WO2013128795A1 - 電磁共鳴結合器 - Google Patents

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WO2013128795A1
WO2013128795A1 PCT/JP2013/000425 JP2013000425W WO2013128795A1 WO 2013128795 A1 WO2013128795 A1 WO 2013128795A1 JP 2013000425 W JP2013000425 W JP 2013000425W WO 2013128795 A1 WO2013128795 A1 WO 2013128795A1
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WO
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wiring
resonance
substrate
resonator
transmission
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/000425
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
永井　秀一
丸野　進
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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Priority to CN201380001149.5A priority patent/CN103503229B/zh
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Priority to US14/224,119 priority patent/US9184723B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/48—Networks for connecting several sources or loads, working on the same frequency or frequency band, to a common load or source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
    • H01P5/028—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/22—Hybrid ring junctions
    • H01P5/222—180° rat race hybrid rings

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic resonance coupler that transmits power of a high-frequency signal without contact.
  • a rat race circuit that converts a single high-frequency signal (single-ended signal) into two differential signals having the same amplitude and opposite phase is widely used as a component of a microwave frequency converter or the like Has been.
  • a rat race circuit it is possible to amplify each of the differential signals by amplifying the single-ended signal with one amplifier.
  • the present invention provides a single / differential converter that can be miniaturized.
  • an electromagnetic resonance coupler is an electromagnetic resonance coupler that transmits a high-frequency signal in a contactless manner between a first resonance wiring and a second resonance wiring.
  • the first resonance wiring and a first input / output wiring connected to a first connection portion on the first resonance wiring are provided, and the first resonance wiring is provided on the second substrate.
  • the second resonance wiring having the same wiring width and the same shape as the first resonance wiring, and a second connection portion on the second resonance wiring located at a predetermined distance from one end of the second resonance wiring.
  • Second input / output wiring and the second resonance wiring located at the predetermined distance from the other end of the second resonance wiring.
  • a third input / output wiring connected to a third connection portion on the wiring, and when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the first substrate, the first resonance wiring and the second wiring
  • the resonance wirings of the first resonance wiring and the second resonance wiring coincide with each other and are arranged symmetrically with respect to each other.
  • the power in the second connection portion and the third connection portion is one half of the power in the position overlapping the first connection portion of the second resonance wiring.
  • a small single-to-differential converter is realized by using electromagnetic resonance coupling.
  • FIG. 1 is a top view of a rat race circuit.
  • 2 is a perspective view (perspective view) of the electromagnetic resonance coupler according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electromagnetic resonance coupler when cut along a plane perpendicular to the main surface of the substrate through the line XX ′ in FIG.
  • FIG. 4 is a top view of the transmission resonator.
  • FIG. 5 is a top view of the receiving resonator.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the voltage and current on the receiving resonator in the resonance state.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the signal transmission rate of the electromagnetic resonance coupler when a signal is input to the first terminal.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the phases of signals output to the second terminal and the third terminal when a signal is input to the first terminal.
  • FIG. 9 is a perspective view of an electromagnetic resonance coupler using a rectangular transmission resonator and a reception resonator.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the electromagnetic resonance coupler when cut along a plane perpendicular to the main surface of the substrate through the line YY ′ of FIG.
  • FIG. 11 is a top view of a rectangular transmission resonator.
  • FIG. 12 is a top view of a rectangular receiving resonator.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which a coplanar ground is provided around the transmission resonator.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which a coplanar ground and an isolation wiring are provided around the receiving resonator.
  • the rat race circuit described in Patent Document 1 can convert one high-frequency signal (single-end signal) into two differential signals having the same amplitude and opposite phase.
  • FIG. 1 is a diagram showing a structure of a distributed constant type rat race circuit described in Patent Document 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing a structure of a distributed constant type rat race circuit described in Patent Document 1.
  • Each terminal impedance is R0 (generally 50 ⁇ ), and each terminal is connected by a line having impedance ⁇ 2 ⁇ R0.
  • A is an input terminal
  • B and D are output terminals
  • C is an isolation terminal.
  • the signal that has advanced the ⁇ / 4 ring clockwise from the terminal A and the signal that has advanced 5 ⁇ / 4 counterclockwise from the terminal A arrive at the terminal B. That is, since the two signals have the same phase, the two signals are added to the terminal B and output.
  • terminal D reaches a signal that has advanced 3 ⁇ / 4 clockwise from terminal A and a signal that has advanced 3 ⁇ / 4 counterclockwise, and these two signals are in phase. It is added and output.
  • the input signal from the terminal A is distributed and output to the terminal B and the terminal D, and the phase of the signal output from the terminal B and the phase of the signal output from the terminal D are opposite (180 ° phase is different). Different).
  • the rat race circuit can convert a single-ended signal into a differential signal. Conversely, by inputting signals of the same amplitude and opposite phase to the terminal B and the terminal D, the terminal A has twice the amplitude of the signal input to the terminals B and D. A signal is output.
  • an electromagnetic resonance coupler is an electromagnetic resonance coupler that transmits a high-frequency signal in a contactless manner between a first resonance wiring and a second resonance wiring.
  • the first resonance wiring and a first input / output wiring connected to a first connection portion on the first resonance wiring are provided, and the first resonance wiring is provided on the second substrate.
  • the second resonance wiring having the same wiring width and the same shape as the first resonance wiring, and a second connection portion on the second resonance wiring located at a predetermined distance from one end of the second resonance wiring.
  • Second input / output wiring and the second resonance wiring located at the predetermined distance from the other end of the second resonance wiring.
  • a third input / output wiring connected to a third connection portion on the wiring, and when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the first substrate, the first resonance wiring and the second wiring
  • the resonance wirings of the first resonance wiring and the second resonance wiring coincide with each other and are arranged symmetrically with respect to each other.
  • the power in the second connection portion and the third connection portion is one half of the power in the position overlapping the first connection portion of the second resonance wiring.
  • first connection portion is provided at a position corresponding to one-fourth the wiring length of the first resonance wiring from one end of the first resonance wiring
  • second connection portion is Provided at a position corresponding to three-eighths of the length of the second resonance wiring from one end of the second resonance wiring
  • third connection portion is the other end of the second resonance wiring.
  • the wiring lengths of the first resonance wiring and the second resonance wiring are half the wavelength of the high-frequency signal in the first resonance wiring and the second resonance wiring. May be.
  • the circular shape may be a circular shape.
  • the circular shape may be a rectangular shape or a shape having at least five bent portions.
  • the area of the resonance wiring on the substrate can be further reduced by making the resonance wiring rectangular and providing five or more bent portions. That is, the electromagnetic resonance coupler according to the present invention operates as a smaller single / differential converter.
  • a distance between the first resonance wiring and the second resonance wiring in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate may be equal to or less than half of the wavelength of the high-frequency signal.
  • the surface of the first substrate on which the first resonance wiring is not provided or the surface of the second substrate on which the second resonance wiring is not provided is provided on the reference side of the high-frequency signal.
  • a ground wiring representing a potential may be provided.
  • first resonance wiring and the periphery of the first input / output wiring on the first substrate, and the second resonance wiring and the second input / output wiring on the second substrate may be provided around the third input / output wiring.
  • the second resonance wiring may be connected to a ground wiring that represents a reference potential of the high-frequency signal by a wiring or via connected to a midpoint between the second connection portion and the third connection portion.
  • the quality of the transmitted signal can be improved by appropriately providing the ground wiring.
  • a cover substrate that is superimposed on one of the first substrate and the second substrate is further provided, and the cover substrate is superimposed on either the first substrate or the second substrate.
  • a ground line representing a reference potential of the high-frequency signal may be provided on the surface that is not provided.
  • first substrate and the second substrate are one substrate, and the first resonance wiring and the first input / output wiring are provided on one surface of the substrate,
  • the second resonance wiring, the second input / output wiring, and the third input / output wiring may be provided on the other surface of the substrate.
  • FIG. 2 is a perspective view (perspective view) of the electromagnetic resonance coupler 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electromagnetic resonance coupler 100 of FIG. 2 cut along a plane passing through the diagonal line of the substrate (a plane passing through the line XX ′ in the figure and perpendicular to the main surface of the substrate).
  • the electromagnetic resonance coupler 100 according to Embodiment 1 is an electromagnetic resonance coupler that transmits a 6.0 GHz AC signal in a non-contact manner. That is, the operating frequency of the electromagnetic resonance coupler 100 is 6.0 GHz.
  • the electromagnetic resonance coupler 100 includes a transmission board 101 (first board) and a reception board 102 (second board) superimposed on the transmission board 101.
  • the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 are dielectric substrates, for example, sapphire substrates.
  • the substrate thickness is all 0.2 mm. Note that there may be a gas such as air, a liquid, or another dielectric material between the substrates.
  • a circular shape in which a part of the shape is opened by a first wiring 111 (first input / output wiring) which is a metal wiring and a transmission resonance slit (opening portion) 116 is formed.
  • the transmission resonator 106 (first resonance wiring) is formed.
  • the transmission resonator 106 is connected to one end of the first wiring 111, and the other end of the first wiring 111 is a first terminal 121.
  • the reception board 102 is overlapped with the transmission board 101 so as to cover the transmission resonator 106 of the transmission board 101.
  • the second wiring 112 (second input / output wiring), the third wiring 113 (third input / output wiring), and the reception resonance slit 117, which are metal wiring.
  • An open circular (open ring shape) receiving resonator 107 (second resonance wiring) is formed.
  • the reception resonator 107 is connected to one end of the second wiring 112 and the third wiring 113.
  • the other end of the second wiring 112 is a second terminal 122, and the other end of the third wiring 113 is a third terminal 123.
  • the reception resonator 107 has the same size and the same shape as the transmission resonator 106.
  • the material of the metal wiring is, for example, gold, but other metal materials may be used.
  • a back surface ground 104 that is a metal wiring is formed on the back surface of the transmission substrate 101.
  • the back surface ground 104 is a ground wiring that represents a reference potential of a signal in the electromagnetic resonance coupler 100.
  • the material of the back surface ground 104 is, for example, gold.
  • the transmission board 101 and the reception board 102 are arranged so that the outline of the transmission resonator 106 and the outline of the reception resonator 107 coincide when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the transmission board 101 (when viewed from above). Superimposed.
  • the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 are overlapped so that the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are in a point-symmetric relationship when viewed from above.
  • the coincidence between the contour of the transmitting resonator 106 and the contour of the receiving resonator 107 includes a case where the contour of the transmitting resonator 106 and the contour of the receiving resonator 107 are different within a range of manufacturing errors.
  • the outline of the transmission resonator 106 is defined as follows.
  • the closed wiring having the circular shape is defined by the closed wiring having the circular shape. It has an inner peripheral side (inner side) contour that defines the area to be surrounded, and an outer peripheral side (outer side) contour that defines the shape of the above-mentioned closed wiring together with the inner peripheral side contour.
  • the outline of the transmission resonator 106 means an outer peripheral outline of these two outlines.
  • the inner peripheral side contour and the outer peripheral side contour define the wiring width of the transmission resonator 106, and the outer peripheral side contour defines the occupied area of the transmission resonator 106.
  • the outline of the reception resonator 107 is defined in the same manner.
  • the outlines of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are the outermost shapes of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107, and are circles.
  • matching the contours means matching except for the portions corresponding to the transmission resonance slit 116 and the reception resonance slit 117.
  • the contours match substantially including the assembly variation between the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 of the electromagnetic resonance coupler 100 and the variation in the sizes of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 generated in the manufacturing process. Means consistent. In other words, matching the contour does not necessarily mean that the contours match completely.
  • FIG. 4 is a top view of the transmission resonator 106.
  • the transmission resonator 106 has a circular shape with a diameter of 2.7 mm, and a part of a circular shape (closed curve shape) is opened by the transmission resonance slit 116.
  • the wiring length of the transmission resonator 106 corresponds to a length of one half of the wavelength of the 6.0 GHz AC signal.
  • the wiring width of the transmission resonator 106 is 0.1 mm.
  • the wiring length (circumference length) of the transmission resonator 106 corresponds to about a half wavelength of the high-frequency signal transmitted by the electromagnetic resonance coupler 100.
  • the wavelength at this time is a wavelength considering the wavelength shortening rate due to the wiring material.
  • the transmission resonator 106 and the first wiring 111 are physically connected. Note that the transmission resonator 106 and the first wiring 111 may be electrically connected even if they are not physically connected. Specifically, one end of the first wiring 111 is located at a position corresponding to one-fourth of the wiring length of the transmission resonator 106 from the one end of the transmission resonance slit 116 portion of the transmission resonator 106 (point A1: 1st connection part). In other words, the length of one-quarter of the wiring length corresponds to about one-eighth wavelength of the high-frequency signal transmitted by the electromagnetic resonance coupler 100.
  • the other end of the first wiring 111 that is not connected to the transmission resonator 106 is a first terminal 121.
  • the wiring width of the first wiring 111 is 0.1 mm.
  • a receiving substrate 102 is overlaid on the upper surface of the transmitting substrate 101.
  • FIG. 5 is a top view of the receiving resonator 107.
  • the reception resonator 107 has a circular shape with a diameter of 2.7 mm, and a part of a circular shape (closed curve shape) is opened by the reception resonance slit 117.
  • the wiring width of the receiving resonator 107 is 0.1 mm. That is, the reception resonator 107 has the same size and the same shape as the transmission resonator 106.
  • the reception resonator 107 is physically connected to the second wiring 112 and the third wiring 113. Note that the reception resonator 107 and the second wiring 112 and the third wiring 113 may be electrically connected even if they are not physically connected.
  • the position on the reception resonator 107 where the second wiring 112 and the third wiring 113 are connected is symmetrical with respect to the reception resonance slit 117.
  • one end of the second wiring 112 is a position corresponding to a length of three-eighths of the wiring length of the reception resonator 107 from one end (point D) of the reception resonance slit 117 portion of the reception resonator 107.
  • Point B1 second connection part.
  • the length of 3/8 of the wiring length corresponds to 3/16 wavelength of the high-frequency signal transmitted by the electromagnetic resonance coupler 100.
  • the third wiring 113 is located at a position corresponding to a length of 5/8 of the wiring length of the reception resonator 107 from the one end (point D) of the reception resonance slit 117 portion of the reception resonator 107 (point C1: No. 1). Three connections).
  • the length of 5/8 of the wiring length corresponds to 5/16 wavelength of the high-frequency signal transmitted by the electromagnetic resonance coupler 100.
  • the third wiring 113 is located at a position corresponding to a length of three-eighths of the wiring length of the reception resonator 107 from the other end (point E) of the reception resonance slit 117 portion of the reception resonator 107 ( Connected to point C1).
  • a point A1 ′ on the reception resonator 107 corresponds to A1 of the transmission resonator 106 superimposed on the reception resonator 107.
  • the other end of the second wiring 112 not connected to the reception resonator 107 is the second terminal 122, and the other end of the third wiring 113 not connected to the reception resonator 107 is the third terminal. 123.
  • the wiring width of the second wiring 112 and the third wiring 113 is 0.1 mm.
  • the position of the point A1 where the first wiring 111 and the transmission resonator 106 are connected is actually finely adjusted in consideration of input impedance, manufacturing variation, and the like. For this reason, the position of the point A1 may not completely match the position as shown in FIG.
  • the position of the point B1 where the second wiring 112 and the receiving resonator 107 are connected and the point C1 where the third wiring 113 and the receiving resonator 107 are connected are actually output impedance, Fine adjustment is made in consideration of manufacturing variations. For this reason, the point B1 and the point C1 need not completely coincide with the positions as shown in FIG.
  • the wiring width of the second wiring 112 and the third wiring 113 may be larger than the wiring width of the first wiring 111.
  • the wiring width of the second wiring 112 and the third wiring 113 may be 0.2 mm with respect to the wiring width of 0.1 mm of the first wiring 111. Note that the wiring widths of the second wiring 112 and the third wiring 113 are not limited to this.
  • the distance between the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 is 0.2 mm which is the thickness of the reception substrate 102. This is equal to or less than half the wavelength (operating wavelength) of the 6.0 GHz AC signal input to the electromagnetic resonance coupler 100 in the first embodiment.
  • the wavelength at this time is a wavelength in consideration of the wavelength shortening rate due to the medium (sapphire) between the transmission resonator 106 and the reception resonator 107. Under such conditions, in other words, the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are electromagnetically coupled in the near-field region.
  • the distance between the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 is not limited to a half or less of the operating wavelength. The operation is possible even if it is more than this. However, the distance between the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 operates most effectively when it is equal to or less than half the operating wavelength.
  • the high frequency signal input from the first terminal 121 is input to the transmission resonator 106 via the first wiring 111.
  • the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are overlapped at a distance of half or less of the wavelength of the input high-frequency signal (operating frequency 6.0 GHz), and are electromagnetically coupled.
  • the high frequency signal input to the transmission resonator 106 is in a state of resonating with the transmission resonator 106, and the nearby electromagnetic field is Excited.
  • the electromagnetic field is excited by the transmission resonator 106, the electromagnetic field is similarly excited in the reception resonator 107 that is electromagnetically coupled. That is, the receiving resonator 107 is also in a state where a high frequency signal of 6.0 GHz is resonating.
  • the AC signal is transmitted to the reception resonator 107 in a non-contact manner.
  • the total length of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 may be set to an integral multiple of one half of the operating wavelength.
  • the total length of the wiring of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 may be set to ( ⁇ / 2) ⁇ n. That is, the total length of the wiring of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 is not limited to one half of the operating wavelength.
  • the AC signal transmitted from the transmission resonator 106 is transmitted from one end (point D) of the reception resonator 107 and the other end (point E) of the reception resonator 107. It is reflected and resonating.
  • the high-frequency signal at the point C1 is considered to be a signal in which the high-frequency signal at the point B1 is reflected at the point E and reaches C1.
  • the length of the path from the point B1 through the point E to the point C1 corresponds to one half of the wavelength of the transmitted high frequency signal.
  • the waveform of the high frequency signal at the point C1 has a phase difference of a half wavelength (180 °) from the high frequency signal at the point B1. That is, a signal having an inverted phase can be extracted from each of the points B1 and C1.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between voltage and current on the receiving resonator 107 in the resonance state.
  • FIG. 6 shows how the voltage and current are distributed when the wiring of the reception resonator 107 on a circle is straight in a resonance state where a 6.0 GHz high frequency signal is input to the reception resonator 107. It is the figure represented typically.
  • the points A1 ', B1, C1, D, and E in the figure correspond to the same symbol points in FIG.
  • the same power as that input to the point A1 is also input to the point A1 ′ on the reception resonator 107 that is electromagnetically coupled to the transmission resonator 106.
  • the receiving resonator 107 in the resonance state has the voltage and current as shown in FIG. 6, when the power at the point A1 ′ is distributed to the two points, the points at which the power value is halved are the point B1 and the point C1. As described above, the point B1 and the point C1 are in a symmetrical positional relationship with respect to the reception resonance slit 117, and the phase difference between the signals appearing at the point B1 and the point C1 is 180 °.
  • the electromagnetic resonance coupler 100 operates as a single / differential converter.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the signal transmission rate of the electromagnetic resonance coupler 100 when a signal is input to the first terminal 121.
  • the vertical axis of the graph in FIG. 7 is the signal transmission rate.
  • the signal transmission rate is the ratio of the power of the signal output to the second terminal 122 and the third terminal 123 to the power of the signal input to the first terminal 121 in decibels.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 7 represents the frequency of the signal input to the first terminal 121.
  • the power input to the first terminal 121 can be distributed to the second terminal 122 and the third terminal 123.
  • the difference in power output to the second terminal 122 and the third terminal 123 is small, and the power input to the first terminal 121 is evenly distributed to the second terminal 122 and the third terminal 123. Has been.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the phases of signals output to the second terminal 122 and the third terminal 123 when a signal is input to the first terminal 121.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 8 is the frequency of the AC signal input to the first terminal 121.
  • the difference between the phase of the signal output to the second terminal 122 and the phase of the signal output to the third terminal 123 is 180 °. .
  • the electromagnetic resonance coupler 100 can convert a single-ended signal into two differential signals having the same amplitude and opposite phase.
  • the wiring length (circumference length) of the rat race circuit as shown in FIG. 1 is two-thirds of the wavelength (operating wavelength) of the input high-frequency signal.
  • the wiring length of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 may be a half of the operating wavelength. Therefore, when compared in terms of area, the area of the transmitting resonator 106 and the receiving resonator 107 is 1/9 of the area of the rat race circuit of FIG.
  • a small single-to-differential converter can be realized by using electromagnetic resonance coupling.
  • the 1st connection part (point A1) to which the 1st wiring 111 is connected the 2nd connection part (point B1) to which the 2nd wiring 112 is connected, and the 3rd connection to which the 3rd wiring 113 is connected.
  • the position of the part (point C1) is not limited to the above.
  • the wirings representing the reference potentials of the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are both the back surface ground 104. Since the transmission resonator 106 and the reception resonator 107 are not physically connected, the reference potential of the signal does not necessarily have to be the same between the transmission substrate 101 and the reception substrate 102.
  • the transmission board 101 and the reception board 102 may be provided with wirings representing different reference potentials.
  • the signal can be transmitted between the transmission board 101 and the reception board 102 while insulating the ground.
  • a signal can be input to the first terminal 121 based on 0V, and a signal can be output from the second terminal 122 and the third terminal 123 based on 100V.
  • a single-ended signal is converted into a differential signal.
  • a differential signal is converted into a single-ended signal.
  • a single-ended high-frequency signal is output from the first terminal by inputting a high-frequency signal having the same amplitude and opposite phase to the second terminal 122 and the third terminal 123.
  • the electromagnetic resonance coupler 100 can transmit a signal with very low loss by electromagnetic resonance coupling. That is, a low-loss power combiner / distributor can be realized by the present invention.
  • Embodiment 2 Next, an electromagnetic resonance coupler according to Embodiment 2 will be described with reference to the drawings.
  • the so-called open-ring electromagnetic resonance coupler 100 in which the transmission resonator and the reception resonator are circular has been described, but the shape of the transmission resonator and the reception resonator is rectangular. Also good.
  • an electromagnetic resonance coupler in the case where the transmission resonator and the reception resonator are rectangular as described above will be described.
  • the electromagnetic resonance coupler described in the following second embodiment differs from the electromagnetic resonance coupler 100 described in the first embodiment mainly in the shapes of a transmission resonator and a reception resonator. Unless otherwise specified, the other components have the same functions as those described in the first embodiment and operate.
  • FIG. 9 is a perspective view of an electromagnetic resonance coupler 200 using a rectangular transmission resonator and a reception resonator.
  • FIG. 9 in particular, only the transmission resonator 506 (first resonance wiring) and the reception resonator 507 (second resonance wiring) formed on the substrate are schematically illustrated.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the electromagnetic resonance coupler 200 when cut along a plane perpendicular to the main surface of the substrate through the line YY ′ of FIG.
  • the electromagnetic resonance coupler 200 includes a transmission substrate 501 (first substrate), a reception substrate 502 (second substrate) superimposed on the transmission substrate 101, and a cover substrate superimposed on the reception substrate 502. 503.
  • the transmission substrate 501, the reception substrate 502, and the cover substrate 503 are dielectric substrates, for example, sapphire substrates.
  • the material of the substrate is not limited to sapphire.
  • the substrate material may be silicon.
  • the transmission substrate 501, the reception substrate 502, and the cover substrate 503 may be substrates made of different materials.
  • the substrate thickness of the transmission substrate 501, the reception substrate 502, and the cover substrate is 0.2 mm, but is not limited thereto.
  • the transmission board 501, the reception board 502, and the cover board 503 may have different thicknesses.
  • a back surface ground 504 that is a metal wiring is formed on the back surface of the transmission board 501.
  • the back surface ground 504 is a ground wiring that represents a reference potential of a signal in the electromagnetic resonance coupler 200.
  • the material of the back surface ground 504 is, for example, gold.
  • a transmission resonator 106 (circular shape) (first resonance wiring) is formed on the upper surface of the transmission substrate 501 (or the back surface of the reception substrate 502).
  • the transmission resonator 506 is connected to one end of the first wiring 511, and the other end of the first wiring 511 is a first terminal 521.
  • the reception board 502 is overlapped with the transmission board 501 so as to cover the transmission resonator 506 of the transmission board 501.
  • the transmission board 501 and the reception board 502 are overlapped so that the outline of the transmission resonator 506 and the outline of the reception resonator 507 coincide when viewed from above.
  • the transmission substrate 501 and the reception substrate 502 are overlapped so that the transmission resonator 506 and the reception resonator 507 are point-symmetric when viewed from above.
  • the outlines of the transmission resonator 506 and the reception resonator 507 are shapes represented by a one-dot chain line in FIG.
  • matching the contours means matching except for the portions corresponding to the transmission resonance slit 516 and the reception resonance slit 517.
  • a second wiring 512 (second input / output wiring), a third wiring 513 (third input / output wiring), which are metal wiring, are received.
  • a rectangular (circular shape) receiving resonator 507 (second resonance wiring) opened by the resonance slit 517 is formed.
  • the reception resonator 507 is connected to one end of the second wiring 512 and the third wiring 513.
  • the other end of the second wiring 512 is a second terminal 522, and the other end of the third wiring 513 is a third terminal 523.
  • the material of the metal wiring is, for example, gold, but other metal materials may be used.
  • the cover substrate 503 is superimposed on the reception substrate 502 for the purpose of preventing the influence of unnecessary electromagnetic waves.
  • a cover ground 505 that is a metal wiring is formed on the upper surface of the cover substrate 503.
  • the cover ground 505 is a ground wiring that represents a reference potential of a signal in the electromagnetic resonance coupler 200.
  • the material of the cover ground 505 is, for example, gold.
  • cover substrate and cover ground may be provided in the electromagnetic resonance coupler 100 of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a top view of the transmission resonator 506.
  • the transmission resonator 506 provided on the transmission substrate 501 is a circular wiring in which a part of the wiring is opened by the transmission resonance slit 516.
  • the transmission resonator 506 has a shape having five or more bent portions. Specifically, the transmission resonator 506 has a shape having a total of 12 bent portions.
  • the bent portion may be square or curved as shown in FIG.
  • the electromagnetic resonance coupler 200 is further downsized than the electromagnetic resonance coupler 100 by having the bent portion.
  • the transmission resonator 506 is a wiring having a rectangular outer shape (broken line in FIG. 11) excluding a portion recessed inward, and the transmission resonance slit 516 is located on the inner side of the outer shape of the transmission resonator 506 (broken line in FIG. 11). Is provided.
  • the circular shape of the transmission resonator 506 is symmetrical with respect to the center thereof except for the portion of the transmission resonance slit 516.
  • the wiring length of the transmission resonator 506 corresponds to one half of the wavelength of the 6.0 GHz AC signal.
  • the wavelength at this time is a wavelength considering the wavelength shortening rate due to the wiring material.
  • the transmission resonator 506 (reception resonator 507) is not limited to the shape shown in FIG. For example, it may be a rectangle (a square or a rectangle) as indicated by a broken line in FIG.
  • the transmission resonator 506 and the first wiring 511 are physically connected. Note that the transmission resonator 506 and the first wiring 511 may be electrically connected even if they are not physically connected.
  • one end of the first wiring 511 is connected to a position corresponding to one-fourth of the wiring length of the transmission resonator 506 from one end of the transmission resonance slit 516 portion of the transmission resonator 506. .
  • the transmission resonance slit 516 is connected from one end to a position corresponding to a quarter of the wiring length of the transmission resonator 506.
  • the length of one-quarter of the wiring length corresponds to about one-eighth wavelength of the high-frequency signal transmitted by the electromagnetic resonance coupler 200.
  • the other end of the first wiring 511 (the end on the side not connected to the transmission resonator 506) is a first terminal 521.
  • the reception board 502 is superimposed on the upper surface of the transmission board 501.
  • FIG. 12 is a top view of the receiving resonator 507.
  • the reception resonator 507 provided on the reception substrate 502 is a circular wiring in which a part of the wiring is opened by the reception resonance slit 517.
  • the reception resonator 507 has the same size and the same shape as the transmission resonator 506.
  • the reception resonator 507 is physically connected to the second wiring 512 and the third wiring 513. Note that the reception resonator 507, the second wiring 512, and the third wiring 513 may be electrically connected even if they are not physically connected.
  • the position on the reception resonator 507 where the second wiring 512 and the third wiring 513 are connected is symmetrical with respect to the reception resonance slit 517.
  • one end of the second wiring 512 is one-eighth (16 minutes of the operating wavelength) of the wiring length of the reception resonator 507 from one end of the reception resonator 507 (reception resonance slit 517 portion). To the position corresponding to 3).
  • One end of the third wiring 513 is three-eighths of the wiring length of the reception resonator 507 (3/16 of the operating wavelength) from the other end of the reception resonator 507 (reception resonance slit 517 portion). ). In other words, one end of the third wiring 513 is connected from one end of the reception resonator 507 to a position corresponding to a length of 5/8 (5/16 of the operating wavelength) of the wiring length of the reception resonator 507. Is done.
  • the other end of the second wiring 512 not connected to the receiving resonator 507 is the second terminal 522, and the other end of the third wiring 513 not connected to the receiving resonator 507 is the third terminal. 523.
  • the transmission resonator 506 on the transmission substrate 501 and the reception resonator 507 on the reception substrate 502 are the central axes of the transmission resonator 506 and the reception resonator 507, and are intermediate points between the transmission resonator 506 and the reception resonator 507. Is a point-symmetrical relationship.
  • the wiring width of the transmission resonator 506 and the reception resonator 507 is 0.1 mm.
  • the wiring width of the first wiring 511, the second wiring 512, and the third wiring 513 is 0.1 mm.
  • One side of the outer periphery of the wiring of the transmission resonator 506 and the reception resonator 507 is 1.6 mm.
  • the operation principle and function of the electromagnetic resonance coupler 200 are the same as those of the electromagnetic resonance coupler 100 of the first embodiment, and a 6.0 GHz high-frequency signal can be transmitted by single / differential conversion.
  • the high frequency signal (6.0 GHz) input from the first terminal 521 is input to the transmission resonator 506 via the first wiring 511 connected to the first connection portion, and resonates in the transmission resonator 506. This excites the electromagnetic field.
  • the second connection portion to which the second wiring 512 on the reception resonator 507 is connected and the third connection portion to which the third wiring 513 on the reception resonator 507 is connected are implemented.
  • signals having a phase difference of 180 ° are output.
  • the amplitude of the output signal is one half of the amplitude of the input high-frequency signal.
  • the electromagnetic resonance coupler 200 operates as a smaller single / differential converter than when the open ring type resonator described in the first embodiment is used.
  • the transmission board 501 and the reception board 502 can insulate the ground and transmit a signal.
  • the electromagnetic resonance coupler 200 can convert a differential signal into a single-ended signal.
  • a ground wiring (coplanar ground) representing a reference potential of a high-frequency signal to be transmitted may be provided around the transmission resonator and the reception resonator.
  • a midpoint between the second connection portion to which the second wiring on the reception resonator is connected and the third connection portion to which the third wiring is connected. May be connected to the ground wiring by wiring or vias.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which a coplanar ground is provided around the transmission resonator 506.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which a coplanar ground and an isolation wiring are provided around the reception resonator 507.
  • a transmission coplanar ground 536 formed of a metal conductor may be provided along the periphery of the transmission resonator 506 and the first wiring 511.
  • a reception coplanar ground 537 may be provided along the periphery of the reception resonator 507, the second wiring 512, and the third wiring 513.
  • the material of the transmission coplanar ground 536 and the reception coplanar ground 537 is gold like other wirings, but is not limited thereto.
  • the signal quality of the transmitted high-frequency signal can be improved.
  • the isolation is provided at the midpoint between the second connection portion to which the second wiring 512 on the reception resonator 507 is connected and the third connection portion to which the third wiring 513 is connected.
  • a wiring 540 may be provided to connect the reception coplanar ground 537 and the reception resonator 507.
  • the isolation wiring by providing the isolation wiring, the signal quality of the high-frequency signal input / output to / from the second wiring 512 and the third wiring 513 can be improved.
  • midpoint between the second connection portion and the third connection portion on the reception resonator 507 may be connected to a ground wiring representing a reference potential by a via hole or the like instead of the isolation wiring 540.
  • the transmission resonator and the reception resonator may be provided on each surface of one substrate.
  • the transmitting resonator and the first wiring are provided on one surface of the substrate, and the receiving resonator, the second wiring, and the third wiring are provided on the other surface of the substrate. May be.
  • the electromagnetic resonance coupler according to one aspect of the present invention has been described based on the embodiment.
  • an electromagnetic resonance coupler operating as a small single / differential converter is realized.
  • the electromagnetic resonance coupler of the present invention can transmit signals with very low loss due to the nature of electromagnetic resonance coupling. Further, it is possible to transmit a signal by insulating the grounds representing the reference potentials of the input signal and the output signal.
  • this invention is not limited to these embodiment or its modification. Unless it deviates from the gist of the present invention, various modifications conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment or the modification thereof, or a form constructed by combining different embodiments or components in the modification. Included within the scope of the present invention.
  • the electromagnetic resonance coupler according to the present invention can be used as a small-sized and low-loss high-frequency signal distributor / coupler, and is useful as a converter that converts a single-ended signal and a differential signal, for example.

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Abstract

　送信基板（１０１）上に設けられた、周回形状の一部が開放部によって開放された形状の送信共鳴器（１０６）、及び送信共鳴器（１０６）上の第一接続部に接続された第一の配線（１１１）と、受信基板（１０２）上に設けられた、受信共鳴器（１０７）、受信共鳴器（１０７）上の第二接続部に接続された第二の配線（１１２）、及び受信共鳴器（１０７）上の第三接続部に接続された第三の配線（１１３）とを備え、送信基板（１０１）の主面に垂直な方向から見た場合に、送信共鳴器（１０６）及び受信共鳴器（１０７）が点対称となり、かつ送信共鳴器（１０６）及び受信共鳴器（１０７）の輪郭が一致するように、送信基板（１０１）及び受信基板（１０２）は対向して設けられる。

Description

電磁共鳴結合器
　本発明は、非接触で高周波信号の電力の伝送を行う電磁共鳴結合器に関する。
　一つの高周波信号（シングルエンド信号）を同振幅逆位相の二つの差動信号に変換するラットレース回路（例えば、特許文献１参照）は、マイクロ波帯の周波数変換器等の構成要素として広く使用されている。このようなラットレース回路を用いることで、１つの増幅器でシングルエンド信号を増幅することにより、差動信号のそれぞれを増幅することができる。
特開平８－２７９７０７号公報
　上記のラットレース回路のようなシングルエンド信号を同振幅逆位相の二つの差動信号に分配するシングル・差動変換器では、装置の小型化が課題である。
　そこで、本発明は、小型化が可能なシングル・差動変換器を提供する。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁共鳴結合器は、第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線間において高周波信号を非接触で伝送する電磁共鳴結合器であって、第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備え、前記第一の基板上には、周回形状の一部が開放部によって開放された形状の前記第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線上の第一接続部に接続された第一の入出力配線とが設けられ、前記第二の基板上には、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の前記第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線の一端から所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第二接続部に接続された第二の入出力配線と、及び前記第二の共鳴配線の他端から前記所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第三接続部に接続された第三の入出力配線とが設けられ、前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線は、点対称に配置され、かつ前記第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線の輪郭が一致し、前記電磁共鳴結合器に前記高周波信号が入力された場合に、前記第二接続部及び前記第三接続部における電力は、前記第二の共鳴配線の前記第一接続部に重なる位置における電力の２分の１であることを特徴とする。
　本発明によれば、電磁共鳴結合を用いることにより、小型のシングル・差動変換器が実現される。
図１は、ラットレース回路の上面図である。 図２は、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器の斜視図（透視図）である。 図３は、図２のＸ－Ｘ´線を通り基板の主面に垂直な平面で切断した場合の電磁共鳴結合器の断面図である。 図４は、送信共鳴器の上面図である。 図５は、受信共鳴器の上面図である。 図６は、共振状態における、受信共鳴器上での電圧、電流の関係を表す図である。 図７は、第一の端子に信号を入力した場合の、電磁共鳴結合器の信号伝送率を表す図である。 図８は、第一の端子に信号を入力した場合の、第二の端子及び第三の端子に出力される信号の位相を表す図である。 図９は、矩形状の送信共鳴器及び受信共鳴器を用いた電磁共鳴結合器の斜視図である。 図１０は、図９のＹ－Ｙ´線を通り基板の主面に垂直な平面で切断した場合の電磁共鳴結合器の断面図である。 図１１は、矩形状の送信共鳴器の上面図である。 図１２は、矩形状の受信共鳴器の上面図である。 図１３は、送信共鳴器の周辺にコプレーナグラウンドを設けた例を示す図である。 図１４は、受信共鳴器の周辺にコプレーナグラウンド及びアイソレーション配線を設けた例を示す図である。
　（本発明の基礎となった知見）
　背景技術で説明したように、特許文献１に記載されているようなラットレース回路は、一つの高周波信号（シングルエンド信号）を同振幅逆位相の二つの差動信号に変換することができる。
　図１は、特許文献１に記載の分布定数型のラットレース回路の構造を示す図である。
　それぞれの端子インピーダンスは、Ｒ０（一般的には５０Ω）であり、各端子はインピーダンス√２・Ｒ０を持つ線路で結ばれている。
　図１において、Ａは入力端子、Ｂ及びＤは出力端子、Ｃはアイソレーション端子である。端子Ａ～Ｂ間、端子Ｂ～Ｃ間、端子Ｃ～Ｄ間の距離（長さ）を動作周波数の１／４波長、端子Ａ～Ｄ間の距離を３／４波長とすることで、端子Ｂ及び端子Ｄから同振幅逆位相の信号が出力され、端子Ｃには信号は出力されない。
　端子Ａから高周波信号が入力された場合、端子Ｂには、端子Ａから時計回りにλ／４リングを進んだ信号と、端子Ａから反時計回りに５λ／４進んだ信号とが到達する。つまり、２つの信号は、同位相であるため、端子Ｂには、上記２つの信号が足し合わされて出力される。
　また、同様に、端子Ｄは、端子Ａから時計回りに３λ／４進んだ信号と、反時計回りに３λ／４進んだ信号とが到達し、これら２つの信号は、同位相であるため、足し合わされて出力される。
　つまり、端子Ａからの入力信号は端子Ｂと端子Ｄに分配されて出力され、端子Ｂから出力される信号の位相と、端子Ｄから出力される信号の位相とは逆相（１８０°位相が異なる）となる。
　このように、ラットレース回路では、シングルエンド信号を差動信号に変換することができる。また、逆に、端子Ｂと端子Ｄとに、それぞれ同じ振幅で逆位相の信号を入力することで、端子Ａには、端子Ｂ及び端子Ｄに入力した信号の振幅の２倍の振幅を有する信号が出力される。
　上記のラットレース回路のようなシングルエンド信号を同振幅逆位相の二つの差動信号に分配するシングル・差動変換器では、装置の小型化が課題である。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁共鳴結合器は、第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線間において高周波信号を非接触で伝送する電磁共鳴結合器であって、第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備え、前記第一の基板上には、周回形状の一部が開放部によって開放された形状の前記第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線上の第一接続部に接続された第一の入出力配線とが設けられ、前記第二の基板上には、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の前記第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線の一端から所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第二接続部に接続された第二の入出力配線と、及び前記第二の共鳴配線の他端から前記所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第三接続部に接続された第三の入出力配線とが設けられ、前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線は、点対称に配置され、かつ前記第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線の輪郭が一致し、前記電磁共鳴結合器に前記高周波信号が入力された場合に、前記第二接続部及び前記第三接続部における電力は、前記第二の共鳴配線の前記第一接続部に重なる位置における電力の２分の１であることを特徴とする。
　これにより、電磁共鳴結合を用いた非常に小型のシングル・差動変換器が実現される。また、本発明の電磁共鳴結合器では、信号の非接触伝送が可能であるので、入出力端子間のグラウンドを分離（絶縁）することができる。さらに、電磁共鳴結合を用いているため、損失が少ない非接触信号伝送装置を実現できる。
　また、前記第一接続部は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の４分の１の長さに相当する位置に設けられ、前記第二接続部は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置で設けられ、前記第三接続部は、前記第二の共鳴配線の他端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に設けられてもよい。
　また、前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線の配線長は、当該第一の共鳴配線及び当該第二の共鳴配線内における前記高周波信号の波長の２分の１の長さであってもよい。
　また、前記周回形状は、円形状であってもよい。
　また、前記周回形状は、矩形状、または少なくとも５箇所以上の曲がり部を有する形状であってもよい。
　これにより、共鳴配線を矩形とし、曲げ部を５箇所以上設けることで基板上において共鳴配線の占める面積をさらに小さくすることができる。つまり、本発明の電磁共鳴結合器は、さらに小型のシングル・差動変換器として動作する。
　また、前記第一の基板の主面に垂直な方向における前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との距離は、前記高周波信号の波長の２分の１以下であってもよい。
　これにより、電磁共鳴結合の効果を強め、低損失なシングル・差動変換器が実現される。
　また、前記第一の基板の前記第一の共鳴配線が設けられない側の面、または前記第二の基板の前記第二の共鳴配線が設けられない側の面には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられてもよい。
　また、前記第一の基板上の、前記第一の共鳴配線及び前記第一の入出力配線の周辺、並びに前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、前記第二の入出力配線、及び前記第三の入出力配線の周辺には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられてもよい。
　また、前記第二の共鳴配線は、前記第二接続部と前記第三接続部との中点に接続された配線またはビアによって前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線と接続されてもよい。
　このように、適切にグラウンド配線を設けることで、伝送される信号の品質を向上することができる。
　また、さらに、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に重ね合わされるカバー基板を備え、前記カバー基板の、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に重ね合わされない側の面には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられてもよい。
　このように、カバー基板を設置することで、不要な電磁放射を防ぐとともに、外部からのノイズに強いシングル・差動変換器が実現される。
　また、前記第一の基板と前記第二の基板とは、一つの基板であり、前記基板の一方の面には、前記第一の共鳴配線、及び前記第一の入出力配線が設けられ、前記基板の他方の面には、前記第二の共鳴配線、前記第二の入出力配線、及び前記第三の入出力配線が設けられてもよい。
　これにより、シングル・差動変換器をさらに小型化することが可能である。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　（実施の形態１）
　以下、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器ついて、図面を参照しながら説明する。
　（構造）
　まず、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００の構造について説明する。
　図２は、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００の斜視図（透視図）である。
　図３は、図２の電磁共鳴結合器１００を基板の対角線を通る平面（図のＸ－Ｘ´線を通り基板の主面に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
　実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００は、６．０ＧＨｚの交流信号を非接触で伝送する電磁共鳴結合器である。つまり、電磁共鳴結合器１００の動作周波数は、６．０ＧＨｚである。
　電磁共鳴結合器１００は、送信基板１０１（第一の基板）と、送信基板１０１に重ね合わされた受信基板１０２（第二の基板）とで構成される。
　送信基板１０１、及び受信基板１０２は、誘電体基板であり、例えば、サファイア基板である。また、基板厚は、すべて０．２ｍｍである。なお、各基板の間には、空気などの気体、液体、または他の誘電体材料があってもよい。
　送信基板１０１の上面には、金属配線である第一の配線１１１（第一の入出力配線）、送信共鳴スリット（開放部）１１６により形状の一部が開放された円形状（オープンリング形状）の送信共鳴器１０６（第一の共鳴配線）が形成される。送信共鳴器１０６は、第一の配線１１１の一端と接続されており、第一の配線１１１の他端は、第一の端子１２１である。
　受信基板１０２は、送信基板１０１の送信共鳴器１０６を覆うように送信基板１０１と重ね合わされる。
　受信基板１０２の上面には、金属配線である第二の配線１１２（第二の入出力配線）、第三の配線１１３（第三の入出力配線）、受信共鳴スリット１１７により形状の一部が開放された円形状（オープンリング形状）の受信共鳴器１０７（第二の共鳴配線）が形成される。受信共鳴器１０７は、第二の配線１１２及び第三の配線１１３の一端と接続される。第二の配線１１２の他端は、第二の端子１２２であり、第三の配線１１３の他端は第三の端子１２３である。また、受信共鳴器１０７は、送信共鳴器１０６と同一の大きさ、同一の形状である。
　上記金属配線の材料は、例えば、金であるが、その他の金属材料であっても良い。
　また、送信基板１０１の裏面には、金属配線である裏面グラウンド１０４が形成されている。裏面グラウンド１０４は、電磁共鳴結合器１００における信号の基準電位を表すグラウンド配線である。裏面グラウンド１０４の材料は、例えば、金である。
　送信基板１０１と受信基板１０２とは、送信基板１０１の主面に垂直な方向から見た場合（上面視した場合）に送信共鳴器１０６の輪郭と受信共鳴器１０７の輪郭とが一致するように重ね合わされる。なおかつ、送信基板１０１と受信基板１０２とは、上面視した場合に送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７とが点対称の関係となるように重ね合わされる。
　なお、送信共鳴器１０６の輪郭と受信共鳴器１０７の輪郭とが一致とは、送信共鳴器１０６の輪郭と受信共鳴器１０７の輪郭とが製造の誤差の範囲で異なる場合も含む。
　ここで、送信共鳴器１０６の輪郭とは、次のように定義される。送信共鳴器１０６において送信共鳴スリット１１６が設けられず、送信共鳴器１０６が周回形状の閉じた配線であると仮定した場合に、この周回形状の閉じた配線は、当該周回形状の閉じた配線によって囲まれる領域を規定する内周側（内側）の輪郭と、上記内周側の輪郭と共に上記周回形状の閉じた配線の形状を規定する外周側（外側）の輪郭とを有する。送信共鳴器１０６の輪郭とは、これら２つの輪郭のうち外周側の輪郭を意味する。なお、言い換えれば、上記内周側の輪郭と、上記外周側の輪郭とは、送信共鳴器１０６の配線幅を規定し、外周側の輪郭は、送信共鳴器１０６の占有面積を規定する。なお、受信共鳴器１０７の輪郭についても同様に定義される。
　すなわち、実施の形態１では、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の輪郭とは、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の最外形であり、円である。この場合、輪郭が一致するとは、送信共鳴スリット１１６及び受信共鳴スリット１１７に相当する部分は除いて一致することを意味する。
　なお、輪郭が一致するとは、電磁共鳴結合器１００の送信基板１０１と受信基板１０２との組み立てばらつきや、製造工程において発生する送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の大きさのばらつきを含めて実質的に一致することを意味する。つまり、輪郭が一致するとは、必ずしも完全に一致することを意味するわけではない。
　次に、各基板について図４及び図５を用いて詳しく説明する。
　図４は、送信共鳴器１０６の上面図である。
　送信共鳴器１０６は、直径２．７ｍｍの円形状であり、周回形状（閉曲線形状）の一部が送信共鳴スリット１１６によって開放された形状である。送信共鳴器１０６の配線長は、６．０ＧＨｚの交流信号の波長の２分の１の長さに相当する。送信共鳴器１０６の配線幅は、０．１ｍｍである。
　送信共鳴器１０６の配線長（円周の長さ）は、電磁共鳴結合器１００で伝送される高周波信号の２分の１波長程度に相当する。このときの波長は配線材料による波長短縮率を考慮した波長である。
　送信共鳴器１０６と、第一の配線１１１とは、物理的に接続されている。なお、送信共鳴器１０６と、第一の配線１１１とは、物理的に接続されていなくても電気的に接続されていればよい。具体的には、第一の配線１１１の一端は、送信共鳴器１０６の送信共鳴スリット１１６部分の一端から送信共鳴器１０６の配線長の４分の１の長さに相当する位置（点Ａ１：第一接続部）に接続される。配線長の４分の１の長さは、言い換えれば、電磁共鳴結合器１００で伝送される高周波信号の８分の１波長程度に相当する。
　第一の配線１１１の送信共鳴器１０６と接続されていない他端は、第一の端子１２１である。第一の配線１１１の配線幅は０．１ｍｍである。送信基板１０１の上面には受信基板１０２が重ね合わされる。
　図５は、受信共鳴器１０７の上面図である。
　受信共鳴器１０７は、直径２．７ｍｍの円形状であり、周回形状（閉曲線形状）の一部が受信共鳴スリット１１７によって開放された形状である。受信共鳴器１０７の配線幅は、０．１ｍｍである。つまり、受信共鳴器１０７は、送信共鳴器１０６と同一の大きさ、同一の形状である。
　受信共鳴器１０７と、第二の配線１１２及び第三の配線１１３とは、物理的に接続されている。なお、受信共鳴器１０７と、第二の配線１１２及び第三の配線１１３とは、物理的に接続されていなくても電気的に接続されていればよい。
　受信共鳴器１０７上の、第二の配線１１２及び第三の配線１１３が接続される位置は、受信共鳴スリット１１７に対し対称な位置関係にある。具体的には、第二の配線１１２の一端は、受信共鳴器１０７の受信共鳴スリット１１７部分の一端（点Ｄ）から受信共鳴器１０７の配線長の８分の３の長さに相当する位置（点Ｂ１：第二接続部）に接続される。配線長の８分の３の長さは、言い換えれば、電磁共鳴結合器１００で伝送される高周波信号の１６分の３波長に相当する。
　また、第三の配線１１３は、受信共鳴器１０７の受信共鳴スリット１１７部分の一端（点Ｄ）から受信共鳴器１０７の配線長の８分の５の長さに相当する位置（点Ｃ１：第三接続部）に接続される。配線長の８分の５の長さは、言い換えれば、電磁共鳴結合器１００で伝送される高周波信号の１６分の５波長に相当する。
　また、言い換えれば、第三の配線１１３は、受信共鳴器１０７の受信共鳴スリット１１７部分の他端（点Ｅ）から受信共鳴器１０７の配線長の８分の３の長さに相当する位置（点Ｃ１）に接続される。
　なお、受信共鳴器１０７上の点Ａ１´は、受信共鳴器１０７に重ね合わされる送信共鳴器１０６のＡ１に対応する点である。
　第二の配線１１２の受信共鳴器１０７と接続されていない他端は、第二の端子１２２であり、第三の配線１１３の受信共鳴器１０７と接続されていない他端は、第三の端子１２３である。第二の配線１１２及び第三の配線１１３の配線幅は０．１ｍｍである。
　なお、第一の配線１１１と送信共鳴器１０６とが接続される点Ａ１の位置は、実際には、入力インピーダンスや、製造ばらつき等を考慮し、微調整される。このため、点Ａ１の位置は、図４で示されるような位置と完全に一致しなくてもよい。
　同様に、第二の配線１１２と受信共鳴器１０７とが接続される点Ｂ１の位置及び第三の配線１１３と受信共鳴器１０７とが接続される点Ｃ１は、実際には、出力インピーダンスや、製造ばらつき等を考慮し、微調整される。このため、点Ｂ１及び点Ｃ１についても図５で示されるような位置と完全に一致しなくてもよい。
　また、上記インピーダンスを考慮し、第二の配線１１２及び第三の配線１１３の配線幅を第一の配線１１１の配線幅よりも大きくしてもよい。例えば、第一の配線１１１の配線幅０．１ｍｍに対し、第二の配線１１２及び第三の配線１１３の配線幅を０．２ｍｍとしてもよい。なお、第二の配線１１２及び第三の配線１１３の配線幅は、これに限定されない。
　また、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７との距離は、受信基板１０２の基板厚である０．２ｍｍである。これは、実施の形態１で電磁共鳴結合器１００に入力される６．０ＧＨｚの交流信号の波長（動作波長）の２分の１以下である。このときの波長は、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７との間の媒体（サファイア）による波長短縮率を考慮した波長である。このような条件では、言い換えれば、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７とは、近傍界領域において電磁共鳴結合している。
　なお、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７との距離は、動作波長の２分の１以下に限定されない。これ以上であっても動作は可能である。しかしながら、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７との距離は、動作波長の２分の１以下の場合に最も効果的に動作する。
　（動作）
　次に、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００の動作について説明する。
　第一の端子１２１から入力された高周波信号は、第一の配線１１１を介して送信共鳴器１０６に入力される。上述のように、送信共鳴器１０６と受信共鳴器１０７とは、入力される高周波信号（動作周波数６．０ＧＨｚ）の波長の２分の１以下の距離で重ね合わされており、電磁共鳴結合する。
　送信共鳴器１０６は、配線の全長が動作波長の２分の１に設定されているため、送信共鳴器１０６に入力された高周波信号は、送信共鳴器１０６で共振した状態となり近傍の電磁界が励振される。送信共鳴器１０６で電磁界が励振されることによって、電磁共鳴結合している受信共鳴器１０７においても、同様に電磁界が励振される。つまり、受信共鳴器１０７においても、６．０ＧＨｚの高周波信号が共振している状態となる。これにより、交流信号は非接触で受信共鳴器１０７に伝送される。
　なお、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の配線の全長は、動作波長の２分の１の整数倍に設定されればよい。言い換えれば、動作波長をλ、ｎを整数とした場合、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の配線の全長は、（λ／２）×ｎに設定されればよい。つまり、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の配線の全長は、動作波長の２分の１に限定されない。
　図５に示されるように、受信共鳴器１０７内では、受信共鳴器１０７の一端（点Ｄ）と受信共鳴器１０７の他端（点Ｅ）において、送信共鳴器１０６から伝送された交流信号が反射し、共振している状態である。
　このとき、点Ｃ１における高周波信号は、点Ｂ１における高周波信号が、点Ｅで反射してＣ１に到達した信号であると考えられる。点Ｂ１から点Ｅを経由し点Ｃ１に到達するまでの経路の長さは、伝送される高周波信号の波長の２分の１に相当する。このため、点Ｃ１における高周波信号の波形は、点Ｂ１における高周波信号とは２分の１波長（１８０°）の位相差を持つ。つまり、点Ｂ１と点Ｃ１のそれぞれから、位相の反転した信号が取り出せる。
　次に、第一の配線１１１と送信共鳴器１０６とが接続される位置（点Ａ１）と、第二の配線１１２及び第三の配線１１３と受信共鳴器１０７とが接続される位置（点Ｂ１及び点Ｃ１）について説明する。
　図６は、共振状態における、受信共鳴器１０７上での電圧、電流の関係を表す図である。
　図６は、受信共鳴器１０７に６．０ＧＨｚ高周波信号が入力された共振状態において、円形上の受信共鳴器１０７の配線を直線にした場合に、電圧と電流とがどのように分布するかを模式的に表した図である。
　図中の点Ａ１´、点Ｂ１、点Ｃ１、点Ｄ、及びＥは、図５の同一の記号の点にそれぞれ対応する。送信共鳴器１０６の点Ａ１に電力が入力された場合、送信共鳴器１０６と電磁共鳴結合している受信共鳴器１０７上の点Ａ１´においても点Ａ１に入力された電力と同じ電力が入力される。
　共振状態の受信共鳴器１０７では、図６のような電圧、電流持つため、点Ａ１´の電力を２つに分配する場合、電力値が半分になる点は、点Ｂ１及び点Ｃ１となる。点Ｂ１及び点Ｃ１は、上述のように受信共鳴スリット１１７に対し対称な位置関係にあり、点Ｂ１及び点Ｃ１に現れる信号の位相差は１８０°である。
　以上により、電磁共鳴結合器１００は、シングル・差動変換器として動作する。
　次に、上記の電磁共鳴結合器１００の動作についてデータ（図７及び図８）を用いて説明する。
　図７は、第一の端子１２１に信号を入力した場合の、電磁共鳴結合器１００の信号伝送率を表す図である。
　図７のグラフの縦軸は、信号伝送率である。信号伝送率は、第一の端子１２１に入力された信号の電力に対する第二の端子１２２及び第三の端子１２３に出力される信号の電力の比をデシベルで表したものである。図７のグラフの横軸は、第一の端子１２１に入力された信号の周波数である。
　図７に示されるように、第一の端子１２１に６．０ＧＨｚの高周波信号が入力された場合、第二の端子１２２及び第三の端子１２３には、それぞれ第一の端子に入力された信号の電力の５０％（－３ｄＢ）程度の電力を有する信号が出力されることが分かる。
　このように、実施の形態１では、第一の端子１２１に入力された電力を、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に分配できることが分かる。
　また、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に出力される電力の差は小さく、第一の端子１２１に入力された電力は、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に均等に分配されている。
　図８は、第一の端子１２１に信号を入力した場合に、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に出力される信号の位相を表す図である。
　図８のグラフの縦軸は、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に出力される信号の位相である。図８のグラフの横軸は、第一の端子１２１に入力された交流信号の周波数である。
　図８に示されるように、６．０ＧＨｚの周波数帯において、第二の端子１２２に出力される信号の位相と、第三の端子１２３に出力される信号の位相との差は１８０°である。
　以上、図７及び図８より、電磁共鳴結合器１００において、シングルエンドの信号を同振幅逆位相の二つの差動信号に変換できることが分かる。
　図１で示されるような、ラットレース回路の配線長（円周の長さ）は、入力される高周波信号の波長（動作波長）の３分の２の長さであるが、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００では、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の配線長は、動作波長の２分の１の長さでよい。したがって、面積で比較した場合、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の面積は、図１のラットレース回路の面積の９分の１である。
　このように、本発明によれば、電磁共鳴結合を用いることにより、小型のシングル・差動変換器が実現される。
　なお、第一の配線１１１が接続される第一接続部（点Ａ１）、第二の配線１１２が接続される第二接続部（点Ｂ１）、第三の配線１１３が接続される第三接続部（点Ｃ１）の位置は、上記に限定されない。
　なお、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１００では、送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７の基準電位を表す配線は、どちらも裏面グラウンド１０４である。送信共鳴器１０６及び受信共鳴器１０７は物理的に接続されていないため、送信基板１０１と受信基板１０２とで信号の基準電位は必ずしも同じでなくてよい。送信基板１０１と受信基板１０２とで別々の基準電位を表す配線を設けてもよい。
　つまり、送信基板１０１と受信基板１０２とで、グラウンドを絶縁して信号を伝送することができる。具体的には、例えば、第一の端子１２１には、０Ｖ基準で信号を入力し、第二の端子１２２及び第三の端子１２３からは１００Ｖ基準で信号出力することも可能である。
　また、実施の形態１では、シングルエンド信号を差動信号に変換する例について説明したが、差動信号をシングルエンド信号に変換することも、もちろん可能である。具体的には、第二の端子１２２及び第三の端子１２３に同振幅逆位相の高周波信号を入力することで第一の端子からシングルエンドの高周波信号が出力される。
　また、電磁共鳴結合器１００では、電磁共鳴結合により、非常に低損失で信号を伝送できる。つまり、本発明により低損失の電力結合・分配器を実現することができる。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１では、送信共鳴器及び受信共鳴器が円形状である、いわゆるオープンリング形の電磁共鳴結合器１００について説明したが、送信共鳴器及び受信共鳴器の形状は、矩形状であってもよい。実施の形態２では、このように、送信共鳴器及び受信共鳴器が矩形である場合の電磁共鳴結合器について説明する。
　なお、以下の実施の形態２で説明する電磁共鳴結合器について、実施の形態１で説明した電磁共鳴結合器１００と異なるのは、主に送信共鳴器及び受信共鳴器の形状である。その他の構成要素について、特に説明のない場合は、実施の形態１で説明したものと同一の機能をもち、動作をするものとする。
　（構造）
　図９は、矩形状の送信共鳴器及び受信共鳴器を用いた電磁共鳴結合器２００の斜視図である。図９では、特に、基板上に形成された送信共鳴器５０６（第一の共鳴配線）及び受信共鳴器５０７（第二の共鳴配線）のみが模式的に図示されている。
　また、図１０は、図９のＹ－Ｙ´線を通り基板の主面に垂直な平面で切断した場合の電磁共鳴結合器２００の断面図である。
　実施の形態２の電磁共鳴結合器２００は、送信基板５０１（第一の基板）と、送信基板１０１に重ね合わされた受信基板５０２（第二の基板）と、受信基板５０２に重ね合わされたカバー基板５０３で構成される。
　送信基板５０１、受信基板５０２、及びカバー基板５０３は、誘電体基板であり、例えば、サファイア基板である。基板の材料は、サファイアに限定されない。例えば、基板の材料は、シリコンであってもよい。また、送信基板５０１、受信基板５０２、及びカバー基板５０３はそれぞれ異なる材料の基板であってもよい。
　送信基板５０１、受信基板５０２、及びカバー基板の基板厚は０．２ｍｍであるが、これに限定されるものではない。送信基板５０１、受信基板５０２、及びカバー基板５０３はそれぞれの厚さは、異なってもよい。
　送信基板５０１の裏面には、金属配線である裏面グラウンド５０４が形成される。裏面グラウンド５０４は、電磁共鳴結合器２００における信号の基準電位を表すグラウンド配線である。裏面グラウンド５０４の材料は、例えば、金である。
　送信基板５０１の上面（または、受信基板５０２の裏面）には、金属配線である第一の配線５１１（第一の入出力配線）、送信共鳴スリット（開放部）５１６により開放された矩形状（周回形状）の送信共鳴器１０６（第一の共鳴配線）が形成される。送信共鳴器５０６は、第一の配線５１１の一端と接続されており、第一の配線５１１の他端は、第一の端子５２１である。
　受信基板５０２は、送信基板５０１の送信共鳴器５０６を覆うように送信基板５０１と重ね合わされる。送信基板５０１と受信基板５０２とは、上面視した場合に送信共鳴器５０６の輪郭と受信共鳴器５０７の輪郭とが一致するように重ね合わされる。なおかつ、送信基板５０１と受信基板５０２とは、上面視した場合に送信共鳴器５０６と受信共鳴器５０７とが点対称になるように重ね合わされる。
　ここで、送信共鳴器５０６及び受信共鳴器５０７の輪郭とは、後述する図１２において一点鎖線で表される形状である。この場合、輪郭が一致するとは、送信共鳴スリット５１６及び受信共鳴スリット５１７に相当する部分は除いて一致することを意味する。
　受信基板５０２の上面（または、カバー基板５０３の裏面）には、金属配線である第二の配線５１２（第二の入出力配線）、第三の配線５１３（第三の入出力配線）、受信共鳴スリット５１７により開放された矩形状（周回形状）の受信共鳴器５０７（第二の共鳴配線）が形成される。受信共鳴器５０７は、第二の配線５１２及び第三の配線５１３の一端と接続される。第二の配線５１２の他端は、第二の端子５２２であり、第三の配線５１３の他端は第三の端子５２３である。
　上記金属配線の材料は、例えば、金であるが、その他の金属材料であっても良い。
　カバー基板５０３は、不要な電磁波の影響等を防ぐ目的で受信基板５０２に重ね合わされる。
　カバー基板５０３の上面には、金属配線であるカバーグラウンド５０５が形成されている。カバーグラウンド５０５は、電磁共鳴結合器２００における信号の基準電位を表すグラウンド配線である。カバーグラウンド５０５の材料は、例えば、金である。
　なお、このようなカバー基板及びカバーグラウンドは、実施の形態１の電磁共鳴結合器１００において設けられても、もちろんよい。
　次に、送信共鳴器５０６及び受信共鳴器５０７について詳細に説明する。
　まず、送信共鳴器５０６について説明する。
　図１１は、送信共鳴器５０６の上面図である。
　送信基板５０１上に設けられた送信共鳴器５０６は、配線の一部が送信共鳴スリット５１６で開放された周回形状の配線である。送信共鳴器５０６は、５箇所以上の曲がり部を有する形状である。具体的には、送信共鳴器５０６は、合計１２箇所の曲がり部を有する形状である。ここで、曲がり部は、図１１に示されるように角状であってもよいし、曲線状であってもよい。
　このように、曲がり部を有することで、電磁共鳴結合器２００は、電磁共鳴結合器１００よりもさらに小型化される。
　送信共鳴器５０６は、内側に凹んだ部分を除いた外形（図１１の破線）が矩形の配線であり、送信共鳴スリット５１６は、送信共鳴器５０６の上記外形（図１１の破線）よりも内側に設けられている。
　また、送信共鳴器５０６の周回形状は、送信共鳴スリット５１６の部分を除いて、その中心に対し、対称な形状である。送信共鳴器５０６の配線長は、６．０ＧＨｚの交流信号の波長の２分の１の長さに相当する。このときの波長は配線材料による波長短縮率を考慮した波長である。
　なお、送信共鳴器５０６（受信共鳴器５０７）は、図１１で示されるような形状に限定されない。例えば、図１１の破線で示されるような矩形（正方形または長方形）であってもよい。
　送信共鳴器５０６と、第一の配線５１１とは、物理的に接続されている。なお、送信共鳴器５０６と、第一の配線５１１とは、物理的に接続されていなくても電気的に接続されていればよい。
　具体的には、第一の配線５１１の一端は、送信共鳴器５０６の送信共鳴スリット５１６部分の一端から送信共鳴器５０６の配線長の４分の１の長さに相当する位置に接続される。送信共鳴スリット５１６部分である一端から、送信共鳴器５０６の配線長の４分の１の長さに相当する位置に接続される。配線長の４分の１の長さは、言い換えれば、電磁共鳴結合器２００で伝送される高周波信号の８分の１波長程度に相当する。
　第一の配線５１１の他端（送信共鳴器５０６と接続されていない側の端）は、第一の端子５２１である。
　送信基板５０１の上面には受信基板５０２が重ね合わされる。
　次に、受信共鳴器５０７について説明する。
　図１２は、受信共鳴器５０７の上面図である。
　受信基板５０２に設けられた受信共鳴器５０７は、配線の一部が受信共鳴スリット５１７で開放された周回形状の配線である。
　受信共鳴器５０７は、送信共鳴器５０６と同一の大きさ、同一の形状である。
　受信共鳴器５０７と、第二の配線５１２及び第三の配線５１３とは、物理的に接続されている。なお、受信共鳴器５０７と、第二の配線５１２及び第三の配線５１３とは、物理的に接続されていなくても電気的に接続されていればよい。
　受信共鳴器５０７上の、第二の配線５１２及び第三の配線５１３が接続される位置は、受信共鳴スリット５１７に対し対称な位置関係にある。具体的には、第二の配線５１２の一端は、受信共鳴器５０７の一端（受信共鳴スリット５１７部分）から、受信共鳴器５０７の配線長の８分の３の長さ（動作波長の１６分の３）に相当する位置に接続される。
　また、第三の配線５１３の一端は、受信共鳴器５０７の他端（受信共鳴スリット５１７部分）から、受信共鳴器５０７の配線長の８分の３の長さ（動作波長の１６分の３）に相当する位置に接続される。言い換えれば、第三の配線５１３の一端は、受信共鳴器５０７の一端から、受信共鳴器５０７の配線長の８分の５の長さ（動作波長の１６分の５）に相当する位置に接続される。
　第二の配線５１２の受信共鳴器５０７と接続されていない他端は、第二の端子５２２であり、第三の配線５１３の受信共鳴器５０７と接続されていない他端は、第三の端子５２３である。
　送信基板５０１上の送信共鳴器５０６と受信基板５０２上の受信共鳴器５０７は、送信共鳴器５０６と受信共鳴器５０７の中心軸であって、送信共鳴器５０６と受信共鳴器５０７の中間の点を点対称とした関係である。
　なお、実施の形態１と同様に、送信共鳴器５０６及び受信共鳴器５０７の配線幅は、０．１ｍｍである。第一の配線５１１、第二の配線５１２及び第三の配線５１３の配線幅は、０．１ｍｍである。また、送信共鳴器５０６及び受信共鳴器５０７の配線の外周の一辺は１．６ｍｍである。
　（動作）
　電磁共鳴結合器２００の動作原理、及び機能は、実施の形態１の電磁共鳴結合器１００と同様であり、６．０ＧＨｚの高周波信号をシングル・差動変換して伝送することができる。
　第一の端子５２１から入力された高周波信号（６．０ＧＨｚ）は、第一接続部に接続された第一の配線５１１を介して送信共鳴器５０６に入力され、送信共鳴器５０６内で共振することで電磁界を励振する。
　送信共鳴器５０６に電磁界が励振されると、受信共鳴器５０７にも同様に電磁界が励振される。これにより、受信共鳴器５０７に高周波信号が伝播される。伝播された高周波信号は、第二の配線５１２及び第三の配線５１３を介し、第二の端子５２２及び第三の端子５２３に出力される。
　このとき、受信共鳴器５０７上の第二の配線５１２が接続されている第二接続部と、受信共鳴器５０７上の第三の配線５１３が接続されている第三接続部とには、実施の形態１で説明したように１８０°位相が異なった信号が出力される。また、実施の形態１で説明したように、出力された信号の振幅は、入力された高周波信号の振幅の２分の１である。
　このように、矩形の共鳴器を用いても、シングルエンド信号を差動信号に変換する電磁共鳴結合器は、実現可能である。電磁共鳴結合器２００は、実施の形態１で述べたオープンリング形の共鳴器を用いた場合よりも、さらに小型のシングル・差動変換機として動作する。
　なお、電磁共鳴結合器２００においても、送信基板５０１と受信基板５０２とで、グラウンドを絶縁して信号を伝送することができることは言うまでもない。また、電磁共鳴結合器２００において、差動信号をシングルエンド信号に変換することも、もちろん可能である。
　（補足）
　また、電磁共鳴結合器１００及び電磁共鳴結合器２００において、送信共鳴器及び受信共鳴器の周辺には、伝送される高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線（コプレーナグラウンド）が設けられてもよい。
　また、電磁共鳴結合器１００及び電磁共鳴結合器２００において、受信共鳴器上の第二の配線が接続される第二接続部、及び第三の配線が接続される第三接続部との中点は、配線またはビアによってグラウンド配線と接続されてもよい。
　図１３は、送信共鳴器５０６の周辺にコプレーナグラウンドを設けた例を示す図である。
　図１４は、受信共鳴器５０７周辺にコプレーナグラウンド及びアイソレーション配線を設けた例を示す図である。
　図１３に示されるように、送信共鳴器５０６及び第一の配線５１１の周辺に沿って、金属導体で形成された送信コプレーナグラウンド５３６が設けられてもよい。
　また、図１４に示されるように、受信共鳴器５０７、第二の配線５１２及び第三の配線５１３の周辺に沿って、受信コプレーナグラウンド５３７が設けられてもよい。送信コプレーナグラウンド５３６及び受信コプレーナグラウンド５３７の材料は、他の配線同様、金であるが、これに限定されない。
　このように、コプレーナグラウンドを設けることで、伝送される高周波信号の信号品質を向上させることができる。
　また、送信コプレーナグラウンド５３６及び受信コプレーナグラウンド５３７は、いずれか一方のみが設けられる構成であっても良い。
　また、図１４のように、受信共鳴器５０７上の第二の配線５１２が接続される第二接続部と、第三の配線５１３が接続される第三接続部との中点に、アイソレーション配線５４０を設け、受信コプレーナグラウンド５３７と受信共鳴器５０７とを接続してもよい。
　このように、アイソレーション配線を設けることで、第二の配線５１２及び第三の配線５１３に入出力される高周波信号の信号品質を向上させることができる。
　また、受信共鳴器５０７上の第二接続部と、第三接続部との中点は、アイソレーション配線５４０に代えて、ビアホール等で基準電位を表すグラウンド配線と接続されてもよい。
　なお、電磁共鳴結合器１００及び電磁共鳴結合器２００において、送信共鳴器及び受信共鳴器は、一つの基板のそれぞれの面に設けられてもよい。具体的には、基板の一方の面には、送信共鳴器、及び第一の配線が設けられ、基板の他方の面には、受信共鳴器、第二の配線、及び第三の配線が設けられてもよい。
　以上、本発明の一態様に係る電磁共鳴結合器について実施の形態に基づいて説明した。
　本発明によれば、小型のシングル・差動変換器として動作する電磁共鳴結合器が実現される。本発明の電磁共鳴結合器では、電磁共鳴結合の性質上、非常に低損失で信号を伝送することが可能である。また、入力信号と出力信号との基準電位を表すグラウンド同士を絶縁して信号を伝送することが可能である。
　なお、本発明は、これらの実施の形態またはその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
　本発明に係る電磁共鳴結合器は、小型、低損失な高周波信号分配・結合器として用いることができ、例えば、シングルエンド信号と差動信号とを変換する変換器として有用である。
　１００、２００　電磁共鳴結合器
　１０１、５０１　送信基板
　１０２、５０２　受信基板
　１０４、５０４　裏面グラウンド
　１０６、５０６　送信共鳴器
　１０７、５０７　受信共鳴器
　１１１、５１１　第一の配線
　１１２、５１２　第二の配線
　１１３、５１３　第三の配線
　１２１、５２１　第一の端子
　１２２、５２２　第二の端子
　１２３、５２３　第三の端子
　１１６、５１６　送信共鳴スリット
　１１７、５１７　受信共鳴スリット
　５０３　カバー基板
　５０５　カバーグラウンド
　５３６　送信コプレーナグラウンド
　５３７　受信コプレーナグラウンド
　５４０　アイソレーション配線

Claims (12)

  1. 　第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線間において高周波信号を非接触で伝送する電磁共鳴結合器であって、
    　第一の基板と、
    　前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備え、
    　前記第一の基板上には、
    　周回形状の一部が開放部によって開放された形状の前記第一の共鳴配線と、
    　前記第一の共鳴配線上の第一接続部に接続された第一の入出力配線とが設けられ、
    　前記第二の基板上には、
    　前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の前記第二の共鳴配線と、
    　前記第二の共鳴配線の一端から所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第二接続部に接続された第二の入出力配線と、
    　及び前記第二の共鳴配線の他端から前記所定の距離に位置する前記第二の共鳴配線上の第三接続部に接続された第三の入出力配線とが設けられ、
    　前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線は、点対称に配置され、かつ前記第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線の輪郭が一致し、
    　前記電磁共鳴結合器に前記高周波信号が入力された場合に、前記第二接続部及び前記第三接続部における電力は、前記第二の共鳴配線の前記第一接続部に重なる位置における電力の２分の１である
    　電磁共鳴結合器。
  2. 　前記第一接続部は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の４分の１の長さに相当する位置に設けられ、
    　前記第二接続部は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置で設けられ、
    　前記第三接続部は、前記第二の共鳴配線の他端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に設けられる
    　請求項１に記載の電磁共鳴結合器。
  3. 　前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線の配線長は、当該第一の共鳴配線及び当該第二の共鳴配線内における前記高周波信号の波長の２分の１の長さである
    　請求項１または２に記載の電磁共鳴結合器。
  4. 　前記周回形状は、円形状である
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  5. 　前記周回形状は、矩形状である
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  6. 　前記周回形状は、少なくとも５箇所以上の曲がり部を有する形状である
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  7. 　前記第一の基板の主面に垂直な方向における前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との距離は、前記高周波信号の波長の２分の１以下である
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  8. 　前記第一の基板の前記第一の共鳴配線が設けられない側の面、または前記第二の基板の前記第二の共鳴配線が設けられない側の面には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられる
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  9. 　前記第一の基板上の、前記第一の共鳴配線及び前記第一の入出力配線の周辺、並びに前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、前記第二の入出力配線、及び前記第三の入出力配線の周辺には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられる
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  10. 　前記第二の共鳴配線は、前記第二接続部と前記第三接続部との中点に接続された配線またはビアによって前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線と接続される
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  11. 　さらに、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に重ね合わされるカバー基板を備え、
    　前記カバー基板の、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に重ね合わされない側の面には、前記高周波信号の基準電位を表すグラウンド配線が設けられる
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
  12. 　前記第一の基板と前記第二の基板とは、一つの基板であり、
    　前記基板の一方の面には、前記第一の共鳴配線、及び前記第一の入出力配線が設けられ、
    　前記基板の他方の面には、前記第二の共鳴配線、前記第二の入出力配線、及び前記第三の入出力配線が設けられる
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
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