JP5377778B2

JP5377778B2 - 電磁共鳴結合器

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Publication number: JP5377778B2
Application number: JP2012556298A
Authority: JP
Inventors: 秀一永井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2032-05-10
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Description

本発明は、非接触電力伝送装置、非接触信号伝送装置、及び信号絶縁装置に用いられる電磁共鳴結合器に関する。

電気機器を配線により直接接続することなく、電気機器間で電力や信号の伝送を行う非接触伝送装置が知られている。例えば、特許文献１には、デジタルアイソレータと呼ばれる電子回路素子が開示されている。

これらの技術は、ロジック信号のグランドとＲＦ信号のグランドとを分離できる技術である。例えば、パワーエレクトロニクス用の半導体スイッチング素子などのゲート駆動素子においては、半導体スイッチング素子のソース電位が高い電圧を基準に変動することから、ゲート駆動素子内と、パワー半導体スイッチング素子との間で直流成分を絶縁する必要があるため、上記のような非接触伝送技術が用いられる。

また、高周波用半導体チップと外部との信号の送受信において、ワイヤボンディングを用いて伝送線路を構成した場合、高周波信号の特性に影響を与える不確定な寄生容量又は寄生インダクタンスが発生する。このような場合にも、上記のような非接触伝送技術が用いられる。

非接触伝送技術として、特許文献２及び非特許文献１に開示されているような、２つの電気配線共振器の結合を利用した電磁共鳴結合器（または電磁界共振結合器とも呼ぶ。）が、近年非常に注目を浴びている。このような電磁共鳴結合器は、高効率で、かつ、長距離の信号伝送が可能であることが特徴である。

米国特許第７６９２４４４号明細書特開２００８−０６７０１２号公報

ＡｎｄｒｅＫｕｒｓ，ｅｔａｌ．："ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒｖｉａＳｔｒｏｎｇｌｙＣｏｕｐｌｅｄＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｓ"，ＳｃｉｅｎｃｅＥｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．３１７，Ｎｏ．５８３４，ｐｐ．８３−８６（２００７）

上記のような電磁共鳴結合器では、伝送される高周波信号の周波数（動作周波数）を高めることなく、装置を小型化することが課題である。

そこで本発明は、動作周波数を高めることなく、小型化が可能な電磁共鳴結合器を提供することを目的とする。

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の間において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、内側に凹んだ第一の凹部及び第二の凹部を有する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に接続された第二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、点対称であり、かつ前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線の輪郭が一致し、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、前記信号の波長の２分の１以下であり、前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の凹部と、前記第二の凹部とは対向し、前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の基板上には、前記第一の凹部の内周側の端と、前記第二の凹部の内周側の端とが前記第一の共鳴配線の配線幅の４倍以下の距離だけ離れて近接する領域が設けられ、前記開放部は、前記第一の凹部のうち、内周側の端が、前記第二の凹部の内周側の端と配線幅の４倍以内の距離だけ離れて近接する部分に設けられることを特徴とする。

本発明の一態様に係る電磁共鳴結合器は、動作周波数を高めることなく、容易に小型化することが可能である。

図１は、従来のオープンリング型電磁共鳴結合器の模式図である。図２は、従来のオープンリング型電磁共鳴結合器の伝送特性を表す図である。図３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４は、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器の断面図である。図５は、実施の形態１に係る送信基板の上面図である。図６は、実施の形態１に係る送信共鳴器の上面図である。図７は、実施の形態１に係る送信共鳴器の変形例を示す上面図である。図８は、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器の伝送特性を示す図である。図９は、実施の形態１に係る送信共鳴器の２つ目の変形例を示す上面図である。図１０は、実施の形態１に係る送信共鳴器の３つ目の変形例を示す図である。図１１は、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器の斜視図（透視図）である。図１２は、実施の形態２に係る送信基板の上面図である。図１３は、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器の伝送特性を示す図である。図１４は、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器において、外周最終配線長を変化させたときの信号伝送特性図である。図１５は、実施の形態２に係る送信共鳴器の変形例を示す上面図である。図１６は、実施の形態２に係る送信共鳴器の２つ目の変形例を示す上面図である。

（本発明の基礎となった知見）
背景技術で説明したように、非接触伝送技術の一例として、高効率で、かつ、長距離の信号伝送が可能な電磁共鳴結合器が知られている。

このような電磁共鳴結合器のうち、図１に示されるようなオープンリング型の電磁共鳴結合器は、単純な構造であるが、良好な伝送特性を示す。

図２は、図１の構造である従来のオープンリング型電磁共鳴結合器の伝送特性を表す図である。

図２において、Ｓ２１はオープンリング型電磁共鳴結合器の挿入損失を示し、周波数が１５ＧＨｚ付近の電気信号を約１ｄＢの挿入損失で効率的に伝送できることを表している。

オープンリング型電磁共鳴結合器において伝送可能な信号の周波数（動作周波数）は、正確には、電磁共鳴結合器のリング形共鳴配線のインダクタンスとキャパシタンスで決定される。しかしながら、動作周波数は、下記（式１）のように、リング形配線の実効面積及びリング形配線が形成される基板の誘電率とで近似的に求めることができる。

（式１）で、ｃは光速、εｒは基板（誘電体）の比誘電率を指す。またａは、リング形配線の実効面積であり、リングの直径程度である。

例えば、図１のように、２００μｍ厚のサファイア基板上に形成された直径１ｍｍのオープンリング型電磁共鳴結合器の動作周波数帯域は１５ＧＨｚ付近である。また、式（１）より、このオープンリング型電磁共鳴結合器の直径を２倍にすると動作周波数は１／２の７．５ＧＨｚ帯となる。

オープンリング型電磁共鳴結合器を用いて電力伝送装置を構成する場合、オープンリング型電磁共鳴結合器は、電力及び信号を伝送するための送信回路素子及び受信回路素子などと共に集積される。

ここで、送信回路素子及び受信回路素子は数μｍ程度の非常に小さいサイズであるのに対し、オープンリング型電磁共鳴結合器は上述のように数ｍｍ程度と大きいサイズである。

上記（式１)より、動作周波数を高くすることでオープンリング型電磁共鳴結合器のサイズを小さくすることは可能である。しかしながら、動作周波数が高くなるほど、不確定な寄生容量及び寄生インダクタンスの影響を受けやすく、適切に動作させるには、高周波に対応した高価な送信及び受信回路素子が必要となる。

つまり、動作周波数を高めることなく小型化が可能な電磁共鳴結合器を実現することが課題である。

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の間において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、内側に凹んだ凹部を有する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上の第二接続部に接続された第二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、点対称であり、かつ前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線の輪郭が一致し、前記第一の基板と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が前記信号の波長の２分の１以下であり、前記第一の共鳴配線において、前記凹部を構成する配線のうち少なくとも一部の配線は、前記少なくとも一部の配線以外の配線と前記第一の共鳴配線の配線幅の４倍以下の距離だけ近接していることを特徴とする。

これにより、共鳴配線同士を近接させることで共鳴配線のインダクタンス成分を大きくすることができる。したがって、式（１）より動作周波数を低くできる。つまり、電磁共鳴結合器の小型化が可能である。

また、前記開放部は、前記凹部を構成する少なくとも一部の配線上に設けられてもよい。

これにより、共鳴配線上の開放部に他の共鳴配線を近接させることで共鳴配線のキャパシタンス成分を大きくすることができる。したがって、式（１）より動作周波数を低くできる。つまり、電磁共鳴結合器の小型化が可能である。

また、前記第一の共鳴配線の形状は、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、共鳴配線の基板上における占有面積を小さくすることができる。つまり、電磁共鳴結合器を小型化することができる。また、配線が密集するため、共鳴配線のインダクタンス成分を大きくする効果もある。よって、電磁共鳴結合器を小型にすることができる。

また、前記第一の共鳴配線の前記凹部を構成する配線を除いた輪郭は、矩形であってもよい。

これにより、共鳴配線の基板上における占有面積を小さくすることができる。つまり、電磁共鳴結合器を小型化することができる。

また、前記第一の共鳴配線の形状は、対称性を有する形状であってもよい。

このように、共鳴配線を、対称性を有する形状にすることにより、広い周波数帯域の信号の伝送が実現できる。

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、前記信号の基準電位を表すグランド配線が設けられてもよい。

また、さらに、前記第二の基板に対向して設けられたキャップ基板を備え、前記キャップ基板の、前記第二の基板と対向しない側の面には、前記信号の基準電位を表すグラ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、または前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、及び前記第二の入出力配線の周辺には、前記信号の基準電位を表すグランド配線が設けられてもよい。

また、さらに、前記第二の基板に対向して設けられたキャップ基板を備え、前記キャップ基板の、前記第二の基板に対向しない側の面には、前記信号の基準電位を表す第一のグランド配線が設けられ、前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、及び前記第二の入出力配線の周辺には、前記信号の基準電位を表す第二のグランド配線が設けられ、前記第一のグランド配線と前記第二のグランド配線とは、ビアホールによって接続されてもよい。

以上のように、電磁共鳴結合器内に適切にグランド配線を設けることで、伝送される高周波信号の電磁界の閉じ込めを強くすることができる。したがって、高効率で信号を伝送できると共に、外部への不要輻射をおさえることができる。

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４分の１の長さに相当する位置に設けられてもよい。

また、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の間において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、所定の配線幅の巻回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、第二の基板と、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第二の共鳴配線と、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、点対称であり、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が前記信号の波長の２分の１以下となるように、前記第一の基板及び前記第二の基板は対向し、前記第一の共鳴配線の外周側の一端から前記第一接続部までの配線長は、前記第一の共鳴配線の内周の一端から前記第一接続部までの配線長よりも長く、かつ前記第一の共鳴配線のうち最外周に位置する配線の配線長の２分の１以上の長さであることを特徴とする。

また、前記第一の共鳴配線の形状は、前記第一の共鳴配線の内周側の一端から前記第一接続部までの配線上、及び前記第一の共鳴配線の外周側の一端から前記第一接続部までの配線上に、それぞれ２箇所以上の曲がり部を有する形状であってもよい。

また、前記第一の共鳴配線の内周側の一端から前記第一接続部までの配線は、前記第一の共鳴配線の外周側の一端から前記第一接続部までの配線と前記所定の配線幅の４倍以下の距離だけ近接した部分を有してもよい。

また、前記第一の共鳴配線の輪郭は、矩形であってもよい。

また、前記第一の共鳴配線は、対称性を有する形状であってもよい。

また、さらに、前記第二の基板に重ね合わされるキャップ基板を備え、前記キャップ基板の、前記第二の基板と対向しない側の面には、前記信号の基準電気を表すグランド配線が設けられてもよい。

また、さらに、前記第二の基板に重ね合わされるキャップ基板を備え、前記キャップ基板の、前記第二の基板に対向しない側の面には、前記信号の基準電位を表す第一のグランド配線が設けられ、前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、及び前記第二の入出力配線の周辺には、前記信号の基準電位を表す第二のグランド配線が設けられ、前記第一のグランド配線と前記第二のグランド配線とは、ビアホールによって接続されてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体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）
（構造）
まず、本発明の実施の形態１に係る電磁共鳴結合器の構造について説明する。

図３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４は、図３の電磁共鳴結合器を、ＡとＡ’を結ぶ破線を通り、基板に垂直な平面で切断した断面図である。

電磁共鳴結合器１０は、送信基板１０１（第一の基板）と、送信基板１０１の上方に設置された受信基板１０２（第二の基板）と、受信基板１０２の上方に設置されたキャップ基板１０３とを備える。送信基板１０１、受信基板１０２、及びキャップ基板１０３の材料は、誘電体である。実施の形態１では、誘電体の材料は、サファイアである。なお、誘電体は、シリコン半導体を含むその他の材料であっても良い。

図４に示すように、送信基板１０１の下面には、裏面グランド１１２が配置されている。裏面グランド１１２は、金属導体である。裏面グランド１１２の材料は、例えば、金である。裏面グランド１１２は、送信基板１０１内で伝送される高周波信号の基準電位を表す配線である。

図４に示すように、送信基板１０１の上面には、送信配線１０４（第一の入出力配線）と送信共鳴器１０５（第一の共鳴配線）とが配置されている。送信配線１０４の一端は、送信共鳴器１０５上の第一接続部において、送信共鳴器１０５と電気的に接続されている。第一接続部は、送信共鳴器１０５の一端から送信共鳴器１０５の配線長の４分の１の長さに相当する位置に設けられる。送信配線１０４と送信共鳴器１０５とは、金属配線で構成されている。金属配線の材料は、例えば、金である。

また、送信共鳴器１０５は送信共鳴器スリット１０６（開放部）を有する。送信共鳴器１０５の形状の詳細については、後述する。

また、図３に示すように、送信基板１０１の上面であって、送信共鳴器１０５及び送信配線１０４の周辺には、所定の距離はなれて、コプレーナグランド１１３が配置されている。コプレーナグランド１１３は金属導体である。金属導体の材料は、例えば、金である。コプレーナグランド１１３は、送信基板１０１内で伝送される高周波信号の基準電位を表す配線である。

なお、裏面グランド１１２とコプレーナグランド１１３とは、ビアホールによって接続されてもよい。これにより、電磁共鳴結合器１０における高周波信号の伝送効率が向上される。

送信配線１０４において、送信共鳴器１０５と接続されていない一端は、入力端子１１０である。入力端子１１０に前段の回路を接続する目的で、入力端子１１０の上方には、受信基板１０２は配置されない。つまり、入力端子１１０の上方には、受信基板１０２は、形成されない。送信配線１０４に含まれる入力端子１１０には、電磁共鳴結合器１０によって伝送される高周波信号が入力される。

図４に示すように、受信基板１０２の上面には、受信配線１０７（第二の入出力配線）と受信共鳴器１０８（第二の共鳴配線）とが配置されている。受信配線１０７の一端は、受信共鳴器１０８上の第二接続部において、受信共鳴器１０８と電気的に接続されている。第二接続部は、受信共鳴器１０８の一端から受信共鳴器１０８の配線長の４分の１の長さに相当する位置に設けられる。受信配線１０７と受信共鳴器１０８とは、金属配線で構成されている。金属配線の材料は、例えば、金である。

また、受信共鳴器１０８は受信共鳴器スリット１０９（開放部）を有する。受信共鳴器１０８の形状については後述する。

また、図３に示すように、受信基板１０２の上面であって、受信共鳴器１０８及び受信配線１０７の周辺には、所定の距離はなれて、コプレーナグランド１１３が配置されている。コプレーナグランド１１３は金属導体である。金属導体の材料は、例えば、金である。

受信配線１０７において、受信共鳴器１０８と接続されていない一端は、出力端子１１１である。出力端子１１１に後段の回路を接続する目的で、出力端子１１１の上方には、キャップ基板１０３は、配置されない。つまり、出力端子１１１の上方には、キャップ基板１０３は、形成されない。受信配線１０７に含まれる出力端子１１１から、電磁共鳴結合器１０に入力された信号を出力する。

キャップ基板１０３の上面には、当該上面を覆うように、キャップグランド１１４が形成されている。キャップグランド１１４は、金属導体である。キャップグランド１１４の材料は、例えば、金である。

なお、キャップグランド１１４は、受信基板１０２内で伝送される高周波信号の基準電位を表す配線である。

送信共鳴器１０５の配線形状と、受信共鳴器１０８の配線形状とは、同じ形状であり、同じ大きさである。送信共鳴器１０５と、受信共鳴器１０８とは、送信基板１０１(受信基板１０２、キャップ基板１０３)と垂直な方向において対向するように設けられる。より具体的には、送信基板１０１の主面（送信基板１０１上の送信共鳴器１０５及び送信配線１０４が設けられる面）に垂直な方向から見た場合に、送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８の輪郭が一致するように、送信基板１０１と受信基板１０２とは重ね合わされる。

ここで、送信共鳴器１０５の輪郭とは、次のように定義される。送信共鳴器１０５において送信共鳴器スリット１０６が設けられず、送信共鳴器１０５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１０５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１０５の配線幅を規定し、外周側の輪郭は、送信共鳴器１０５の占有面積を規定する。

送信共鳴器１０５と、受信共鳴器１０８とは、送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８の配線形状の中心軸と、送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８の中間平面との交点に対して、点対称となるように送信基板１０１の主面と垂直な方向において対向して設置されている。

ここで中間平面とは、送信基板１０１に平行な平面のうち、送信共鳴器１０５と、受信共鳴器１０８との送信基板１０１の主面に垂直な方向における距離の中間点（中点）を通る平面である。つまり、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１０５の形状及び受信共鳴器１０８の形状が点対称の関係となるように、送信基板１０１と受信基板１０２とは重ね合わされる。

図５は、送信基板１０１の上面に形成されている、送信配線１０４及び送信共鳴器１０５を含む金属配線の形状を示す図である。以下、送信共鳴器１０５の形状について説明する。なお、受信共鳴器１０８の形状及び大きさは、上述のように送信共鳴器１０５と同じであるため、説明を省略する。

送信共鳴器１０５は、周回形状の配線が、送信共鳴器スリット１０６において一箇所のみ開放（切断）された形状である。つまり、送信共鳴器１０５は、一部が送信共鳴器スリット１０６によって開放されている。

また、上記周回形状は、当該周回形状の内側に凹んだ凹部を２箇所有する形状である。ここで、内側とは、送信基板１０１の主面に垂直な方向から見た場合に、周回形状の中心側（中央側）を意味する。また、言い換えれば、ここでの内側は、送信共鳴器１０５において、送信共鳴器スリット１０６が設けられず、送信共鳴器１０５が周回形状の閉じた配線であると仮定した場合に、当該周回形状の閉じた配線によって囲まれる領域の側である。送信共鳴器１０５のうち、凹部の一方を構成する配線上には、送信共鳴器スリット１０６が設けられている。

周回形状の送信共鳴器１０５は、送信共鳴器スリット１０６がないとした場合、送信配線１０４を配線方向に沿って均等に２つに分割する直線について線対称な形状である。また、送信共鳴器１０５は、送信共鳴器スリット１０６の中央を通り、上記直線に垂直な直線について線対称な形状である。また、周回形状の送信共鳴器１０５は、送信共鳴器スリット１０６がないとした場合、送信共鳴器１０５の中心点について点対称な形状である。つまり、送信共鳴器１０５の形状は、対称性を有する形状である。言い換えれば、２箇所の凹部は、送信配線１０４を配線方向に沿って均等に２つに分割する直線について線対称となるように設けられている。

実施の形態１では、送信共鳴器１０５の形状は、線対称な形状であるが、線対称でない場合でも同様の機能を有する場合もある。なお、周回形状とは、１つの配線が他の配線または、それ自身の配線と交わることなく、閉じられた形状であって、例えばリング形状などである。送信共鳴器１０５の形状の詳細については、後述する。

送信共鳴器１０５と対向するように配置される受信共鳴器１０８の形状は、上述のように送信共鳴器１０５の形状と同様である。

このように、スリットによって開放された周回形状の２つの配線が、所定の間隔だけ離れて対向するように配置することにより、周回形状の２つの配線（送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８）は、電磁共鳴結合する。

送信共鳴器１０５と受信共鳴器１０８とが強力に電磁共鳴結合するためには、送信基板１０１の主面と垂直な方向における、送信共鳴器１０５と、受信共鳴器１０８との距離は、電磁共鳴結合器１０によって伝送される高周波信号の波長程度以下でなければならない。

実施の形態１では、送信基板１０１の主面に垂直な方向における送信共鳴器１０５と受信共鳴器１０８との距離が、伝送される高周波信号の波長の２分の１以下となるように、送信基板１０１と受信基板１０２とは重ね合わされる。具体的には、受信基板１０２の厚み（受信基板１０２の主面に垂直な方向の長さ）を、伝送される高周波信号の波長の２分の１以下となるように形成する。

ここで、高周波信号の波長とは、信号が伝送される配線材料による波長の短縮率、及び送信共鳴器１０５と受信共鳴器１０８との間に介在する誘電体による波長短縮率を考慮した波長である。実施の形態１では、配線材料である金、及び基板材料であるサファイアによって上記波長短縮率が定められる。

以上、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０の構造について説明した。

なお、図３の構造では、送信基板１０１は、送信配線１０４の周辺にコプレーナグランド１１３が設けられたコプレーナ線路構造である。具体的には、図３で示されるように送信共鳴器１０５及び送信配線１０４の外側の輪郭（送信共鳴器１０５については、凹部を除いた輪郭）から距離ｄ４だけ離れた位置からコプレーナグランド１１３が設けられる。しかしながら、送信基板１０１は、マイクロストリップ線路構造、またはグランデットコプレーナ線路構造であっても良い。

また、さらに、図３の構造において、受信基板１０２は、受信配線１０７の周辺にコプレーナグランドが設けられたコプレーナ線路構造であってもよい。この場合、図４に示されるように、受信配線１０７の周辺に形成されたコプレーナグランドとキャップグランド１１４とは、ビアホール１４０によって電気的に接続されてもよい。これにより、電磁共鳴結合器１０における高周波信号の伝送効率が向上される。また、受信基板１０２は、グランデットコプレーナ線路構造であっても良い。

（共鳴器の形状）
実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０の共鳴器の形状について説明する。

実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０は、送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８の形状により、電磁共鳴結合器１０の動作周波数を下げることが可能である。

一般的に、共鳴器（ＬＣ共振器）の自己共振周波数は、その共鳴器の自己インダクタンス（Ｌ）、自己キャパシタンス（Ｃ）、によって下記（式２）によって決定される。つまり、共鳴器のインダクタンス成分及びキャパシタンス成分が大きくなると、自己共振周波数は低くなる。

オープンリング型電磁共鳴結合器の場合、共鳴器の配線により自己インダクタンスは決定され、共鳴器の配線上に設けられた切断されたスリット部によって自己キャパシタンスが決定される。

また、オープンリング型電磁共鳴結合器の場合、重ね合わされた共鳴器間の電磁界を集中させることで、共鳴器のインダクタンス成分またはキャパシタンス成分を大きくすることができる。具体的には、例えば、スリット部の電磁界を強めると、共鳴器のキャパシタンス成分を大きくすることができる。

実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０では、送信共鳴器スリット１０６の周辺に配線を密集させることで、送信共鳴器スリット１０６の周辺の電磁界を強め、送信共鳴器１０５のキャパシタンス成分を大きくしている。これにより、電磁共鳴結合器１０の動作周波数を下げている。

実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０では、送信共鳴器１０５を形成する配線の一部は、送信共鳴器スリット１０６に近接するような形状を有する。つまり、送信共鳴器スリット１０６の周辺に配線を密集させることで、送信共鳴器スリット１０６の周辺の電磁界を強め、送信共鳴器１０５のキャパシタンス成分を大きくしている。これにより、電磁共鳴結合器１０の動作周波数を下げている。

図５に示す送信共鳴器１０５は、１本の金属配線で形成された閉回路であり、その閉回路の一部に切り欠き部分（開放部）を有する。以下、切り欠き部分は送信共鳴器スリット１０６とも表記する。閉回路とは、必ずしも１本の金属配線で形成されている必要は無く、電気的に接続されている回路であることを意味する。また、ここでの閉回路とは、送信基板１０１の上面から見た時に、閉空間（図６の内部空間１０５３）を形成しているのと同様の意味である。

図５では、送信基板１０１の主面に垂直な方向から見た場合（上面から見た場合）に、送信共鳴器スリット１０６と、送信共鳴器１０５に含まれる金属配線の水平方向に近接した部分との間隔を、密集配線横間隔ｄ１として図示している。ここでの水平方向とは、図５に示す送信基板１０１を上面から見た場合に、送信配線１０４の上部に送信共鳴器１０５が配置されている状態から見た場合の水平方向を意味する。つまり水平方向とは、送信配線１０４に垂直な方向である。

図５において、送信共鳴器１０５の二つの凹部を第一の凹部（図５の左側の凹部）及び第二の凹部（図５の右側の凹部）とする。密集配線横間隔ｄ１は、具体的には、第一の凹部を構成する配線１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｃのうち送信共鳴器スリット１０６が設けられた配線１２０ｂと、第二の凹部を構成する配線のうち、配線１３０ｄとの距離を意味する。

ここで、配線を伝搬する高周波信号の電磁界は、配線幅より広がって伝搬する。電磁界の広がりは配線の閉じ込め度によって決まるが、大まかには配線幅の４倍程度広がる。つまり、電磁界を強めたい場合、配線幅の４倍程度以内の間隔に近接させることが好ましい。したがって、密集配線横間隔ｄ１は、送信共鳴器１０５の配線幅の４倍以内の長さである。

また、図５では、上面から見た場合に、送信共鳴器１０５に含まれる金属配線の垂直方向の間隔を、密集配線縦間隔ｄ２、及びｄ３として図示している。

密集配線縦間隔ｄ３は、具体的には、第一の凹部を構成する配線１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｃのうち配線１２０ａと配線１２０ｃとの距離を意味する。密集配線横間隔ｄ３は、送信共鳴器１０５の配線幅の４倍以内の長さである。

つまり、以上をまとめると、送信共鳴器１０５において、凹部を構成する配線１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｃのうち少なくとも一部の配線は、上記少なくとも一部の配線以外の配線と配線幅の４倍以下の距離だけ近接している。また、実施の形態１では、送信共鳴器１０５は、線対称の形状であるため密集配線縦間隔ｄ２とｄ３は等しい。したがって、密集配線縦間隔ｄ２についての説明は省略する。

このように、送信共鳴器スリット１０６の周辺において、配線を密集させ、電磁界を集中させることは、送信共鳴器１０５の自己キャパシタンス成分が大きくなることと等価である。また、送信共鳴器１０５の配線同士を近接させ、電磁界を集中させることは、送信共鳴器１０５の自己インダクタンス成分が大きくなることと等価である。

よって、送信共鳴器１０５上に凹部を設けることで、電磁共鳴結合器１０の動作周波数を下げることができる。

言い換えれば、動作周波数は、密集配線横間隔ｄ１、密集配線縦間隔ｄ２及びｄ３、並びに送信共鳴器１０５を構成する金属配線の幅で決まる。

また、上記凹部を送信共鳴器１０５の内側（周回形状の内周側）に設けることで、基板上の同一の領域において、送信共鳴器１０５の配線長を長くすることができる。このように配線長が長くなることによっても、もちろん動作周波数は下げられる。

次に、送信共鳴器１０５の形状を凹部とそれ以外の部分に分けて説明する。

図６は、送信共鳴器１０５の形状を上面から見た図を示す。

送信共鳴器１０５は、第一の配線１０５１と、凹部を構成する第二の配線１０５２とを有する。

図６に実線で示される配線は、直線状の配線から形成される第一の配線１０５１である。第一の配線１０５１は、凹部を構成しない配線である。言い換えれば、第一の配線１０５１は、送信共鳴器１０５の内部空間１０５３を規定するブラケット形状の配線である。

内部空間１０５３は、図６に示す一点破線で囲まれた四角形の領域である。なお、第一の配線１０５１の形状は、ブラケット状に限定されない。例えば、第一の配線１０５１は、アングルブラケット(山括弧)形状や、丸括弧形状などであってもよい。この場合、内部空間１０５３の形状は、多角形や、円（楕円）となる。

なお、送信共鳴器１０５の凹部を構成する配線を除いた輪郭は、矩形である。ここで凹部を除いた輪郭とは、凹部を設けずに送信共鳴器１０５を構成した場合の送信共鳴器１０５の外周側の輪郭を意味し、図６では輪郭１０５４である。

第二の配線１０５２は、図６の点線で示される形状の配線である。第二の配線１０５２は、送信共鳴器１０５のうち内部空間１０５３に形成されている凹部を構成する配線であり、直線状の配線によって形成される。つまり、上面から見た場合に、送信共鳴器１０５の凹部は内部空間１０５３側、すなわち内側に凹んでいる。第二の配線１０５２は、送信共鳴器スリット１０６を有する。

送信共鳴器スリット１０６と第二の配線１０５２との間の距離ｄ１は、送信共鳴器スリット１０６と第一の配線１０５１との間の距離ｄ５よりも短い。送信共鳴器１０５の内部空間１０５３に、送信共鳴器スリット１０６と第二の配線１０５２とを形成することにより、送信共鳴器スリット１０６の近傍に送信共鳴器１０５に含まれる金属配線を形成できる。

つまり、送信共鳴器１０５は、第二の配線１０５２を有することにより、内部空間１０５３を囲む第一の配線１０５１のみで送信共鳴器を形成した場合と比較して、送信共鳴器スリット１０６の周辺に電磁界を集中させることができる。その結果、送信共鳴器１０５の電磁共鳴周波数(動作周波数)を低くすることができる。

送信共鳴器スリット１０６は、送信共鳴器１０５を形成する配線で囲まれた領域（内部空間１０５３）の中心付近に設けられている。また、送信共鳴器１０５は、送信共鳴器スリット１０６によって切断されることで対峙している２つの配線端に、送信共鳴器１０５を形成する他の部分の配線を近接させた形状である。このように、送信共鳴器スリット１０６に、その他の部分の配線を近接させてキャパシタンス成分を大きくし、さらに送信共鳴器１０５の配線同士を近接させてインダクタンス成分を大きくするような配線形状が送信共鳴器１０５の特徴である。

なお、送信共鳴器１０５の形状は、図６の円形状の点線で囲まれた１２箇所の曲がり部を有する形状である。つまり、送信共鳴器１０５は、５箇所以上の曲がり部を有する形状である。図６のように送信共鳴器１０５が凹部を構成する配線を除いて矩形の輪郭を有する場合、曲がり部は、送信共鳴器１０５上の直角に曲がる部分である。

なお、第二の配線１０５２の形状（凹部の形状）は、図６ではブラケット形状であるが、この形状に限定されない。例えば、第二の配線１０５２は、アングルブラケット(山括弧)形状や、丸括弧形状などであってもよい。

図７は、凹部の形状がアングルブラケット形状である場合の送信共鳴器の例を示す図である。図７のような送信共鳴器２０５においても送信共鳴器スリット２０６が送信共鳴器２０５の曲がり部２１０ｃに近接しているため、送信共鳴器２０５における自己キャパシタンス成分を大きくすることができる。

なお、図７に示される送信共鳴器２０５は、５箇所の曲がり部２１０ａ〜２１０ｅを有する形状である。つまり、曲がり部とは、図６のように必ずしも直角に曲がっていることを意味するわけではない。

以下、電磁共鳴結合器１０のより具体的な構成(材料、及び寸法)を説明する。

送信基板１０１、受信基板１０２、及びキャップ基板１０３の材料は、２００μｍの厚みを有するサファイア基板である。

送信配線１０４、送信共鳴器１０５、受信配線１０７、及び受信共鳴器１０８は、１００μｍの配線幅を有し、材料は、金である。送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８は、電磁共鳴結合器１０を上面（送信基板１０１の主面に垂直な方向）から見た場合に、１ｍｍ四方（Ｗ１＝Ｌ１＝１ｍｍ）の大きさである。

送信共鳴器スリット１０６は、４０μｍの幅（Ｓ１）を有する。ここでの幅とは、配線幅と垂直な方向の幅を意味し、図５中の記号Ｓ１で表される。

図５中において記号ｄ１で示される密集配線横間隔は、４０μｍであり、ｄ２で示される密集配線縦間隔は、０．１ｍｍである。

コプレーナグランド１１３は、送信基板１０１上の送信共鳴器１０５及び送信配線１０４の輪郭から１４０μｍ（図５中のｄ４に相当）離れた位置から形成されている。

（伝送特性）
次に、電磁共鳴結合器１０の信号伝送特性について説明する。

入力端子１１０から入力された高周波信号は、送信配線１０４を通じて、送信共鳴器１０５に到達する。

自己共振周波数が同等である２つの共鳴器（送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８）が、電磁界結合できる距離だけ離れて設置されている場合、２つの共鳴器は、共振周波数（共鳴周波数）で共鳴する電磁共鳴結合をすることとなる。

このため、共鳴周波数の高周波信号が送信共鳴器１０５に入力された場合、同じ共鳴周波数の高周波信号が受信共鳴器１０８にも発生する。なお、電磁共鳴結合器１０の共鳴周波数はある程度の帯域を持ち、電磁共鳴結合器１０では、この帯域における高周波信号を伝送することができる。

よって、共鳴周波数帯域の高周波信号のみが受信共鳴器１０８に伝送され、その周波数帯域以外の高周波信号は受信共鳴器１０８に伝送されない。

受信共鳴器１０８に伝送された高周波信号は、受信共鳴器１０８に接続された受信配線１０７を通じて出力端子１１１に出力される。送信配線１０４及び送信共鳴器１０５と、受信配線１０７及び受信共鳴器１０８とは物理的に分離されていることから、高周波信号は非接触で伝送されることとなる。

上述のように構成された実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０では、伝送される高周波信号の周波数は９．５ＧＨｚであり、この周波数帯域における伝送特性について以下、説明する。

図８は、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０の伝送特性を示す図である。

図８では、入力端子１１０から出力端子１１１への信号伝送度Ｓ２１と、入力端子１１０での信号反射度Ｓ１１とが示されている。

信号伝送度Ｓ２１は、入力端子１１０に入力された信号が出力端子１１１に伝送される度合いを意味し、図８のグラフで縦軸の値が０ｄｂに近いほど伝送特性が良いことを意味する。

信号反射度Ｓ１１は、入力端子１１０に入力された信号が反射され入力端子１１０に現れる度合いを意味し、図８のグラフで縦軸の値が小さいほど伝送特性が良いことを意味する。

図８から分かるように、９．５ＧＨｚ付近の周波数帯域で、信号伝送度Ｓ２１が信号反射度Ｓ１１より大きくなる。つまり、電磁共鳴結合器１０によれば、周波数９．５ＧＨｚを中心として、９．５ＧＨｚ帯の周波数の高周波信号を入力端子１１０から出力端子１１１へ伝送することができる。具体的には、高周波信号は、９．５ＧＨｚ帯で挿入損失０．７ｄＢ程度で伝送される。

図１に記載の直径１ｍｍのオープンリング型の電磁共鳴結合器の動作周波数は、約１５ＧＨｚである。よって、実施の形態１の電磁共鳴結合器１０の動作周波数は、従来の電磁共鳴結合器の動作周波数の２／３以下である。つまり、実施の形態１の電磁共鳴結合器において、１５ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するように設計した場合、送信共鳴器１０５の占有面積は、０．７ｍｍ四方であり、従来の２分の１程度である。したがって、装置(電磁共鳴結合器１０)を大幅に小型化することが可能となる。

（変形例）
以上の実施の形態１では、凹部を２箇所有する送信共鳴器１０５（受信共鳴器１０８）を用いた電磁共鳴結合器１０について説明した。しかしながら共鳴器上に凹部を３箇所以上設けることでさらに動作周波数の低周波化、及び装置の小型化を図ることが可能である。

図９は、送信共鳴器の変形例を示す図である。

送信共鳴器５０５は、図６に示す内部空間１０５３に形成される第二の配線１０５２の部分に相当する６箇所の凹部を有する。図９において点線で囲む部分が、凹部に相当する。

送信共鳴器スリット５０６周辺にさらに多くの配線が近接するため、送信共鳴器スリット５０６周辺における電磁界がさらに強まり、送信共鳴器５０５のキャパシタンス成分は、送信共鳴器１０５よりもさらに低くなる。また、送信共鳴器５０５の配線同士も近接する部分が多いため、送信共鳴器５０５のインダクタンス成分は、送信共鳴器１０５よりもさらに大きくなる。したがって、図９のような形状の送信共鳴器５０５及び受信共鳴器を用いた電磁共鳴結合器では、さらに動作周波数の低く、また装置の小さくすることが可能である。

なお、送信共鳴器スリットは、必ずしも凹部に設けられる必要はない。また、送信共鳴器の凹部の構成する配線を除いた輪郭は、必ずしも縦横の長さが同じである必要はない。つまり、図５及び図９で必ずしもＷ１’＝Ｌ１’である必要はない。

なお、送信配線５０４及び入力端子５１０は、図５で示される送信配線１０４及び入力端子１１０と同一の構成、機能である。

図１０は、送信共鳴器の別の変形例を示す図である。

図１０に示す送信共鳴器においても、配線同士が近接する部分が多いため、インダクタンス成分は、送信共鳴器１０５よりもさらに大きくなる。したがって、図１０のような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においても、動作周波数の低減、及び装置の小型化が可能である。

以上、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０及びその変形例について説明した。

実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０では、送信共鳴器及び受信共鳴器の配線パターンを変更することにより、容易に装置の小型化、及び動作周波数の低減が可能である。

なお、電磁共鳴結合器では、電磁共鳴結合を用いているため、高効率で非接触伝送が可能であり、かつ、不要な電波が放射しにくいため、不要輻射を低減することも特徴である。また、入出力端子間のグラウンドを分離（絶縁）して高周波信号を伝送することも、もちろん可能である。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について説明する。

実施の形態２では、実施の形態１と送信共鳴器及び受信共鳴器の形状のみが異なる。したがって実施の形態１で説明した内容については説明を省略する。

実施の形態２に係る電磁共鳴結合器の送信共鳴器及び受信共鳴器の形状は、実施の形態１と異なり、巻回形状（スパイラル形状）であることを特徴とする。

図１１は、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器２０の斜視図（透視図）である。

特許文献２に記載されているようなスパイラル形状の共鳴器を用いた電磁共鳴結合器は、伝送特性が比較的悪いことが課題である。

しかしながら、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器２０は、以下で説明する図１１に示すような構造により、高効率の信号伝送が可能であり、かつ装置の小型化が可能な電磁共鳴結合器を実現したものである。

図１１に示す電磁共鳴結合器２０は、誘電体で形成された送信基板６０１と、送信基板６０１の上方に重ね合わされた誘電体で形成された受信基板６０２と、その受信基板６０２の上方に重ね合わされている誘電体で形成されたキャップ基板６０３とを備える。

送信基板６０１の上面には、金の金属配線によって、送信配線６０４と、送信共鳴器６０５と、送信配線６０４及び送信共鳴器６０５を囲むように所定の距離だけ離れて設けられたコプレーナグランド６１３とが形成されている。

受信基板６０２の上面には、金の金属配線によって、受信配線６０７及び受信共鳴器６０８が形成されている。

キャップ基板６０３の上面は、金の金属配線によってキャップグランド６１４が形成されている。送信共鳴器６０５の形状及び大きさと受信共鳴器６０８の形状及び大きさとは同じである。送信共鳴器６０５と、受信共鳴器６０８とは、送信共鳴器６０５及び受信共鳴器６０８の配線形状の中心軸と、送信共鳴器６０５及び受信共鳴器６０８の中間平面との交点に対して対称となるように送信基板６０１の主面と垂直な方向において対向して設置されている。つまり、送信基板６０１の主面に垂直な方向から見た場合に、送信共鳴器６０５の形状及び受信共鳴器６０８の形状が点対称の関係となるように、送信基板６０１と受信基板６０２とは重ね合わされる。また、送信基板６０１の主面に垂直な方向から見た場合に、送信共鳴器６０５及び受信共鳴器６０８の輪郭が一致するように、送信基板６０１と受信基板６０２とは重ね合わされる。

なお、実施の形態２において、送信共鳴器６０５の輪郭とは、送信共鳴器６０５のうち最外周に位置する配線の外側の輪郭によって定められる形状を意味する。

図１２は、実施の形態２に係る送信基板６０１の配線パターンを示す図である。

以下、受信共鳴器６０８は、送信共鳴器６０５と同じ大きさ、同じ形状であるものとして、その説明を省略する。

図１２に示されるように、実施の形態２の電磁共鳴結合器２０では、送信配線６０４は、送信共鳴器６０５上の第一接続部に接続される。送信共鳴器６０５は、送信配線６０４から分岐した送信共鳴器内周配線６２１と送信共鳴器外周配線６２０とで構成される。ここで、送信共鳴器内周配線６２１は、送信共鳴器６０５のうち内周側の一端から第一接続部までに相当する配線である。また、送信共鳴器外周配線６２０は、送信共鳴器６０５のうち外周側の一端から第一接続部までに相当する配線である。なお、送信共鳴器６０５の輪郭６２５は、図１２において点線で示されるように、四角形（矩形）である。ここで、送信共鳴器内周配線６２１は、日本語カタカナのコの字形状（ブラケット形状）である。

なお、送信共鳴器外周配線６２０は、３箇所の曲がり部を有する形状であり、送信共鳴器内周配線６２１は、２箇所の曲がり部を有する形状である。つまり、送信共鳴器６０５は、５箇所以上の曲がり部を有する形状である。この場合の曲がり部は、送信共鳴器６０５上の直角に曲がる部分である。

送信共鳴器６０５と受信共鳴器６０８とは、実施の形態１と同様に電磁共鳴結合をしており、送信共鳴器６０５に入力された高周波信号は、受信共鳴器６０８に伝送される。この高周波信号の周波数を動作周波数または、共鳴周波数と呼ぶ。送信配線６０４の送信共鳴器６０５に接続されない配線端は、電磁共鳴結合器２０の入力端子６１０であり、受信配線６０７の受信共鳴器６０８に接続されない配線端が電磁共鳴結合器２０の出力端子６１１である。つまり、入力端子６１０から入力された高周波信号は、出力端子６１１から出力される。

実施の形態２の電磁共鳴結合器２０では、送信共鳴器６０５において送信共鳴器外周配線６２０の配線長が、送信共鳴器内周配線６２１の配線長よりも長いことが特徴である。また、送信共鳴器外周配線６２０の配線長が送信共鳴器６０５の最外周に位置する配線長６２４（図１２の点線矢印に相当する長さ）の半分よりも長いことが特徴である。

図１３は、実施の形態２の電磁共鳴結合器２０において、図１２のＬ２に相当する配線長を変化させた場合の挿入損失を示す図である。ここでの挿入損失は、損失が最も少ない周波数における挿入損失を意味する。

図１３に示されるように、送信共鳴器６０５のうち、図１２のＬ２に相当する配線長が長くなるほど、電磁共鳴結合器２０の挿入損失は小さくなる。特許文献２に記載されているような、スパイラル形状の共鳴器では、送信共鳴器内周配線６２１に対して送信共鳴器外周配線６２０が短いため、挿入損失が非常に大きく、信号を効率よく伝送できないものと考えられる。

電磁共鳴結合器２０では、送信共鳴器外周配線６２０の配線長を長くすることで、動作周波数を低い周波数にすると共に、高効率で信号を伝送することができている。

（特性）
次に、図１１に示される実施の形態２の電磁共鳴結合器２０の信号伝送特性について説明する。

まず、電磁共鳴結合器２０の具体的な構造（寸法）について図１２を用いて説明する。

送信基板６０１、受信基板６０２、及びキャップ基板６０３は、基板厚２００μｍのサファイア基板である。

送信配線６０４、送信共鳴器６０５、受信配線６０７、及び受信共鳴器６０８の配線幅は１００μｍであり、送信共鳴器６０５及び受信共鳴器６０８は１ｍｍ×１ｍｍの四角形（Ｗ２＝Ｌ２＝１ｍｍ）内に配置されている。

密集配線横間隔ｇ１は、１００μｍ、密集配線縦間隔ｇ２は、５０μｍである。コプレーナグランド６１３は、送信共鳴器６０５及び送信配線６０４から１４０μｍ（図１２中のｇ３に相当）の距離だけ間隔を置いて設置されている。

図１４は、電磁共鳴結合器２０の伝送特性を示す図である。

Ｓ２１は、入力端子６１０から出力端子６１１への信号伝送度を表し、Ｓ１１は、入力端子６１０での信号反射度を表すものである。

図１４から分かるように、電磁共鳴結合器２０によれば、周波数９．０ＧＨｚを中心として、９．０ＧＨｚ帯の周波数の高周波信号を入力端子６１０から出力端子６１１へ高効率で伝送することができる。具体的には、９．０ＧＨｚ帯における挿入損失は、０．７ｄＢ程度である。占有面積がほぼ同じである図１に記載の直径１ｍｍの従来構造のオープンリング型の電磁共鳴結合器の場合、動作周波数が１５ＧＨｚ帯である。つまり、実施の形態２の電磁共鳴結合器２０の動作周波数は、占有面積が同じ程度である従来の電磁共鳴結合器の動作周波数の２／３以下である。つまり、実施の形態２の電磁共鳴結合器において、１５ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するように設計した場合、送信共鳴器１０５の占有面積は、０．７ｍｍ四方であり、従来の２分の１程度である。したがって、装置(電磁共鳴結合器)を大幅に小型化することが可能となる。

また、実施の形態１で説明したように、また、送信共鳴器６０５の配線同士を近接させて送信共鳴器５０５のインダクタンス成分を大きくし、さらに動作周波数を下げることもできる。具体的には、密集配線横間隔ｇ１、及び密集配線縦間隔ｇ２を送信共鳴器６０５の配線幅の４倍以下にする。つまり、送信共鳴器内周配線は、送信共鳴器外周配線と所定の配線幅の４倍以下の距離だけ近接した部分を有してもよい。

なお、実施の形態２に係る送信共鳴器の形状は、図１１及び図１２に示されるような形状に限定されるものではない。

図１１及び図１２では、送信共鳴器内周配線及び受信共鳴器内周配線の形状は、ブラケット形状である。しかしながら、送信共鳴器内周配線及び受信共鳴器内周配線の形状は、例えば、図１５の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）のように四角形または、スパイラル形状であっても良い。

さらに、図１６に示される送信共鳴器７０５のように、送信配線は、送信共鳴器上の曲がり部に接続されてもよい。つまり、送信共鳴器上の第一接続部は、曲がり部に設けられてもよい。送信共鳴器７０５においては、送信共鳴器外周配線７２０は、２箇所の曲がり部を有し、送信共鳴器内周配線７２１は、１箇所の曲がり部を有する。この場合においても、送信共鳴器７０５において送信共鳴器外周配線７２０の配線長が、送信共鳴器内周配線７２１の配線長よりも長い。また、送信共鳴器外周配線７２０の配線長が送信共鳴器７０５の最外周に位置する配線長の半分よりも長い。

以上、実施の形態２に係る電磁共鳴結合器２０及びその変形例について説明した。

実施の形態２に係る電磁共鳴結合器２０では、実施の形態１に係る電磁共鳴結合器１０と同様に、送信共鳴器及び受信共鳴器の配線パターンを変更することにより、容易に装置の小型化、及び動作周波数の低減が可能である。

（補足）
以下、実施の形態１及び実施の形態２の説明について補足する。

図５及び図６に示す第一の配線１０５１及び第二の配線１０５２は直線状の配線を組み合わせて構成されるが、一部または全部が曲線状の配線であっても良い。

図３及び図１１に示す送信配線１０４（送信配線６０４）、及び送信共鳴器１０５（送信共鳴器６０５）の周囲を囲むように設置されたコプレーナグランドは、設けられなくても構わない。

一方、図３及び図１１に示す受信配線１０７（受信配線６０７）、及び受信共鳴器１０８（受信共鳴器６０８）の周辺には、コプレーナグランドが設けられてもよい。この場合、コプレーナグランドは、受信基板１０２（受信基板６０２）内で伝送される高周波信号の基準電位を表す配線である。

また、このとき、受信配線１０７（受信配線６０７）周辺のコプレーナグランドとキャップグランド１１４（キャップグランド６１４）とは、図４のようにビアホール１４０によって電気的に接続されてもよい。これにより、電磁共鳴結合器１０（電磁共鳴結合器２０）における高周波信号の伝送効率が向上する。

図１１の送信共鳴器外周配線６２０、送信共鳴器内周配線６２１、受信共鳴器外周配線６２２及び受信共鳴器内周配線６２３は、蛇行した配線で構成されても良い。また、送信共鳴器外周配線６２０、送信共鳴器内周配線６２１、受信共鳴器外周配線６２２及び受信共鳴器内周配線６２３は、一部または全部が曲線状の配線であっても良い。

図１１の送信共鳴器６０５の輪郭６２５は、円形、楕円形、または多角形であっても良い。受信共鳴器６０８の輪郭についても同様である。

送信共鳴器１０５（送信共鳴器６０５）と受信共鳴器１０８（受信共鳴器６０８）とは直接接するように重ね合わされなくてもよい。つまり、送信共鳴器１０５（送信共鳴器６０５）と受信共鳴器１０８（受信共鳴器６０８）との間には、空間や樹脂などの流体が設置されてもよい。

受信共鳴器１０８（受信共鳴器６０８）は、受信基板１０２（受信基板６０２）上に形成された構成として説明したが、キャップ基板１０３（キャップ基板６０３）の裏面（キャップグランドが形成されない側の面）に形成されてもよい。また、受信共鳴器１０８（受信共鳴器６０８）は、受信基板１０２（受信基板６０２）の裏面に形成され、送信基板１０１（送信基板６０１）と受信基板１０２（受信基板６０２）とは、間に空気または、誘電体を介して重ね合わされてもよい。

なお、電磁共鳴結合器１０において、送信共鳴器１０５及び受信共鳴器１０８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１０５、及び送信配線１０４が設けられ、基板の他方の面には、受信共鳴器１０８、及び受信配線１０７が設けられてもよい。電磁共鳴結合器２０においても同様に、送信共鳴器６０５及び受信共鳴器６０８は、一つの基板のそれぞれの面に設けられてもよい。

キャップグランド１１４（キャップグランド６１４）、または裏面グランド１１２（裏面グランド６１２）は、無くても良い。

また、送信基板、受信基板、及びキャップ基板が重ね合わされる順序は、図３及び図１１に示すものに限定されない。

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、小型化が容易であり、小型の非接触電力伝送装置、電気信号絶縁素子、または絶縁型半導体駆動素子等として有用である。

１０、２０電磁共鳴結合器
１０１、６０１送信基板
１０２、６０２受信基板
１０３、６０３キャップ基板
１０４、５０４、６０４送信配線
１０５、２０５、５０５、６０５、７０５送信共鳴器
１０６、２０６、５０６送信共鳴器スリット
１０７、６０７受信配線
１０８、６０８受信共鳴器
１０９受信共鳴器スリット
１１０、５１０、６１０入力端子
１１１、６１１出力端子
１１２、６１２裏面グランド
１１３、６１３コプレーナグランド
１１４、６１４キャップグランド
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１３０ｄ配線
１４０ビアホール
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ曲がり部
６２０、７２０送信共鳴器外周配線
６２１、７２１送信共鳴器内周配線
６２２受信共鳴器外周配線
６２３受信共鳴器内周配線
６２４配線長
１０５１第一の配線
１０５２第二の配線
１０５３内部空間
１０５４、６２５輪郭

Claims

第一の共鳴配線及び第二の共鳴配線の間において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、
内側に凹んだ第一の凹部及び第二の凹部を有する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に接続された第二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、点対称であり、かつ前記第一の共鳴配線及び前記第二の共鳴配線の輪郭が一致し、
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、前記信号の波長の２分の１以下であり、
前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の凹部と、前記第二の凹部とは対向し、
前記第一の基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の基板上には、前記第一の凹部の内周側の端と、前記第二の凹部の内周側の端とが前記第一の共鳴配線の配線幅の４倍以下の距離だけ離れて近接する領域が設けられ、
前記開放部は、前記第一の凹部のうち、内周側の端が、前記第二の凹部の内周側の端と配線幅の４倍以内の距離だけ離れて近接する部分に設けられる
電磁共鳴結合器。
前記第一の共鳴配線の形状は、５箇所以上の曲がり部を有する形状である
請求項１に記載の電磁共鳴結合器。
前記第一の共鳴配線の形状は、直角に曲がる曲がり部を有する形状である
請求項１又は２に記載の電磁共鳴結合器。
前記第一の共鳴配線の形状は、対称性を有する形状である
請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
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、前記信号の基準電位を表すグランド配線が設けられる
請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
さらに、前記第二の基板に対向して設けられたキャップ基板を備え、
前記キャップ基板の、前記第二の基板と対向しない側の面には、前記信号の基準電位を表すグランド配線が設けられる
請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
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、または前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、及び前記第二の入出力配線の周辺には、前記信号の基準電位を表すグランド配線が設けられる
請求項１から６のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
さらに、前記第二の基板に対向して設けられたキャップ基板を備え、
前記キャップ基板の、前記第二の基板に対向しない側の面には、前記信号の基準電位を表す第一のグランド配線が設けられ、
前記第二の基板上の、前記第二の共鳴配線、及び前記第二の入出力配線の周辺には、前記信号の基準電位を表す第二のグランド配線が設けられ、
前記第一のグランド配線と前記第二のグランド配線とは、ビアホールによって接続されている
請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。
前記第一の入出力配線は、前記第一の共鳴配線の外周側の端において、前記第一の共鳴配線の一端の端から前記第一の共鳴配線の外周側の端における配線長の４分の１の長さに相当する位置に接続され、
前記第二の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の外周側の端において、前記第二の共鳴配線の一端の端から前記第二の共鳴配線の外周側の端における配線長の４分の１の長さに相当する位置に接続される
請求項１から８のいずれか１項に記載の電磁共鳴結合器。