position 23 is the midpoint of the resonator 2 by providing the attachment position 23 of the DC line 5 within a range of 1/9 between the node and the antinode around the node of the standing wave. Compared to the above, the degree of degradation of transmission efficiency can be made within 5%.

よって、高周波信号の波長λを、共振器の線路長Ｌの２／（２ｎ＋１）倍（ｎは０以上の整数）とするとき、取り付け位置２３と共振器２の中心とを結ぶ線と、共振器２に形成される定在波の節の部分（すなわち、共振器２を（２ｎ＋１）分の１に等分割した線路の中点のうちのいずれかの部分）と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角を、３０／（２ｎ＋１）度以内にすることが好ましい。これにより、高い伝送効率を実現できる。 Therefore, when the wavelength λ of the high-frequency signal is 2 / (2n + 1) times the line length L of the resonator (n is an integer of 0 or more), the line connecting the attachment position 23 and the center of the resonator 2 and the resonance The node portion of the standing wave formed in the resonator 2 (that is, any portion of the midpoint of the line obtained by equally dividing the resonator 2 by (2n + 1)) and the center of the resonator The acute angle formed with the connecting line is preferably within 30 / (2n + 1) degrees. Thereby, high transmission efficiency is realizable.

さらに、取り付け位置２３と共振器２の中心とを結ぶ線と、共振器２に形成される定在波の節の部分と当該共振器の中心とを結ぶ線とのなす鋭角を、２０／（２ｎ＋１）度以内にすることが好ましい。 Further, an acute angle formed by a line connecting the attachment position 23 and the center of the resonator 2 and a line connecting the node portion of the standing wave formed in the resonator 2 and the center of the resonator is 20 / ( It is preferable to be within 2n + 1) degrees.

（信号線間の伝送状態の確認）
次に、図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、図９で示した実施例において直流用線路５を５０Ω終端の端子に接続した高周波信号伝送装置１を例にとりシミュレーションを行った。図１８はシミュレーション結果を示す図である。図１８において、Ｓ３２は、第２信号端子（ここでは、直流用線路５が接続されていない共振器２側の入出力線路３）の信号のうち、第３信号端子（ここでは、直流用線路５）へ伝わる信号の率であり、Ｓ３３は、第３信号端子の信号が再び第３信号端子へ戻る率であり、Ｓ３１は、第１信号端子（直流用線路５が接続されている共振器２の入出力線路３）の信号のうち、第３信号端子へ伝わる信号の率である。 (Confirmation of transmission status between signal lines)
Next, as shown in FIGS. 17 (a), 17 (b), and 17 (c), a simulation is performed using the high-frequency signal transmission device 1 in which the DC line 5 is connected to a terminal of 50Ω termination in the embodiment shown in FIG. It was. FIG. 18 is a diagram showing simulation results. In FIG. 18, S32 is a third signal terminal (here, DC line) among signals of the second signal terminal (here, the input / output line 3 on the resonator 2 side to which the DC line 5 is not connected). 5) is the rate of the signal transmitted to S3, S33 is the rate at which the signal at the third signal terminal returns to the third signal terminal again, and S31 is the first signal terminal (the resonator to which the DC line 5 is connected). 2 is the rate of the signal transmitted to the third signal terminal among the signals of the input / output line 3).

図１８に示されるように、直流用線路５と、入出力線路３との結合度合いは、−９ｄＢとかなり低い値に成っており、直流用線路５が共振器２に与える影響が少ないことを示している。 As shown in FIG. 18, the coupling degree between the DC line 5 and the input / output line 3 is as low as −9 dB, and the influence of the DC line 5 on the resonator 2 is small. Show.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

異なる平面上の回路間で高周波信号を伝送するシステムに適用することができ、集積回路や電力伝送の用途にも適用できる。 The present invention can be applied to a system that transmits a high-frequency signal between circuits on different planes, and can also be applied to an integrated circuit or power transmission.

本実施形態に係る高周波信号伝送装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the high frequency signal transmission apparatus which concerns on this embodiment. 共振器、直流用線路および入出力線路を示す上面図である。It is a top view which shows a resonator, a direct current | flow line, and an input-output line. 図１に示す高周波信号伝送装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the high frequency signal transmission apparatus shown in FIG. 高周波信号伝送装置の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of a high frequency signal transmission apparatus. 参考例に係る高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。It is a figure which shows the high frequency signal transmission apparatus which concerns on a reference example, (a) is a top view including an upper resonator, (b) is a top view including a lower resonator, (c) is both resonators. It is a figure when it sees from the upper direction when it overlap | superposed. 参考例に係る高周波信号伝送装置の断面図である。It is sectional drawing of the high frequency signal transmission apparatus which concerns on a reference example. 参考例に係る高周波信号伝送装置の共振器の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the resonator of the high frequency signal transmission apparatus which concerns on a reference example. 参考例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the transmission efficiency in the high frequency signal transmission device concerning a reference example. 実施例に係る高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。It is a figure which shows the high frequency signal transmission apparatus which concerns on an Example, (a) is a top view containing an upper resonator, (b) is a top view containing a lower resonator, (c) is both resonators. It is a figure when it sees from the upper direction when it overlap | superposed. 実施例に係る高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the transmission efficiency in the high frequency signal transmission apparatus which concerns on an Example. 図９に示す実施例において、直流用線路の取り付け位置をずらしたときの高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。In the embodiment shown in FIG. 9, it is a figure which shows the high frequency signal transmission device when the attachment position of the direct current | flow line is shifted, (a) is a top view containing an upper resonator, (b) is lower resonance. (C) is a diagram when viewed from above when both resonators are overlapped. θ３を−４０°から０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the transmission efficiency when (theta) 3 is changed every 10 degrees from -40 degrees to 0 degrees. θ３を０°から５０°まで１０°ずつ変化させたときの伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the transmission efficiency when (theta) 3 is changed every 10 degrees from 0 degrees to 50 degrees. 中心周波数１５．６ＧＨｚでの伝送効率のθ３依存性を示すグラフである。It is a graph which shows (theta) 3 dependence of the transmission efficiency in center frequency 15.6GHz. 共振器の形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the shape of a resonator. 共振器の形状の別の変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of the shape of a resonator. 直流用線路を５０Ω終端の端子に接続した高周波信号伝送装置を示す図であり、（ａ）は上側の共振器を含む平面図、（ｂ）は下側の共振器を含む平面図、（ｃ）は両方の共振器を重ね合わせたときの上方からみたときの図である。It is a figure which shows the high frequency signal transmission apparatus which connected the track | line for direct current | flow to the terminal of 50 ohms, (a) is a top view including an upper resonator, (b) is a top view including a lower resonator, (c) ) Is a view when viewed from above when both resonators are overlapped. 図１７に示す高周波信号伝送装置における、伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the transmission efficiency in the high frequency signal transmission apparatus shown in FIG. 共振器、入出力線路、直流用線路、接地電極の形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the shape of a resonator, an input / output line, a direct current | flow line, and a ground electrode. 一般的なマイクロ波アンプを示す回路図である。It is a circuit diagram showing a general microwave amplifier.

Explanation of symbols

１高周波信号伝送装置
２共振器
３入出力線路
４接地電極
５直流用線路（入力線路）
６ボンディングパッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency signal transmission apparatus 2 Resonator 3 Input / output line 4 Ground electrode 5 DC line (input line)
6 Bonding pads

Claims

A resonator having a structure in which a part of a closed curve line is opened or a spiral structure on different planes and an input / output line that is connected to the resonator and inputs / outputs a high-frequency signal to the resonator are formed. A high-frequency signal transmission device for transmitting a high-frequency signal by electromagnetically coupling the resonators formed on both the planes,
The high frequency signal has a wavelength that becomes a standing wave in the resonator,
The high-frequency signal transmission device according to claim 1, wherein an input line for inputting a low-frequency signal or DC power is connected to the node of the standing wave in at least one of the resonators.

A resonator having a structure in which a part of a closed curve line is opened or a spiral structure on different planes and an input / output line that is connected to the resonator and inputs / outputs a high-frequency signal to the resonator are formed. A high-frequency signal transmission device for transmitting a high-frequency signal by electromagnetically coupling the resonators formed on both the planes,
The line length of the resonator is (2n + 1) / 2 times the wavelength of the high-frequency signal (n is an integer of 0 or more),
An input line for inputting a low frequency signal or DC power is connected to at least one of the resonators,
A line connecting a connection point between the input line and the resonator and the center of the resonator, a midpoint of the line equally dividing the resonator into 1 / (2n + 1), and the point A high-frequency signal transmission device, wherein an acute angle formed with a line connecting to the center of the resonator is within 30 / (2n + 1) degrees.

One of the line connecting the connection point between the input line and the resonator and the center of the resonator, the midpoint of the line obtained by equally dividing the resonator by an odd number, and the resonator 3. The high-frequency signal transmission device according to claim 2, wherein an acute angle formed with a line connecting the center of the signal is within 20 / (2n + 1) degrees.