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WO2013065238A1 - 共鳴結合器 - Google Patents

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Publication number
WO2013065238A1
WO2013065238A1 PCT/JP2012/006493 JP2012006493W WO2013065238A1 WO 2013065238 A1 WO2013065238 A1 WO 2013065238A1 JP 2012006493 W JP2012006493 W JP 2012006493W WO 2013065238 A1 WO2013065238 A1 WO 2013065238A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wiring
resonance
transmission
input
reception
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/006493
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
永井　秀一
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Priority to CN201280010610.9A priority Critical patent/CN103403957B/zh
Priority to JP2013541600A priority patent/JP6074747B2/ja
Publication of WO2013065238A1 publication Critical patent/WO2013065238A1/ja
Priority to US14/063,399 priority patent/US8729983B2/en
Priority to US14/245,224 priority patent/US9391353B2/en

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    • 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
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20381—Special shape resonators
    • 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
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/187—Broadside coupled lines

Definitions

  • the present invention relates to a resonance coupler used for non-contact signal transmission or non-contact power transmission.
  • Patent Document 1 As an example of a non-contact transmission device using a non-contact transmission technique, an electronic circuit element called a digital isolator is known (for example, see Patent Document 1).
  • the technique described in Patent Document 1 is a technique that can separate the ground of the logic signal and the ground of the RF signal, and is therefore used in various applications.
  • Such a contactless transmission device is used as a gate drive element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) which is a semiconductor switching element for power electronics. More specifically, such a non-contact transmission device is used in an inverter system or a matrix converter system that realizes an AC power source having an arbitrary frequency from a DC power source.
  • a gate drive element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) which is a semiconductor switching element for power electronics.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • an electromagnetic resonance coupler (or also called an electromagnetic resonance coupler) that uses the coupling of two electric wiring resonators has attracted much attention in recent years (for example, Patent Documents). 2 and Non-Patent Document 1).
  • Such an electromagnetic resonance coupler is characterized by high efficiency and long-distance signal transmission.
  • an electromagnetic resonance coupler When an electromagnetic resonance coupler is used as the gate drive element, a non-contact transmission device including a large number of electromagnetic resonance couplers is required.
  • electromagnetic resonance couplers are very large compared to transistors and the like of semiconductor integrated circuits, and thus there is a problem in miniaturization and high integration of non-contact transmission devices.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide an electromagnetic resonance coupler that realizes miniaturization and high integration of a non-contact transmission device.
  • a resonant coupler is a resonant coupler that transmits a high-frequency signal in a contactless manner between a first transmission line and a second transmission line.
  • a first resonance wiring that is a circular wiring in which a part of the wiring is opened by an open portion, and a first input / output wiring and a second input / output wiring connected to the first resonance wiring.
  • the first transmission line provided on the first plane, the second resonance wiring that is the same wiring width and the same shape as the first resonance wiring, and the second resonance wiring are connected to the second resonance wiring.
  • the second transmission line provided with the third input / output wiring and the fourth input / output wiring on the second plane opposite to the first plane, on the first resonance wiring, Connection location where the first input / output wiring is connected and connection location where the second input / output wiring is connected
  • a first ground portion provided between the first ground line and the first ground line representing a reference potential of the high-frequency signal in the first transmission line
  • a second grounding portion provided between a connection point to which the third input / output wiring is connected and a connection point to which the fourth input / output wiring is connected is the high frequency in the second transmission line.
  • the first transmission line and the second transmission line are connected to a second ground line that represents a reference potential of the signal, and the first transmission line and the second transmission line are viewed from a direction perpendicular to the first plane.
  • the outline of the resonance wiring and the outline of the second resonance wiring coincide with each other, and the first resonance wiring and the second resonance wiring are provided so as to be in a point-symmetric relationship.
  • a non-contact transmission device using a plurality of resonant couplers can be miniaturized and highly integrated.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electromagnetic resonance coupler according to Patent Document 2.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating transmission characteristics of the electromagnetic resonance coupler according to Patent Document 2.
  • FIG. 3 is a perspective view (perspective view) of the resonance coupler according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the resonant coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a top view of the transmission board of the resonant coupler according to the first embodiment.
  • 6 is a top view of the receiving substrate of the resonant coupler according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating transmission characteristics of each input / output terminal of the resonant coupler according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of an electromagnetic resonance coupler according to Patent Document 2.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating transmission characteristics of the electromagnetic resonance coupler according to Patent Document 2.
  • FIG. 3 is a perspective view (perspective view) of
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the separation characteristics of the input / output terminals of the resonant coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a top view of a transmission board provided with a ground isolation region.
  • FIG. 10 is a perspective view (perspective view) of the resonant coupler according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a top view of the transmission board of the resonant coupler according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a top view of the transmission board of the resonant coupler according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram (perspective view) of the resonant coupler according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a top view of the transmission board of the resonance coupler according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a top view of a receiving substrate of the resonant coupler according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a top view of the transmission substrate in which the resonance wiring is connected to the ground by vias
  • an open ring type electromagnetic resonance coupler as shown in FIG. 1 has a simple structure, but is easily miniaturized and can realize non-contact transmission in a small space.
  • FIG. 2 is a diagram showing the transmission characteristics of the open ring electromagnetic resonance coupler disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. 2 is a diagram showing the transmission characteristics of the open ring electromagnetic resonance coupler disclosed in Patent Document 2.
  • S21 indicates an insertion loss of the open ring type electromagnetic resonance coupler, which indicates that an electric signal having a frequency near 15 GHz can be efficiently transmitted with an insertion loss of about 1 dB.
  • the frequency (operating frequency) of a signal that can be transmitted by an open ring type electromagnetic resonance coupler as shown in FIG. 1 is accurately determined by the inductance and capacitance of the ring type resonance wiring of the electromagnetic resonance coupler.
  • the operating frequency can be approximately obtained from the effective area of the ring wiring and the dielectric constant of the substrate on which the ring wiring is formed.
  • Equation 1 Equation 1 where c is the speed of light and ⁇ r is the relative dielectric constant of the substrate (dielectric). Further, a is an effective area of the ring-shaped wiring and is about the diameter of the ring.
  • the diameter of the ring-shaped wiring is about 1 mm.
  • the operating frequency becomes 1/2, 7.5 GHz band.
  • the size of the open ring type electromagnetic resonance coupler is very large compared to the transistor of a semiconductor integrated circuit.
  • an electromagnetic resonance coupler is used as a gate driving element for an inverter system or the like described in the background art
  • a non-contact transmission device including a large number of electromagnetic resonance couplers is required. Integration is a challenge.
  • a resonant coupler is a resonant coupler that transmits a high-frequency signal in a contactless manner between a first transmission line and a second transmission line.
  • a first resonance wiring that is a circular wiring in which a part of the wiring is opened by an open portion, and a first input / output wiring and a second input / output wiring connected to the first resonance wiring.
  • the first transmission line provided on the first plane, the second resonance wiring that is the same wiring width and the same shape as the first resonance wiring, and the second resonance wiring are connected to the second resonance wiring.
  • the second transmission line provided with the third input / output wiring and the fourth input / output wiring on the second plane opposite to the first plane, on the first resonance wiring, Connection location where the first input / output wiring is connected and connection location where the second input / output wiring is connected
  • a first ground portion provided between the first ground line and the first ground line representing a reference potential of the high-frequency signal in the first transmission line
  • a second grounding portion provided between a connection point to which the third input / output wiring is connected and a connection point to which the fourth input / output wiring is connected is the high frequency in the second transmission line.
  • the first transmission line and the second transmission line are connected to a second ground line that represents a reference potential of the signal, and the first transmission line and the second transmission line are viewed from a direction perpendicular to the first plane.
  • the outline of the resonance wiring and the outline of the second resonance wiring coincide with each other, and the first resonance wiring and the second resonance wiring are provided so as to be in a point-symmetric relationship.
  • the first transmission line may be provided on one surface of the first substrate, and the second transmission line may be provided on one surface of the second substrate. Good.
  • the first ground wiring is provided on the other surface of the first substrate or a substrate provided opposite to the first substrate, and the first grounding portion is provided. Is connected to the first ground wiring by a first via hole, and the second ground wiring is provided on the other surface of the second substrate or a substrate provided opposite to the second substrate.
  • the second grounding portion may be connected to the second ground wiring by a second via hole.
  • the first grounding portion is connected to the first via hole via a wiring
  • the second grounding portion is connected to the second via hole via a wiring. May be.
  • the first via hole is provided inside the circular shape of the first resonance wiring
  • the second via hole is the circular shape of the second resonance wiring. It may be provided inside.
  • the resonant coupler can be downsized.
  • the first ground wiring is one surface of the first substrate, and includes the first resonance wiring, the first input / output wiring, and the second wiring.
  • the second ground wiring is one surface of the second substrate, the second resonance wiring, the third input / output wiring, and the fourth It may be provided around the input / output wiring.
  • the transmission line of the resonant coupler has a coplanar wiring structure, and since there is a ground around the resonant coupler, there is an effect of improving the transmission efficiency of the electromagnetic resonant coupler and suppressing unnecessary radiation noise.
  • the first input / output wiring is connected to a position corresponding to a length of three-eighths of the wiring length of the first resonance wiring from one end of the first resonance wiring.
  • the second input / output wiring is connected from one end of the first resonance wiring to a position corresponding to a length of 5/8 of the wiring length of the first resonance wiring,
  • the output wiring is connected to a position corresponding to three-eighths of the wiring length of the second resonance wiring from one end of the second resonance wiring, and the fourth input / output wiring is connected to the second resonance wiring. May be connected to a position corresponding to a length of 5/8 of the wiring length of the second circuit wiring from one end of the resonance wiring.
  • the first grounding portion may be Provided at a position corresponding to one-half the wiring length of the first resonance wiring from one end of the first resonance wiring;
  • the second grounding portion may be provided at a position corresponding to one half of the wiring length of the second resonance wiring from one end of the second resonance wiring.
  • the distance between the first transmission line and the second transmission line in the direction perpendicular to the first plane between the first resonance wiring and the second resonance wiring is the wavelength of the high-frequency signal. You may be provided facing so that it may become 1/2 or less.
  • the circular contour may be circular.
  • the contour of the circular shape may be a rectangle.
  • the loop shape may be a shape having at least five bent portions.
  • the resonance coupler can be further downsized. Therefore, a very small non-contact transmission device can be realized.
  • a resonant coupler that transmits a high-frequency signal in a non-contact manner between a first transmission line and a second transmission line, wherein a part of the wiring is opened by an open portion.
  • a first input / output wiring group which is a wiring group of n (n is an integer of 3 or more) connected to the first resonant wiring on the first plane.
  • the first transmission line provided, the second resonance wiring that is the same wiring width and the same shape as the first resonance wiring, and n wiring groups connected to the second resonance wiring
  • the second transmission line provided on the second plane opposite to the first plane, the first input / output on the first resonance wiring.
  • connection location where the wiring group is connected and a connection where the first input / output wiring group adjacent to the connection location is connected N-1 grounding portions provided between the first resonance line and the first resonance line are connected to a first ground line representing a reference potential of the high-frequency signal in the first transmission line.
  • N-1 grounds provided between a connection point where the second input / output wiring group is connected and a connection point where the second input / output wiring group adjacent to the connection point is connected
  • the unit is connected to a second ground wiring that represents a reference potential of the high-frequency signal in the second transmission line, and the first transmission line and the second transmission line are the first plane
  • the outline of the first resonance line and the outline of the second resonance line coincide with each other, and the first resonance line and the second resonance line are point-symmetric. It may be provided so as to be in the relationship.
  • FIG. 3 is a perspective view of the resonant coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the resonant coupler of FIG. 3 taken 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 substrate).
  • the resonant coupler 10 according to Embodiment 1 of the present invention is a resonant coupler that transmits an AC signal of 18 GHz.
  • the resonant coupler 10 can transmit two signals through a set of resonance wirings.
  • the resonant coupler 10 includes a transmission substrate (first substrate) 101, a reception substrate (second substrate) 102 provided on the transmission substrate 101, and a cover substrate 103 provided on the reception substrate 102. Consists of.
  • the transmission substrate 101, the reception substrate 102, and the cover substrate 103 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 (circular) transmission-side resonance wiring (first resonance wiring) 113 opened by the slit 115 is formed on the upper surface (first plane) of the transmission substrate 101.
  • a transmission side coplanar ground 114 that is a metal conductor is formed around the first transmission wiring 111, the second transmission wiring 112, and the transmission side resonance wiring 113.
  • the reception board 102 is overlapped with the transmission board 101 so as to cover the transmission-side resonance wiring 113 of the transmission board 101.
  • a first reception wiring (third input / output wiring) 121, a second reception wiring (fourth input / output wiring) 122, which is a metal wiring, and a reception side slit are formed on the upper surface (second plane) of the reception substrate 102.
  • a first reception wiring (third input / output wiring) 121, a second reception wiring (fourth input / output wiring) 122, which is a metal wiring, and a reception side slit are formed on the upper surface (second plane) of the reception substrate 102.
  • a circular (circular shape) reception-side resonance wiring (second resonance wiring) 123 opened by 125 is formed.
  • a reception side coplanar ground 124 that is a metal conductor is formed around the first reception wiring 121, the second reception wiring 122, and the reception side resonance wiring 123.
  • the cover substrate 103 is overlapped with the transmission substrate 101 so as to cover the reception-side resonance wiring 123 of the reception substrate 102.
  • a cover ground 105 which is a metal conductor, is installed on the upper surface of the cover substrate 103.
  • the material of the metal wiring and the metal conductor is, for example, gold, but may be other metal materials.
  • a back surface ground 104 that is a metal conductor is formed on the back surface of the transmission substrate 101.
  • the grounding unit is connected to the back surface ground 104 by a transmission-side separation via 116 that penetrates the transmission substrate 101.
  • the transmission side separation via 116 is formed of a metal conductor, for example, gold.
  • reception-side resonance wiring 123 formed on the upper surface of the reception substrate 102, the connection location between the reception-side resonance wiring 123 and the first reception wiring 121, the reception-side resonance wiring 123, and the second reception wiring 122.
  • a grounding portion (second grounding portion) is provided between the connecting portion and the connecting portion.
  • the grounding unit is connected to the cover ground 105 by a reception-side separation via 126 that penetrates the cover substrate 103.
  • the reception side separation via 126 is formed of a metal conductor, for example, gold.
  • the back surface ground 104 and the transmission side coplanar ground 114 are connected by a ground via 106 penetrating the transmission substrate 101.
  • the back surface ground 104 and the transmission side coplanar ground 114 are transmission grounds (first ground wirings) representing the reference potential of signals in the transmission substrate 101.
  • the ground via 106 is formed of a metal conductor, for example, gold.
  • the cover ground 105 and the receiving side coplanar ground 124 are connected by a ground via 107 penetrating the cover substrate 103.
  • the cover ground 105 and the reception side coplanar ground 124 are reception grounds (second ground wirings) representing the reference potential of signals in the reception substrate 102.
  • the ground via 107 is formed of a metal conductor, for example, gold.
  • FIG. 5 is a top view of the transmission board 101.
  • the transmission-side resonance wiring 113 has a circular shape with a diameter of 1 mm, and has a circular shape in which a part of the closed-curved wiring is opened by the transmission-side slit 115.
  • the wiring width of the transmission-side resonance wiring 113 is 0.1 mm.
  • the transmission-side resonance wiring 113, the first transmission wiring 111, and the second transmission wiring 112 are physically and electrically connected. Specifically, one end of the first transmission wiring 111 is located at a position corresponding to three-eighths of the wiring length of the transmission-side resonance wiring 113 from one end of the transmission-side slit 115 portion of the transmission-side resonance wiring 113. Connected. In addition, one end of the second transmission wiring 112 is connected to a position corresponding to a length corresponding to 5/8 of the wiring length of the transmission resonance wiring 113 from the one end of the transmission slit 115 portion of the transmission resonance wiring 113.
  • the other end of the first transmission wiring 111 that is not connected to the transmission-side resonance wiring 113 is the input terminal A, and the other end of the second transmission wiring 112 that is not connected to the transmission-side resonance wiring 113 is the input terminal B. It is.
  • the wiring width of the first transmission wiring 111 and the second transmission wiring 112 is 0.1 mm.
  • the transmission side resonance wiring 113 is connected to the back surface ground 104 by a transmission side separation via 116.
  • one end of the transmission-side isolation via 116 is connected to a position (grounding portion) corresponding to one-half the length of the transmission-side resonance wiring 113 from one end of the transmission-side resonance wiring 113.
  • the transmission-side isolation via 116 is provided inside the circular transmission-side resonance wiring 113.
  • the transmission-side isolation via 116 is connected between the connection location on the transmission-side resonance wiring 113 where the first transmission wiring 111 is connected and the connection location where the second transmission wiring 112 is connected.
  • the other end of the transmission side separation via 116 is connected to the selling surface ground.
  • the diameter of the transmitting side separation via 116 is 0.1 mm.
  • the transmission side coplanar ground 114 is formed along the periphery of the first transmission wiring 111, the second transmission wiring 112, and the transmission side resonance wiring 113.
  • the receiving substrate 102 is superimposed on the upper surface of the transmitting substrate 101.
  • the receiving board 102 is arranged so that the input terminals A and B are not completely covered.
  • FIG. 6 is a top view of the receiving substrate 102.
  • the reception side resonance wiring 123 has a circular shape with a diameter of 1 mm, and has a circular shape in which a part of the closed curve wiring is opened by the reception side slit 125.
  • the wiring width of the reception-side resonance wiring 123 is 0.1 mm.
  • the reception-side resonance wiring 123, the first reception wiring 121, and the second reception wiring 122 are physically and electrically connected.
  • the first reception wiring 121 is connected from one end of the reception-side slit 125 portion of the reception-side resonance wiring 123 to a position corresponding to the length of three-eighths of the wiring length of the reception-side resonance wiring 123.
  • the second reception wiring 122 is connected to a position corresponding to a length of 5/8 of the wiring length of the reception-side resonance wiring 123 from the one end of the reception-side slit 125 portion of the reception-side resonance wiring 123.
  • the termination of the first reception wiring 121 not connected to the reception resonance wiring 123 is the output terminal C, and the termination of the second reception wiring 122 not connected to the reception resonance wiring 123 is the output terminal D. .
  • the wiring width of the first reception wiring 121 and the second reception wiring 122 is 0.1 mm.
  • the reception side resonance wiring 123 is connected to the cover ground 105 by the reception side separation via 126.
  • one end of the reception-side isolation via 126 is connected to a position (grounding portion) corresponding to one half of the length of the reception-side resonance wiring 123 from one end of the reception-side resonance wiring 123.
  • the reception-side separation via 126 is provided inside the loop-shaped reception-side resonance wiring 123.
  • the reception-side isolation via 126 is connected between a connection location on the reception-side resonance wiring 123 where the first reception wiring 121 is connected and a connection location where the second reception wiring 122 is connected.
  • the other end of the receiving side separation via 126 is connected to the cover ground 105.
  • the diameter of the receiving side separation via 126 is 0.1 mm.
  • the reception side coplanar ground 124 is formed along the periphery of the first reception wiring 121, the second reception wiring 122, and the reception side resonance wiring 123.
  • the cover substrate 103 is overlaid on the upper surface of the reception substrate 102.
  • the cover substrate 103 is arranged so that the output terminals C and D are not completely covered.
  • the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 are resonant on the transmission side when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the transmission substrate 101 (hereinafter also referred to as a top view).
  • the outline of the wiring 113 and the outline of the reception-side resonance wiring 123 are overlapped (provided so as to face each other).
  • the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 are overlapped so that the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 have a point-symmetric relationship when viewed from above.
  • the outline of the transmission-side resonance wiring 113 (reception-side resonance wiring 123) is defined as follows.
  • the transmission-side resonance wiring 113 is not provided with the transmission-side slit 115 and the transmission-side resonance wiring 113 is a closed wiring having a circular shape
  • the closed wiring having the circular shape is closed. It has an inner peripheral side (inner side) contour that defines a region surrounded by the wiring, and an outer peripheral side (outer side) contour that defines the shape of the closed wiring with the circular shape together with the inner peripheral side contour.
  • the outline of the transmission-side resonance wiring 113 means the outline on the outer peripheral side of the transmission-side resonance wiring 113 among these two outlines.
  • the inner contour and the outer contour define the transmission resonance wiring 113
  • the outer contour defines the area occupied by the transmission resonance wiring 113.
  • the distance between the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 in the direction perpendicular to the main surface of the transmission substrate 101 is 0.2 mm, which is the substrate thickness of the reception substrate 102. This is one half or less of the wavelength of the 18 GHz AC signal input to the resonant coupler 10 in the first embodiment.
  • the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 are resonantly coupled in the near field region.
  • the resonance coupler 10 operates as an electromagnetic resonance coupler.
  • the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 are electromagnetically coupled and resonate at a frequency near 18 GHz. Therefore, when an alternating current having a frequency near 18 GHz is generated in the transmission-side resonance wiring 113, an alternating current having the same frequency is also generated in the reception-side resonance wiring 123 due to electromagnetic resonance coupling.
  • an alternating current having a frequency near 18 GHz is transmitted from the transmission side resonance wiring 113 to the reception side resonance wiring 123 in a non-contact manner by electromagnetic resonance coupling. Since electromagnetic resonance coupling coupled in the near field hardly emits unnecessary radio waves, radiation noise is very small in such non-contact transmission.
  • the resonant coupler 10 includes two input terminals (input terminals A and B) and two output terminals (output terminals C and D), and can transmit two signals simultaneously by separating them.
  • two AC signals are obtained by connecting the ground portions of the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 to the transmission ground and the reception ground by the transmission-side separation via 116 and the reception-side separation via 126, respectively. Can be transmitted separately.
  • the region of the transmission-side resonance wiring 113 to which the first transmission wiring 111 (input terminal A) is connected is the wiring region A and the second region.
  • a region to which the transmission wiring 112 (input terminal B) is connected is defined as a wiring region B.
  • the region to which the first reception wiring 121 (output terminal C) is connected among the reception-side resonance wirings 123 is defined as the wiring region C
  • a region to which the second reception wiring 122 (output terminal D) is connected is defined as a wiring region D.
  • the input AC signal is transmitted via the first transmission wiring 111 to the transmission-side resonance wiring. 113.
  • the ground portion of the transmission-side resonance wiring 113 is connected to the transmission ground by the transmission-side separation via 116, the input AC signal is not output to the input terminal B.
  • the transmission side resonance wiring 113 and the reception side resonance wiring 123 are designed to resonate in the vicinity of 18 GHz, the AC signal transmitted to the transmission side resonance wiring 113 is transmitted to the reception side resonance wiring 123. At this time, the AC signal generated in the transmission-side resonance wiring 113 is output to the output terminal C via the first reception wiring 121. This is because the output terminal C (first reception wiring 121) is connected to the wiring region C that overlaps the upper surface of the wiring region A in the transmission-side resonance wiring 113. In addition, since the ground portion of the reception-side resonance wiring 123 is connected to the transmission ground by the reception-side isolation via 126, the input AC signal is not output to the output terminal D.
  • the 18 GHz AC signal input to the input terminal B of the transmission board 101 is transmitted to the transmission-side resonance wiring 113 via the second transmission wiring 112.
  • the ground portion of the reception-side resonance wiring 123 is connected to the reception ground by the transmission-side isolation via 116, the input AC signal is not output to the input terminal A.
  • the transmission side resonance wiring 113 and the reception side resonance wiring 123 are designed to resonate in the vicinity of 18 GHz, the AC signal transmitted to the transmission side resonance wiring 113 is transmitted to the reception side resonance wiring 123. At this time, the AC signal generated in the reception-side resonance wiring 123 is output to the output terminal D through the second reception wiring 122.
  • the output terminal D (second reception wiring 122) is connected to the wiring region D that is superimposed on the upper surface of the wiring region B in the transmission-side resonance wiring 113.
  • the ground portion of the reception-side resonance wiring 123 is connected to the transmission ground by the reception-side isolation via 126, the input AC signal is not output to the output terminal C.
  • FIGS. 7 and 8 are actual measurement data.
  • FIG. 7 is a diagram showing the reflection amount of the input signal of the resonant coupler 10 and the insertion loss between the input and output.
  • graph A represents the amount of reflection.
  • the amount of reflection is the decibel (dB) of the ratio between the power of the input signal and the power of the signal reflected from the input terminal A (reflected signal) when the input signal (AC signal) is input to the input terminal A.
  • the left vertical axis in FIG. 7 represents the amount of reflection, and the larger the value, the greater the reflection.
  • the horizontal axis represents the frequency of the input signal.
  • the reflection amount of the graph A is ⁇ 25 dB or less, and the reflection of the input signal is very small.
  • graph B shows the power of the input signal and the input terminal B when an input signal (AC signal) is input to the input terminal B. This is the amount of reflection that represents the ratio of the signal (reflected signal) reflected by the power to the power.
  • graph B as in graph A, when the frequency of the input signal is around 18 GHz, the reflection of the input signal is very small.
  • graph AC is a graph represented by “between A and C” (hereinafter referred to as graph AC), and represents an insertion loss between the input terminal A and the output terminal C.
  • the insertion loss is a decibel (dB) representing the power loss of the signal transmitted from the input terminal A to the output terminal C when the input signal is input to the input terminal A.
  • the vertical axis on the right side of FIG. 7 represents the insertion loss, and the larger the value, the greater the loss of the input signal.
  • the horizontal axis represents the frequency of the input signal.
  • the insertion loss is about 2 dB in the frequency band from 15 GHz to 20 GHz, and the loss is small. That is, a signal having a frequency of 15 GHz to 20 GHz is efficiently transmitted from the input terminal A to the output terminal C.
  • graph BD represents an insertion loss between the input terminal B and the output terminal D.
  • the insertion loss represents a power loss of a signal transmitted from the input terminal B to the output terminal D when an input signal is input to the input terminal B.
  • the insertion loss is about 2 dB in the frequency band from 15 GHz to 20 GHz, and the loss is small. That is, a signal having a frequency of 15 GHz to 20 GHz is efficiently transmitted from the input terminal B to the output terminal D.
  • FIG. 8 is a diagram showing the amount of signal separation of the resonant coupler 10.
  • graph AB represents the amount of separation between the input terminal A and the input terminal B.
  • the separation amount is the ratio of the power of the input signal when the input signal is input to the input terminal A and the power of the signal appearing at the input terminal B expressed in decibels (dB).
  • the vertical axis in FIG. 8 represents the amount of separation, and the larger the value, the more separated the signal.
  • the horizontal axis represents the frequency of the input signal.
  • the separation amount is 10 dB or more in the frequency band near 18 GHz. That is, when an input signal having a frequency near 18 GHz is input to the input terminal A, the influence of the input signal input to the input terminal A to the input terminal B is small.
  • graph AD represents the amount of separation between the input terminal A and the output terminal D.
  • the separation amount represents the ratio of the power of the input signal when the input signal is input to the input terminal A and the power of the signal appearing at the output terminal D.
  • the separation amount is 10 dB or more in the frequency band near 18 GHz. That is, when an input signal having a frequency near 18 GHz is input to the input terminal A, the influence of the input signal input to the input terminal A to the output terminal D is small.
  • the insertion loss between the corresponding input / output terminals (between the input terminal A and the output terminal C and the input terminal B in the frequency band used for signal transmission). -Between output terminals D) is small.
  • the resonant coupler 10 when the resonant coupler 10 according to the first embodiment is used, since the isolation between signals is high, two-path non-contact transmission is realized with one resonant coupler. Therefore, by using the resonant coupler 10, it is possible to reduce the size and increase the integration of the non-contact transmission device. Further, in a semiconductor substrate, since the cost varies depending on the area of the substrate, the cost reduction effect due to downsizing is high.
  • the transmission-side isolation via 116 is connected from the one end of the transmission-side resonance wiring 113 to a position (grounding portion) corresponding to one-half of the wiring length of the transmission-side resonance wiring 113.
  • the connection position of the transmission side separation via 116 is not limited to this. If the transmission-side isolation via 116 is connected to a region on the transmission-side resonance wiring 113 between the connection location to which the first transmission wiring 111 is connected and the connection location to which the second transmission wiring 112 is connected. Good.
  • reception-side isolation via 126 is connected to a region on the reception-side resonance wiring 123 between a connection location where the first reception wiring 121 is connected and a connection location where the second reception wiring 122 is connected. It only has to be done.
  • the first transmission wiring 111 is connected from one end of the transmission-side slit 115 portion of the transmission-side resonance wiring 113 to a position corresponding to the length of three-eighths of the transmission-side resonance wiring 113.
  • the connection location of the first transmission wiring 111 is not limited to this. The same applies to the second transmission wiring 112, the first reception wiring 121, and the second reception wiring 122.
  • first transmission wiring 111 and the second reception wiring 122 may not be arranged on a straight line.
  • second transmission wiring 112 and the first reception wiring 121 may not be arranged on a straight line.
  • the transmission-side resonance wiring 113 and the first transmission wiring 111 and the second transmission wiring 112 are directly connected, and the transmission-side resonance wiring 113 and the transmission-side separation via 116 are directly connected. What is necessary is just to be electrically connected in the frequency band of the signal transmitted. That is, it may be connected via a capacitive element or the like.
  • the reception-side resonance wiring 123, the first reception wiring 121, the second reception wiring 122, and the reception-side separation via 126 may be electrically connected in the frequency band of the signal to be transmitted.
  • the transmission board 101 and the reception board 102 are overlapped so that the outline of the transmission-side resonance wiring 113 and the outline of the reception-side resonance wiring 123 coincide with each other when viewed from above, but the outlines completely match each other. It does not have to be.
  • the resonance coupler 10 can sufficiently operate within the range of individual differences in the manufacturing resonance wiring, the manufacturing substrate layout deviation, and the like.
  • the transmission substrate 101, the reception substrate 102, and the cover substrate 103 are sapphire substrates, but may be substrates formed of silicon, a semiconductor, and other dielectric materials.
  • the transmission side coplanar ground 114 may be formed along only the first transmission wiring 111 and the second transmission wiring 112. Further, the transmission side coplanar ground 114 may not be formed. Similarly, the reception side coplanar ground 124 may be formed only along the first reception wiring 121 and the second reception wiring 122. Further, the receiving side coplanar ground 124 may not be formed.
  • the transmission substrate 101 and the reception substrate 102 are overlapped has been described.
  • the transmission-side wiring and the reception-side wiring may be formed on the upper surface and the lower surface of one substrate, respectively. .
  • the input terminal and the output terminal are distinguished from each other.
  • the input terminal and the output terminal can be exchanged. That is, for example, a signal input to the output terminal C can be output from the input terminal A.
  • two transmission / reception wirings are connected to each of the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123, but three or more are connected to each of the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123.
  • Input / output wiring (input / output wiring group) may be connected.
  • a grounding portion is provided between the connection portions of the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 where the input / output wiring group is connected, and all the grounding portions are connected to the ground wiring.
  • the reference potential of the signals input to the input terminals A and B is both the transmission ground, but a configuration in which the transmission ground is separated for each input terminal is also possible.
  • FIG. 9 is a top view of the transmission board 701 in such a case.
  • a transmission side coplanar ground which is a transmission ground is formed around the transmission side resonance wiring 713, the first transmission wiring 711, and the second transmission wiring 712. Since no metal conductor is provided in the separation region 717, the transmission side coplanar ground is separated into two. That is, the transmission ground is separated into two, a transmission side coplanar ground 714A corresponding to the input terminal A and a transmission side coplanar ground 714B corresponding to the input terminal B.
  • the transmission side coplanar grounds 714A and 714B separated into two are not connected to the back surface ground provided on the back surface of the transmission board 701. Further, the configuration (transmission side slit 715, transmission side separation via 716, etc.) other than the separation region 717 of the transmission substrate 701 is the same as that of the transmission substrate 101 shown in FIG.
  • the reception side coplanar ground of the reception board 702 can be configured to separate the reception ground by providing a ground separation region.
  • the transmission-side separation via 116 and the reception-side separation via 126 are used to realize two-contact non-contact signal transmission with one resonance coupler, but the resonance coupler 10 has a configuration in which no via is used. There may be.
  • the transmission side and reception side resonance wirings may be connected to the coplanar ground by wiring.
  • FIG. 10 is a perspective view of the resonance coupler 20 in which the resonance wiring is connected to the coplanar ground by wiring.
  • FIG. 11 is a top view of the transmission board 801 of such a resonant coupler 20.
  • reception board 802 since the structure of the reception board 802 is the same as that of the transmission board 801, the drawing of the reception board 802 is omitted.
  • the following description of the second embodiment details of components, configurations, operations, and the like not particularly described are the same as those of the first embodiment.
  • the resonant coupler 20 includes a transmission board 801, a reception board 802 provided on the transmission board 801, and a cover board 803 provided on the reception board 802.
  • a first transmission wiring 811 which is a metal wiring
  • a second transmission wiring 812 and a circular transmission resonance wiring 813 which is opened by a transmission slit 815 are formed.
  • a transmission side coplanar ground 814 that is a metal conductor is formed around the first transmission wiring 811, the second transmission wiring 812, and the transmission side resonance wiring 813.
  • a back surface ground 804 is formed on the lower surface of the transmission substrate 801.
  • the reception board 802 is overlapped with the transmission board 801.
  • a first reception wiring 821 which is a metal wiring
  • a second reception wiring 822 and a circular reception resonance wiring 823 opened by a reception side slit 825 are formed.
  • a reception side coplanar ground 824 that is a metal conductor is formed around the first reception wiring 821, the second reception wiring 822, and the reception side resonance wiring 823.
  • the cover substrate 803 is overlapped with the reception substrate 802.
  • a cover ground 805 that is a metal conductor is provided on the upper surface of the cover substrate 803.
  • the transmission side separation wiring 818 is connected to a position corresponding to one-half of the wiring length of the transmission side resonance wiring 813 from one end of the transmission side resonance wiring 813.
  • the other end of the transmission side separation wiring 818 is connected to the transmission side coplanar ground 814.
  • the transmission side coplanar ground 814 is a transmission ground representing a reference potential of a signal input to the transmission board 801.
  • reception side separation wiring 819 is connected to a position corresponding to one half of the wiring length of the reception side resonance wiring 823 from one end of the reception side resonance wiring 823.
  • the other end of the reception side separation wiring 819 is connected to the reception side coplanar ground 824.
  • the reception side coplanar ground 824 is a reception ground representing a reference potential of a signal input to the reception board 802.
  • the material of the transmission side separation wiring 818 and the reception side separation wiring 819 is, for example, gold, but may be other metal materials.
  • the wiring width of the transmission side separation wiring 818 and the reception side separation wiring 819 is, for example, 0.1 mm.
  • the transmission characteristics as shown in FIGS. 7 and 8 of the first embodiment are obtained, two-path non-contact signal transmission can be realized with one resonance coupler.
  • the contactless signal transmission device can be miniaturized and highly integrated using the resonance coupler 10.
  • the cover ground 805 and the back ground 804 need not be formed. This is because, as described above, the transmission side coplanar ground 814 serves as a transmission ground representing the reference potential of a signal input to the transmission board 801, and the reception side coplanar ground serves as a reception ground. Therefore, in this case, a configuration in which the cover substrate 803 is not used is also possible.
  • the first transmission wiring 811, the second transmission wiring 812, the first reception wiring 821, and the second reception wiring 822 are coplanar wiring structures. It becomes.
  • the manufacturing process of the resonant coupler 10 can be simplified. Moreover, since the structure which does not use a cover board
  • FIG. 12 is a top view showing the transmission board 1001 in such a case.
  • details of components, configurations, operations, and the like not particularly described are the same as those of the first embodiment.
  • a transmission-side resonance wiring 1013, a first transmission wiring 1011 and a second transmission wiring 1012 are formed on the upper surface of the transmission substrate 1001.
  • the transmission-side resonance wiring 1013, the first transmission wiring 1011, and the second transmission wiring 1012 are connected to each other, and around the first transmission wiring 1011, the second transmission wiring 1012, and the transmission-side resonance wiring 1013.
  • a transmission side coplanar ground 1014 is formed.
  • the transmission-side resonance wiring 1013 is a circular wiring opened by the transmission-side slit 1015, and is connected to the transmission-side separation via 1016 via the connection wiring 1018.
  • the transmission side separation via 1016 is connected to the back surface ground formed on the back surface of the transmission substrate 1001.
  • the back surface ground is a transmission ground that represents a reference potential of a signal input to the transmission board 1101. Accordingly, the transmission-side resonance wiring 1013 is connected to the transmission ground at a connection location (grounding portion) to which the connection wiring 1018 is connected.
  • a receiving substrate 1002 is superimposed on the upper surface of the transmitting substrate 1001. Note that since the structure of the reception substrate 1002 is the same as that of the transmission substrate 1001, the drawing of the reception substrate 1002 is omitted.
  • the transmission characteristics shown in FIGS. 7 and 8 of the first embodiment can be obtained, and two-path non-contact signal transmission is performed with one resonance coupler. Can be realized.
  • the contactless signal transmission device can be miniaturized and highly integrated using the resonance coupler 10.
  • connection wiring 1018 It is also possible to finely adjust the transmission characteristics of the resonant coupler by changing the wiring length of the connection wiring 1018.
  • the transmission-side resonance wiring 113 and the reception-side resonance wiring 123 have a circular shape with a diameter of 1 mm, but the resonance wiring may have a rectangular shape or other shapes.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a resonant coupler 40 using the resonant wiring according to the fourth embodiment. Even if the resonance wiring has a shape having five or more bent portions as shown in FIG. 13, the transmission substrate 1101 and the reception substrate 1102 are overlapped as shown in FIG. The operation is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a top view of the transmission board 1101 according to the fourth embodiment.
  • the transmission-side resonance wiring 1113 has a circular shape having a total of 12 bent portions. A part of the transmission side resonance wiring 1113 is opened by a transmission side slit 1115.
  • the wiring width of the transmission side resonance wiring 1113 is, for example, 0.1 mm.
  • One end of the first transmission wiring 1111 is connected from one end of the transmission-side slit 1115 portion of the transmission-side resonance wiring 1113 to a position corresponding to three-eighths of the length of the transmission-side resonance wiring 1113.
  • one end of the second transmission wiring 1112 is connected to a position corresponding to a length corresponding to 5/8 of the wiring length of the transmission-side resonance wiring 1113 from the one end of the transmission-side slit 1115 portion of the transmission-side resonance wiring 1113.
  • the other end of the first transmission wiring 1111 that is not connected to the transmission-side resonance wiring 113 is the input terminal A ′, and the other end of the second transmission wiring 1112 that is not connected to the transmission-side resonance wiring 113 is the input terminal. B ′.
  • the wiring width of the first transmission wiring 1111 and the second transmission wiring 1112 is, for example, 0.1 mm.
  • the transmission-side coplanar ground 1114 is formed along the periphery of the first transmission wiring 1111, the second transmission wiring 1112, and the transmission-side resonance wiring 1113.
  • the transmission side separation wiring 1118 is connected to a position corresponding to one half of the wiring length of the transmission side resonance wiring 1113 from one end of the transmission side resonance wiring 1113.
  • the other end of the transmission side separation wiring 1118 is connected to the transmission side coplanar ground 1114.
  • the transmission side coplanar ground 1114 is a transmission ground representing a reference potential of a signal input to the transmission board 1101.
  • the receiving substrate 1102 is overlaid on the upper surface of the transmitting substrate 1101.
  • a back surface ground is formed on the lower surface of the transmission substrate 1101.
  • FIG. 15 is a top view of the receiving substrate 1102 according to the fourth embodiment.
  • the reception-side resonance wiring 1123 has the same shape as the transmission-side resonance wiring 1113.
  • One end of the first reception wiring 1121 is connected to a position corresponding to three-eighths of the length of the reception resonance wiring 1123 from one end of the reception slit 1125 portion of the reception resonance wiring 1123.
  • one end of the second reception wiring 1122 is connected to a position corresponding to a length corresponding to 5/8 of the wiring length of the reception resonance wiring 1123 from the one end of the reception slit 1125 portion of the reception resonance wiring 1123.
  • the other end of the first reception wiring 1121 that is not connected to the reception-side resonance wiring 1123 is an output terminal C ′, and the other end of the second reception wiring 1122 that is not connected to the reception-side resonance wiring 1123 is an output terminal. D ′.
  • the wiring width of the first reception wiring 1121 and the second reception wiring 1122 is, for example, 0.1 mm.
  • the reception side coplanar ground 1124 is formed along the periphery of the first reception wiring 1121, the second reception wiring 1122, and the reception side resonance wiring 1123.
  • reception side separation wiring 1128 is connected to a position corresponding to one half of the wiring length of the reception side resonance wiring 1123 from one end of the reception side resonance wiring 1123.
  • the other end of the reception side separation wiring 1128 is connected to the reception side coplanar ground 1124.
  • the reception side coplanar ground 1124 is a transmission ground representing a reference potential of a signal input to the reception board 1102.
  • a cover substrate 1103 is overlaid on the upper surface of the reception substrate 1102.
  • a cover ground is formed on the upper surface of the cover substrate 1103.
  • the transmission board 1101 and the reception board 1102 are overlapped so that the outline of the transmission-side resonance wiring 1113 coincides with the outline of the reception-side resonance wiring 1123 when viewed from above.
  • the transmission-side resonance wiring 1113 and the reception-side resonance wiring 1123 are overlapped so as to have a point-symmetric relationship.
  • the resonance coupler 40 according to the fourth embodiment has transmission characteristics equivalent to those of the resonance coupler 10 according to the first embodiment. That is, the transmission characteristics of the resonant coupler 10 according to Embodiment 4 are as follows. In FIGS. 7 and 8, the input terminals A and B are replaced with the input terminals A ′ and B ′, and the output terminals C and D are replaced with the output terminal C ′. And D ′.
  • the resonant coupler 40 can reduce the area occupied by the resonant wiring in the substrate. This is because the resonance wiring of the resonance coupler 40 has a plurality of bent portions. Therefore, the resonant coupler 40 can be further downsized than the resonant coupler 10.
  • the transmission-side resonance wiring 1113 is connected to the transmission-side coplanar ground 1114 by the transmission-side separation wiring 1118, but the transmission-side resonance wiring 1113 may be connected to the back surface ground by vias.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a modification of the transmission board in which the transmission-side resonance wiring according to the fourth embodiment is connected to the ground using vias.
  • the transmission-side resonance wiring 1113 is connected from one end of the transmission-side resonance wiring 1113 to a position (grounding portion) corresponding to one-half the length of the transmission-side resonance wiring 1113.
  • the transmission-side separation via 1116 is provided outside the circular transmission-side resonance wiring 1113.
  • the reception board 1102 can have the same configuration as that of the transmission board 1101. That is, the reception-side resonance wiring 1123 of the reception substrate 1102 may be connected to the cover ground by the via.
  • the resonance wiring may be connected to the via via the wiring as in the third embodiment.
  • the shape of the reception-side resonance wiring 1123 of the reception substrate 1102 superimposed on the upper surface of the transmission substrate 1101 has been described as being the same as the shape of the transmission-side resonance wiring 1113. It does not have to be.
  • the frequency band of the transmitted signal is adjusted by slightly changing the shape (specification) of the reception-side resonance wiring 1123 of the reception substrate 1102 to be superimposed on the same transmission substrate 1101 (FIGS. 7 and 7). 8 can be changed).
  • the length L1 that is the distance between the grounding portion of the reception-side resonance wiring 1123 and the reception-side slit shown in FIG. 15 and the length L2 that is shown in the figure correspond to the correspondence of the transmission-side resonance wiring 1113. Make the length different from each length. Thereby, it is possible to adjust the frequency band of the transmitted signal.
  • the shape of the transmission-side resonance wiring 1113 is slightly different from the shape of the reception-side resonance wiring 1123, it has been confirmed that there is no problem with the operation as a resonance coupler.
  • the area occupied by the resonance wiring in the substrate can be reduced by using the rectangular resonance wiring having a plurality of bent portions as in the fourth embodiment.
  • the contactless transmission device can be further reduced in size and highly integrated.
  • the resonance coupler according to one aspect of the present invention has been described based on Embodiments 1 to 4.
  • the resonant coupler according to one aspect of the present invention two high-frequency signals can be separated and transmitted in a non-contact manner with a single resonant coupler. Therefore, in a non-contact transmission apparatus using a plurality of resonance couplers, downsizing and high integration of the apparatus can be realized by reducing the number of resonance couplers.
  • 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 resonant coupler of the present invention can separate and transmit two signals with a single resonant coupler, and is useful as a non-contact transmission device used for gate driving of an inverter system, a matrix converter system, or the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

　送信基板（１０１）上に設けられた送信側共鳴配線（１１３）は、送信側共鳴配線（１１３）上の、第一の送信配線（１１１）の接続箇所と第二の送信配線（１１２）の接続箇所との間で送信グラウンドに接続され、受信基板（１０２）上に設けられた受信側共鳴配線（１２３）は、受信側共鳴配線（１２３）上の、第一の受信配線（１２１）の接続箇所と第二の受信配線（１２２）の接続箇所との間で受信グラウンドに接続され、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に送信側共鳴配線（１１３）の輪郭と受信側共鳴配線（１２３）の輪郭とが一致し、なおかつ点対称の関係となるように対向して設けられる。

Description

共鳴結合器
　本発明は、非接触信号伝送、または非接触電力伝送に用いられる共鳴結合器に関するものである。
　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（ワイヤレス）伝送技術が知られている。
　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。このため、高周波信号の特性を悪化させない非接触伝送技術が用いられる。
　非接触伝送技術を用いた非接触伝送装置の一例として、デジタルアイソレータと呼ばれる電子回路素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術は、ロジック信号のグラウンドとＲＦ信号のグラウンドとを分離できる技術であることから、様々な用途で用いられている。
　このような非接触伝送装置は、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であるＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ｇａｔｅ　ｂｉｐｏｌａｒ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのゲート駆動素子として用いられる。より具体的には、このような非接触伝送装置は、直流電源から任意の周波数の交流電源を実現するインバータシステムやマトリックスコンバータシステムに用いられる。
　このようなパワー半導体スイッチング素子では、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。このため、このようなパワー半導体スイッチング素子では、グラウンドを分離することが可能な非接触伝送装置がゲートの駆動に用いられる。
　また、非接触伝送技術の一例として、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（例えば、特許文献２、及び非特許文献１参照。）。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
Ａｎｄｒｅ　Ｋｕｒｓ，ｅｔ　ａｌ．："Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｖｉａ　Ｓｔｒｏｎｇｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ"，　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｘｐｒｅｓｓ，　Ｖｏｌ．３１７，　Ｎｏ．５８３４，　ｐｐ．８３－８６　（２２０７）
　上記ゲート駆動素子として電磁共鳴結合器を用いる場合、電磁共鳴結合器を多数備える非接触伝送装置が必要である。しかしながら、電磁共鳴結合器は、半導体集積回路のトランジスタ等に比べれば非常に大きいため、非接触伝送装置の小型化、高集積化が課題である。
　そこで本発明は、上記の課題を解決するもので、非接触伝送装置の小型化、高集積化を実現する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共鳴結合器は、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられることを特徴とする。
　本発明の共鳴結合器によれば、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置を小型化、高集積化することができる。
図１は、特許文献２に係る電磁共鳴結合器の模式図である。 図２は、特許文献２に係る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に係る共鳴結合器の断面図である。 図５は、実施の形態１に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図６は、実施の形態１に係る共鳴結合器の受信基板の上面図である。 図７は、実施の形態１に係る共鳴結合器の各入出力端子の伝送特性を表す図である。 図８は、実施の形態１に係る共鳴結合器の各入出力端子の分離特性を表す図である。 図９は、グラウンド分離領域を設けた送信基板の上面図である。 図１０は、実施の形態２に係る共鳴結合器の斜視図（透視図）である。 図１１は、実施の形態２に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１２は、実施の形態３に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１３は、実施の形態４に係る共鳴結合器の模式図（透視図）である。 図１４は、実施の形態４に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１５は、実施の形態４に係る共鳴結合器の受信基板の上面図である。 図１６は、共鳴配線をビアによりグラウンドと接続した送信基板の上面図である。
　（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、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、小型化が容易であり省スペースで非接触伝送を実現できる。
　また、このようなオープンリング型電磁共鳴結合器は、良好な伝送特性を有することが知られている。
　図２は、特許文献２に開示されている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。
　図１に示されるようなオープンリング型電磁共鳴結合器の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、リング形配線の実効面積及びリング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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　（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、オープンリング型電磁共鳴結合器において１５ＧＨｚ付近の周波数を伝送する場合、リング形配線の直径が１ｍｍ程度の大きさとなる。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。
　つまり、オープンリング型電磁共鳴結合器の大きさは、半導体集積回路のトランジスタ等に比べれば非常に大きい。
　ここで、背景技術において説明したインバータシステム等のゲート駆動素子として電磁共鳴結合器を用いる場合、電磁共鳴結合器を多数備える非接触伝送装置が必要であるため、非接触伝送装置の小型化、高集積化が課題である。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る共鳴結合器は、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられることを特徴とする。
　これにより、１つの共鳴結合器で２つの高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数は半減し、装置の小型化、高集積化が実現される。
　また、本発明の一態様において、前記第一の伝送線路は、第一の基板の一方の面に設けられ、前記第二の伝送線路は、第二の基板の一方の面に設けられてもよい。
　また、本発明の一態様において、前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の他方の面、または前記第一の基板に対向して設けられる基板に設けられ、前記第一の接地部は、第一のビアホールによって前記第一のグラウンド配線と接続され、前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の他方の面、または前記第二の基板に対向して設けられる基板に設けられ、前記第二の接地部は、第二のビアホールによって前記第二のグラウンド配線と接続されてもよい。
　また、本発明の一態様において、前記第一の接地部は、配線を介して前記第一のビアホールと接続され、前記第二の接地部は、配線を介して前記第二のビアホールと接続されてもよい。
　これにより、共鳴結合器によって伝送される２つの高周波信号の干渉を抑え、アイソレーションを確保することができる。
　また、本発明の一態様において、前記第一のビアホールは、前記第一の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられ、前記第二のビアホールは、前記第二の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられてもよい。
　これにより、ビアホールが周回形状の共鳴配線の内側に設けられるため、基板内でのビア及び配線の面積を小さくすることができる。したがって、共鳴結合器の小型化が可能である。
　また、本発明の一態様において、前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の一方の面であって、前記第一の共鳴配線、前記第一の入出力配線、及び前記第二の入出力配線の周辺に設けられ、前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の一方の面であって、前記第二の共鳴配線、前記第三の入出力配線、及び前記第四の入出力配線の周辺に設けられてもよい。
　これにより、ビアホールが不要となるため、共鳴結合器の基板厚み方向の小型化が実現される。
　また、共鳴結合器の伝送線路は、コプレーナ配線構造となり、共鳴結合器の周辺にグラウンドがあるため、電磁共鳴結合器の伝送効率を向上し、不要放射ノイズを抑圧する効果がある。
　また、本発明の一態様において、前記第一の入出力配線は、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８分の３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８分の５の長さに相当する位置に接続され、前記第三の入出力配線は、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に接続され、前記第四の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の周回配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続されてもよいし、本発明の一態様において、前記第一の接地部は、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２分の１の長さに相当する位置に設けられ、前記第二の接地部は、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２分の１の長さに相当する位置に設けられてもよいし、本発明の一態様において、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との前記第一の平面に垂直な方向における距離が前記高周波信号の波長の２分の１以下になるように対向して設けられてもよい。
　これにより、電界放射などの損失を低減し、高い伝送効率で信号を伝送することができる。
　また、本発明の一態様において、前記周回形状の輪郭は、円形状であってもよい。
　また、本発明の一態様において、前記周回形状の輪郭は、矩形であってもよい。
　また、本発明の一態様において、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ってもよい。
　このように、曲げ部分を複数設けることによって共鳴結合器中における共鳴配線の占める面積を小さくできるため、共鳴結合器をさらに小型化することが可能である。したがって、非常に小型の非接触伝送装置を実現できる。
　本発明の一態様において、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続されたｎ（ｎは３以上の整数）本の配線群である第一の入出力配線群を第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続されたｎ本の配線群である第二の入出力配線群を前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ－１箇所の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ－１箇所の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられてもよい。
　これにより、一つの共鳴結合器で複数の高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数は激減し、大幅に装置を小型化、高集積化することができる。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。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および接続形態などは、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、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
　（構造）
　まず、本発明の実施の形態１に係る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に係る共鳴結合器の斜視図である。
　図４は、図３の共鳴結合器を基板の対角線を通る平面（図のＸ－Ｘ´線を通り基板に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
　本発明の実施の形態１に係る共鳴結合器１０は、１８ＧＨｚの交流信号を伝送する共鳴結合器である。また、共鳴結合器１０は、一組の共鳴配線で二つの信号を伝送することが可能である。
　共鳴結合器１０は、送信基板（第一の基板）１０１と、送信基板１０１の上部に設けられた受信基板（第二の基板）１０２と、受信基板１０２の上部に設けられたカバー基板１０３とで構成される。送信基板１０１、受信基板１０２、及びカバー基板１０３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（第一の平面）には、金属配線である第一の送信配線（第一の入出力配線）１１１、第二の送信配線（第二の入出力配線）１１２、送信側スリット１１５により開放された円形状（周回形状）の送信側共鳴配線（第一の共鳴配線）１１３が形成される。また、第一の送信配線１１１、第二の送信配線１１２、及び送信側共鳴配線１１３の周りには、金属導体である送信側コプレーナグラウンド１１４が形成される。
　受信基板１０２は、送信基板１０１の送信側共鳴配線１１３を覆うように送信基板１０１と重ね合わされる。受信基板１０２上面（第二の平面）には、金属配線である第一の受信配線（第三の入出力配線）１２１、第二の受信配線（第四の入出力配線）１２２、受信側スリット１２５により開放された円形状（周回形状）の受信側共鳴配線（第二の共鳴配線）１２３、が形成される。また、第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側共鳴配線１２３の周りには、金属導体である受信側コプレーナグラウンド１２４が形成される。
　カバー基板１０３は、受信基板１０２の受信側共鳴配線１２３を覆うように送信基板１０１と重ね合わされる。また、カバー基板１０３の上面には、金属導体であるカバーグラウンド１０５が設置される。
　上記金属配線及び上記金属導体の材料は、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、金属導体である裏面グラウンド１０４が形成されている。
　送信基板１０１の上面に形成された送信側共鳴配線１１３上の、送信側共鳴配線１１３と第一の送信配線１１１との接続箇所と、送信側共鳴配線１１３と第二の送信配線１１２との接続箇所との間には、接地部（第一の接地部）が設けられる。接地部は、送信基板１０１を貫通する送信側分離ビア１１６により裏面グラウンド１０４と接続される。送信側分離ビア１１６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
　同様に、受信基板１０２の上面に形成された受信側共鳴配線１２３上の、受信側共鳴配線１２３と第一の受信配線１２１との接続箇所と、受信側共鳴配線１２３と第二の受信配線１２２との接続箇所との間には、接地部（第二の接地部）が設けられる。接地部は、カバー基板１０３を貫通する受信側分離ビア１２６によりカバーグラウンド１０５と接続される。受信側分離ビア１２６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
　なお、図４に示されるように、裏面グラウンド１０４と送信側コプレーナグラウンド１１４とは、送信基板１０１を貫通するグラウンドビア１０６によって接続される。裏面グラウンド１０４及び送信側コプレーナグラウンド１１４は、送信基板１０１内での信号の基準電位を表す送信グラウンド（第一のグラウンド配線）である。グラウンドビア１０６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
　同様に、図４に示されるように、カバーグラウンド１０５と受信側コプレーナグラウンド１２４とは、カバー基板１０３を貫通するグラウンドビア１０７によって接続される。カバーグラウンド１０５及び受信側コプレーナグラウンド１２４は、受信基板１０２内での信号の基準電位を表す受信グラウンド（第二のグラウンド配線）である。グラウンドビア１０７は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
　次に、送信基板１０１及び受信基板１０２についてさらに詳細に説明する。
　まず、送信基板１０１について説明する。
　図５は、送信基板１０１の上面図である。
　送信側共鳴配線１１３は、直径１ｍｍの円形状であり、閉曲線の配線の一部が送信側スリット１１５によって開放された周回形状である。送信側共鳴配線１１３の配線幅は、０．１ｍｍである。
　送信側共鳴配線１１３と、第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２とは、物理的及び電気的に接続されている。具体的には、第一の送信配線１１１の一端は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の送信配線１１２の一端は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の上記一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
　第一の送信配線１１１の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ａであって、第二の送信配線１１２の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ｂである。第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２の配線幅は０．１ｍｍである。
　送信側共鳴配線１１３は、送信側分離ビア１１６によって、裏面グラウンド１０４と接続される。
　具体的には、送信側共鳴配線１１３の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）には、送信側分離ビア１１６の一端が接続される。また、送信側分離ビア１１６は、周回形状の送信側共鳴配線１１３の内側に設けられる。
　つまり、送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３上の、第一の送信配線１１１が接続された接続箇所と第二の送信配線１１２が接続された接続箇所の間に接続される。
　また、送信側分離ビア１１６の他端は、売れ面グラウンドに接続されている。送信側分離ビア１１６の直径は、０．１ｍｍである。
　送信側コプレーナグラウンド１１４は、第一の送信配線１１１、第二の送信配線１１２、及び送信側共鳴配線１１３の周辺に沿って、形成される。
　また、図中の点線で示されるように、送信基板１０１の上面には受信基板１０２が重ね合わされる。受信基板１０２は、入力端子Ａ及びＢが完全に覆われないように配置される。
　次に受信基板１０２について説明する。
　図６は、受信基板１０２の上面図である。
　受信側共鳴配線１２３は、直径１ｍｍの円形状であり、閉曲線の配線の一部が受信側スリット１２５によって開放された周回形状である。受信側共鳴配線１２３の配線幅は、０．１ｍｍである。
　受信側共鳴配線１２３と、第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２とは、物理的及び電気的に接続されている。具体的には、第一の受信配線１２１は、受信側共鳴配線１２３の受信側スリット１２５部分の一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の受信配線１２２は、受信側共鳴配線１２３の受信側スリット１２５部分の上記一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
　第一の受信配線１２１の受信側共鳴配線１２３と接続されていない終端は出力端子Ｃであって、第二の受信配線１２２の受信側共鳴配線１２３と接続されていない終端は出力端子Ｄである。第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２の配線幅は０．１ｍｍである。
　受信側共鳴配線１２３は、受信側分離ビア１２６によって、カバーグラウンド１０５と接続される。
　具体的には、受信側共鳴配線１２３の一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）には、受信側分離ビア１２６の一端が接続される。また、受信側分離ビア１２６は、周回形状の受信側共鳴配線１２３の内側に設けられる。
　つまり、受信側分離ビア１２６は、受信側共鳴配線１２３上の、第一の受信配線１２１が接続された接続箇所と第二の受信配線１２２が接続された接続箇所の間に接続される。
　また、受信側分離ビア１２６の他端は、カバーグラウンド１０５と接続される。受信側分離ビア１２６の直径は、０．１ｍｍである。
　受信側コプレーナグラウンド１２４は、第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側共鳴配線１２３の周辺に沿って、形成されている。
　また、図中の点線で示されるように、受信基板１０２の上面にはカバー基板１０３が重ね合わされる。カバー基板１０３は、出力端子Ｃ及びＤが完全に覆われないように配置される。
　図５及び図６に示されるように、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（以下、上面視した場合とも記載する）に送信側共鳴配線１１３の輪郭と受信側共鳴配線１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされる（対向して設けられる）。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側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とが点対称の関係となるように重ね合わされる。
　ここで、送信側共鳴配線１１３（受信側共鳴配線１２３）の輪郭とは、次のように定義される。送信側共鳴配線１１３において送信側スリット１１５が設けられず、送信側共鳴配線１１３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。送信側共鳴配線１１３の輪郭とは、これら２つの輪郭のうち送信側共鳴配線１１３の外周側の輪郭を意味する。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、送信側共鳴配線１１３を規定し、外周側の輪郭は、送信側共鳴配線１１３の占有面積を規定する。
　また、送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３との送信基板１０１の主面に垂直な方向における距離は、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で共鳴結合器１０に入力される１８ＧＨｚの交流信号の波長の２分の１以下である。言い換えれば、送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とは、近傍界領域において共鳴結合している。このとき、共鳴結合器１０は、電磁共鳴結合器として動作する。
　（動作）
　次に、本発明の実施の形態１に係る共鳴結合器１０の動作について説明する。
　上述のように送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とは電磁共鳴結合をしており、１８ＧＨｚ付近の周波数で共鳴する。よって、送信側共鳴配線１１３に１８ＧＨｚ付近の周波数の交流電流が発生すると、電磁共鳴結合により受信側共鳴配線１２３にも同じ周波数の交流電流が発生する。
　つまり、電磁共鳴結合により１８ＧＨｚ付近の周波数の交流電流が送信側共鳴配線１１３から受信側共鳴配線１２３に非接触で伝送される。近傍界で結合する電磁共鳴結合は、不要な電波を放射しにくいため、このような非接触伝送においては放射ノイズが非常に小さい。
　さらに、共鳴結合器１０は、２つの入力端子（入力端子Ａ及びＢ）と２つの出力端子（出力端子Ｃ及びＤ）を備え、２つの信号を同時に分離して伝送することが可能である。具体的には、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３のそれぞれの接地部を送信側分離ビア１１６及び受信側分離ビア１２６によって、送信グラウンド及び受信グラウンドに接続することで、２つの交流信号を分離して伝送することができる。
　以下、送信側共鳴配線１１３を接地部で２つの領域に分割した場合、送信側共鳴配線１１３のうち第一の送信配線１１１（入力端子Ａ）が接続されている領域を配線領域Ａ、第二の送信配線１１２（入力端子Ｂ）が接続されている領域を配線領域Ｂとする。
　同様に、受信側共鳴配線１２３を接地部で２つの領域に分割した場合に、受信側共鳴配線１２３のうち第一の受信配線１２１（出力端子Ｃ）が接続されている領域を配線領域Ｃ、第二の受信配線１２２（出力端子Ｄ）が接続されている領域を配線領域Ｄとする。
　図３に示す共鳴結合器１０において、送信基板１０１の入力端子Ａに１８ＧＨｚの周波数の交流信号が入力された場合、入力された交流信号は、第一の送信配線１１１を介し、送信側共鳴配線１１３に伝送される。このとき、送信側共鳴配線１１３の接地部は、送信側分離ビア１１６によって送信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、入力端子Ｂへは出力されない。
　送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３は１８ＧＨｚ付近で共鳴するよう設計されているため、送信側共鳴配線１１３に伝送された交流信号は、受信側共鳴配線１２３に伝送される。このとき、送信側共鳴配線１１３に発生した交流信号は、第一の受信配線１２１を介して出力端子Ｃに出力される。これは、出力端子Ｃ（第一の受信配線１２１）が送信側共鳴配線１１３のうち、配線領域Ａの上面に重ね合わされた配線領域Ｃに接続されているからである。また、受信側共鳴配線１２３の接地部は、受信側分離ビア１２６によって送信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、出力端子Ｄへは出力されない。
　また、送信基板１０１の入力端子Ｂに入力された１８ＧＨｚの交流信号は、第二の送信配線１１２を介し、送信側共鳴配線１１３に伝送される。このとき、受信側共鳴配線１２３の接地部は、送信側分離ビア１１６によって受信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、入力端子Ａへは出力されない。
　送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３は１８ＧＨｚ付近で共鳴するよう設計されているため、送信側共鳴配線１１３に伝送された交流信号は、受信側共鳴配線１２３に伝送される。このとき、受信側共鳴配線１２３に発生した交流信号は、第二の受信配線１２２を介して出力端子Ｄに出力される。
　これは、出力端子Ｄ（第二の受信配線１２２）が送信側共鳴配線１１３のうち、配線領域Ｂの上面に重ね合わされた配線領域Ｄに接続されているからである。また、受信側共鳴配線１２３の接地部は、受信側分離ビア１２６によって送信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、出力端子Ｃへは出力されない。
　以下、上記のような伝送特性を実際の測定データである図７及び図８を用いて説明する。
　図７は、共鳴結合器１０の入力信号の反射量と、入出力間の挿入損失を示す図である。
　まず、反射量について説明する。
　図７の「Ａ」で表されるグラフ（以下、グラフＡと記述する）は、反射量を表す。反射量は、この場合、入力端子Ａに入力信号（交流信号）を入力した場合の、入力信号の電力と、入力端子Ａに反射された信号（反射信号）の電力との比をデシベル（ｄＢ）で表したものである。図７の左の縦軸は、反射量を表し、数値が大きいほど反射が大きいことを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
　図７に示されるように入力信号の周波数が１８ＧＨｚ付近の場合、グラフＡの反射量は、－２５ｄＢ以下であり、入力信号の反射は非常に小さい。
　同様に、図７の「Ｂ」で表されるグラフ（以下、グラフＢと記述する）は、入力端子Ｂに入力信号（交流信号）を入力した場合の、入力信号の電力と、入力端子Ｂに反射される信号（反射信号）の電力との比を表す反射量である。グラフＢについても、グラフＡと同様に、入力信号の周波数が１８ＧＨｚ付近の場合、入力信号の反射は非常に小さい。
　次に挿入損失について説明する。
　図７の「Ａ－Ｃ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ－Ｃと記述する）は、入力端子Ａ－出力端子Ｃ間の挿入損失を表す。挿入損失は、この場合、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力端子Ａから出力端子Ｃに伝送される信号の電力の損失をデシベル（ｄＢ）で表したものである。図７の右の縦軸は、挿入損失を表し、数値が大きいほど入力信号の損失が大きいことを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
　図７のグラフＡ－Ｃでは、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域で挿入損失は２ｄＢ程度であり、損失は小さい。つまり、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数の信号は、入力端子Ａから出力端子Ｃへ効率よく伝送される。
　同様に、「Ｂ－Ｄ間」で表されるグラフ（以下、グラフＢ－Ｄと記述する）は、入力端子Ｂ－出力端子Ｄ間の挿入損失を表す。この場合、挿入損失は、入力端子Ｂに入力信号を入力したときの、入力端子Ｂから出力端子Ｄに伝送される信号の電力の損失を表す。
　図７のグラフＢ－Ｄでは、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域で挿入損失は２ｄＢ程度であり、損失は小さい。つまり、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数の信号は、入力端子Ｂから出力端子Ｄへ効率よく伝送される。
　続いて、信号の分離量について説明する。
　図８は、共鳴結合器１０の信号の分離量を示す図である。
　図８の「Ａ－Ｂ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ－Ｂと記述する）は、入力端子Ａ－入力端子Ｂ間の分離量を表す。この場合、分離量は、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力信号の電力と、入力端子Ｂに現れる信号の電力の比をデシベル（ｄＢ）で表したものである。
　図８の縦軸は、分離量を表し、数値が大きいほど信号が分離されていることを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
　図８のグラフＡ－Ｂでは、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で分離量は１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、入力端子Ｂへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
　同様に、図８の「Ａ－Ｄ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ－Ｄと記述する）は、入力端子Ａ－出力端子Ｄ間の分離量を表す。この場合、分離量は、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力信号の電力と、出力端子Ｄに現れる信号の電力の比を表したものである。
　図８のグラフＡ－Ｄでは、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で分離量は１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、出力端子Ｄへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
　同様に、図８の「Ｂ－Ｃ間」で表される入力端子Ｂ－出力端子Ｃ間の分離量、及びＣ－Ｄ間」で表される出力端子Ｃ－出力端子Ｄ間の分離量は、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、出力端子Ｄへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
　以上のように、実施の形態１に係る共鳴結合器１０においては、信号伝送に使用する周波数帯域において、対応する入出力端子間の挿入損失（入力端子Ａ－出力端子Ｃ間、及び入力端子Ｂ－出力端子Ｄ間）が小さい。
　また、上記周波数帯域において、入力端子間（入力端子Ａ－入力端子Ｂ間）、出力端子間（出力端子Ｃ－出力端子Ｄ間）、及び対応しない入出力端子間（入力端子Ａ－出力端子Ｄ間、及び入力端子Ｂ－出力端子Ｃ間）において伝送される信号が、対応しない他の端子に与える影響は小さい。つまり、入力端子Ａ－出力端子Ｃ間に伝送される信号と、入力端子Ｂ－出力端子Ｄ間に伝送される信号とはそれぞれ分離して伝送される。
　このように、実施の形態１に係る共鳴結合器１０を用いれば、信号間のアイソレーションが高いため、１つの共鳴結合器で２経路の非接触伝送が実現される。したがって共鳴結合器１０を用いることで、非接触伝送装置の小型化及び高集積化が可能である。また、半導体基板においては、基板の面積によってコストが変動するため、小型化によるコスト削減効果は高い。
　なお、実施の形態１では、送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３の上記一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）に接続されるが、送信側分離ビア１１６の接続位置は、これに限定されない。送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３上の、第一の送信配線１１１が接続された接続箇所と第二の送信配線１１２が接続された接続箇所との間の領域に接続されればよい。
　同様に、受信側分離ビア１２６は、受信側共鳴配線１２３上の、第一の受信配線１２１が接続された接続箇所と第二の受信配線１２２が接続された接続箇所との間の領域に接続されればよい。
　なお、第一の送信配線１１１は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続されるが、第一の送信配線１１１の接続箇所はこれに限定されない。第二の送信配線１１２、第一の受信配線１２１、及び第二の受信配線１２２についても同様である。
　また、第一の送信配線１１１と第二の受信配線１２２とは一直線上に配置されなくてもよい。同様に第二の送信配線１１２及び第一の受信配線１２１とは一直線上に配置されなくてもよい。
　なお、送信側共鳴配線１１３と第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２とは直接接続され、送信側共鳴配線１１３と送信側分離ビア１１６とは直接接続されているが、これらは、伝送される信号の周波数帯域において電気的に接続されていればよい。つまり、容量素子等を介して接続されていてもよい。同様に、受信側共鳴配線１２３と第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側分離ビア１２６とは、伝送される信号の周波数帯域において電気的に接続されていればよい。
　なお、送信基板１０１と受信基板１０２とは、上面視した場合に送信側共鳴配線１１３の輪郭と受信側共鳴配線１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされるが、輪郭同士は完全に一致しなくてもよい。製造上の共鳴配線の個体差や、製造上の基板の配置ずれ等の範囲であれば、共鳴結合器１０は十分に動作可能である。
　なお、送信基板１０１、受信基板１０２、及びカバー基板１０３はサファイア基板であるが、シリコン、半導体及びその他の誘電体材料で形成された基板であってもよい。
　なお、送信側コプレーナグラウンド１１４は、第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２のみに沿って形成されてもよい。また、送信側コプレーナグラウンド１１４は、形成されなくてもよい。同様に、受信側コプレーナグラウンド１２４は、第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２のみに沿って形成されてもよい。また、受信側コプレーナグラウンド１２４は、形成されなくてもよい。
　なお、実施の形態１では、送信基板１０１と受信基板１０２を重ね合わせる構成について説明したが、１枚の基板の上面と下面に送信側の配線と受信側の配線とがそれぞれ形成されてもよい。
　また、実施の形態１では、入力端子と出力端子とを区別して説明したが、入力端子と出力端子とは交換可能である。つまり、例えば、出力端子Ｃに入力された信号を、入力端子Ａから出力することも可能である。
　なお、実施の形態１では、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３にはそれぞれ２つずつ入出力配線が接続されたが、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３にそれぞれ３以上の入出力配線（入出力配線群）が接続されてもよい。この場合、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３において入出力配線群が接続された接続箇所同士の間に接地部が設けられ、全ての接地部は、グラウンド配線に接続される。
　なお、実施の形態１では入力端子Ａ及びＢに入力される信号の基準電位を表すのは、どちらも送信グラウンドであるが、送信グラウンドを入力端子ごとに分離した構成も可能である。
　図９は、このような場合の送信基板７０１の上面図である。
　図９では、送信側共鳴配線７１３、第一の送信配線７１１、及び第二の送信配線７１２の周辺には送信グラウンドである送信側コプレーナグラウンドが形成されている。分離領域７１７において金属導体が設けられていないため、送信側コプレーナグラウンドは２つに分離されている。つまり、送信グラウンドを入力端子Ａに対応する送信側コプレーナグラウンド７１４Ａと入力端子Ｂに対応する送信側コプレーナグラウンド７１４Ｂの２つに分離させている。
　なお、２つに分離された送信側コプレーナグラウンド７１４Ａ及び７１４Ｂは、送信基板７０１の裏面に設けられた裏面グラウンドには接続されない。また、送信基板７０１の分離領域７１７以外の構成（送信側スリット７１５、送信側分離ビア７１６等）は、図５に示される送信基板１０１と同様である。
　なお、図示しないが、受信基板７０２の受信側コプレーナグラウンドについてもグラウンド分離領域を設けることで、受信グラウンドを分離する構成が可能である。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では送信側分離ビア１１６と受信側分離ビア１２６を用いて、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現したが、共鳴結合器１０は、ビアを用いない構成であってもよい。例えば、送信側及び受信側共鳴配線を配線によりコプレーナグラウンドに接続するような構成であってもよい。
　図１０は、共鳴配線を配線によりコプレーナグラウンドに接続した共鳴結合器２０の斜視図である。また、図１１は、このような共鳴結合器２０の送信基板８０１の上面図である。
　なお、受信基板８０２の構造は、送信基板８０１の構造と同様であるため、受信基板８０２の図面は省略する。また、以下の実施の形態２における説明において、特に説明のない構成要素、構成、動作等の詳細は、実施の形態１と同様であるものとする。
　実施の形態２に係る共鳴結合器２０は、送信基板８０１と、送信基板８０１の上部に設けられた受信基板８０２と、受信基板８０２の上部に設けられたカバー基板８０３とで構成される。
　送信基板８０１の上面には、金属配線である第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、送信側スリット８１５によって開放された円形の送信側共鳴配線８１３が形成される。また、第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、及び送信側共鳴配線８１３の周りには、金属導体である送信側コプレーナグラウンド８１４が形成される。送信基板８０１の下面には裏面グラウンド８０４が形成される。
　受信基板８０２は、送信基板８０１と重ね合わされる。受信基板８０２上面には金属配線である第一の受信配線８２１、第二の受信配線８２２、受信側スリット８２５により開放された円形の受信側共鳴配線８２３が形成される。また、第一の受信配線８２１、第二の受信配線８２２、及び受信側共鳴配線８２３の周りには、金属導体である受信側コプレーナグラウンド８２４が形成される。
　カバー基板８０３は受信基板８０２と重ね合わされる。また、カバー基板８０３の上面には、金属導体であるカバーグラウンド８０５が設置される。
　送信側分離配線８１８の一端は、送信側共鳴配線８１３の一端から送信側共鳴配線８１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。送信側分離配線８１８の他端は、送信側コプレーナグラウンド８１４に接続される。送信側コプレーナグラウンド８１４は、送信基板８０１に入力される信号の基準電位を表す送信グラウンドである。
　受信側分離配線８１９の一端は、受信側共鳴配線８２３の一端から受信側共鳴配線８２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。受信側分離配線８１９の他端は、受信側コプレーナグラウンド８２４に接続される。受信側コプレーナグラウンド８２４は、受信基板８０２に入力される信号の基準電位を表す受信グラウンドである。
　送信側分離配線８１８及び受信側分離配線８１９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よい。送信側分離配線８１８及び受信側分離配線８１９の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
　これにより、実施の形態１の図７及び図８で示されるような伝送特性が得られるため、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現できる。つまり、共鳴結合器１０を用いて非接触信号伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
　なお、実施の形態２では、カバーグラウンド８０５及び裏面グラウンド８０４は形成されなくてもよい。上述のように、送信側コプレーナグラウンド８１４が、送信基板８０１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドとなり、受信側コプレーナグラウンドが受信グラウンドとなるからである。したがって、この場合、カバー基板８０３を用いない構成も可能である。
　また、上記のようにカバーグラウンド８０５及び裏面グラウンド８０４が形成されない場合、第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、第一の受信配線８２１、及び第二の受信配線８２２はコプレーナ配線構造となる。
　以上のように、同一平面において配線により共鳴配線を接地することで、ビアを形成する必要がないため、共鳴結合器１０の製造プロセスを簡略化することができる。また、カバー基板を用いない構成も可能であるため、共鳴結合器２０の基板の厚み方向の小型化が可能である。
　（実施の形態３）
　実施の形態１では送信側分離ビア１１６と送信側共鳴配線１１３とは直接接続され、受信側分離ビア１２６と受信側共鳴配線１２３とは直接接続されるが、受信側及び送信側共鳴配線は、配線を介して分離ビアと接続されてもよい。
　図１２は、このような場合の送信基板１００１を表す上面図である。なお、以下の実施の形態３における説明において、特に説明のない構成要素、構成、動作等の詳細は、実施の形態１と同様であるものとする。
　送信基板１００１の上面には、送信側共鳴配線１０１３と、第一の送信配線１０１１及び第二の送信配線１０１２とが形成される。送信側共鳴配線１０１３と、第一の送信配線１０１１及び第二の送信配線１０１２とは、それぞれ接続され、第一の送信配線１０１１、第二の送信配線１０１２、及び送信側共鳴配線１０１３の周辺に沿って、送信側コプレーナグラウンド１０１４が形成されている。
　送信側共鳴配線１０１３は、送信側スリット１０１５によって開放された円形の配線であり、接続配線１０１８を介して送信側分離ビア１０１６に接続される。
　送信側分離ビア１０１６は、送信基板１００１の裏面に形成された裏面グラウンドと接続されている。裏面グラウンドは、送信基板１１０１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドである。したがって、送信側共鳴配線１０１３は、接続配線１０１８が接続される接続箇所（接地部）で送信グラウンドに接続される。
　なお、図中の点線で示されるように、送信基板１００１の上面には受信基板１００２が重ね合わされる。なお、受信基板１００２の構造は、送信基板１００１の構造と同様であるため、受信基板１００２の図面は省略する。
　以上のように、実施の形態３のような構成であっても、実施の形態１の図７及び図８で示される伝送特性が得られ、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現できる。つまり、共鳴結合器１０を用いて非接触信号伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
　また、接続配線１０１８の配線長を変更することによって、共鳴結合器の伝送特性を微調整することも可能である。
　（実施の形態４）
　実施の形態１～３では、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３の形状は、直径１ｍｍの円形状としたが、共鳴配線の形状は、矩形または、その他の形状であってもよい。
　図１３は、実施の形態４に係る共鳴配線を用いた共鳴結合器４０の模式図である。図１３に示されるような５箇所以上の曲がり部を有する形状の共鳴配線であっても、送信基板１１０１と受信基板１１０２とが図３のように重ね合わされることで、共鳴結合器１０は、実施の形態１と同様に動作する。
　図１４は、実施の形態４に係る送信基板１１０１の上面図である。
　送信側共鳴配線１１１３は、計１２ヶ所の曲がり部を有する周回形状である。送信側共鳴配線１１１３の一部は、送信側スリット１１１５によって開放されている。送信側共鳴配線１１１３の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
　第一の送信配線１１１１の一端は、送信側共鳴配線１１１３の送信側スリット１１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の送信配線１１１２の一端は、送信側共鳴配線１１１３の送信側スリット１１１５部分の上記一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
　第一の送信配線１１１１の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ａ´であって、第二の送信配線１１１２の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ｂ´である。第一の送信配線１１１１及び第二の送信配線１１１２の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
　送信側コプレーナグラウンド１１１４は、第一の送信配線１１１１、第二の送信配線１１１２、及び送信側共鳴配線１１１３の周辺に沿って、形成される。
　送信側分離配線１１１８の一端は、送信側共鳴配線１１１３の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。送信側分離配線１１１８の他端は、送信側コプレーナグラウンド１１１４に接続される。送信側コプレーナグラウンド１１１４は、送信基板１１０１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドである。
　また、図中の点線で示されるように、送信基板１１０１の上面には受信基板１１０２が重ね合わされる。なお、図示されないが、送信基板１１０１の下面には、裏面グラウンドが形成されている。
　図１５は、実施の形態４に係る受信基板１１０２の上面図である。
　受信側共鳴配線１１２３は、送信側共鳴配線１１１３と同一形状である。
　第一の受信配線１１２１の一端は、受信側共鳴配線１１２３の受信側スリット１１２５部分の一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の受信配線１１２２の一端は、受信側共鳴配線１１２３の受信側スリット１１２５部分の上記一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
　第一の受信配線１１２１の受信側共鳴配線１１２３と接続されていない他端は出力端子Ｃ´であって、第二の受信配線１１２２の受信側共鳴配線１１２３と接続されていない他端は出力端子Ｄ´である。第一の受信配線１１２１及び第二の受信配線１１２２の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
　受信側コプレーナグラウンド１１２４は、第一の受信配線１１２１、第二の受信配線１１２２、及び受信側共鳴配線１１２３の周辺に沿って、形成される。
　受信側分離配線１１２８の一端は、受信側共鳴配線１１２３の一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。受信側分離配線１１２８の他端は、受信側コプレーナグラウンド１１２４に接続される。受信側コプレーナグラウンド１１２４は、受信基板１１０２に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドである。
　また、図中の点線で示されるように、受信基板１１０２の上面にはカバー基板１１０３が重ね合わされる。なお、図示されないが、カバー基板１１０３の上面には、カバーグラウンドが形成されている。
　図１３に示されるように送信基板１１０１と受信基板１１０２とは、上面視した場合に送信側共鳴配線１１１３の輪郭と受信側共鳴配線１１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされる。また、このとき、送信側共鳴配線１１１３と受信側共鳴配線１１２３とは点対称の関係となるように重ね合わされる。
　実施の形態４に係る共鳴結合器４０は実施の形態１に係る共鳴結合器１０と同等の伝送特性を有する。つまり、実施の形態４に係る共鳴結合器１０の伝送特性は、図７及び図８において、入力端子Ａ及びＢを入力端子Ａ´及びＢ´と置き換え、出力端子Ｃ及びＤを出力端子Ｃ´及びＤ´と置き換えた伝送特性である。
　共鳴結合器１０の共鳴配線と、共鳴結合器４０の共鳴配線の配線長が同じであれば、共鳴結合器４０のほうが基板内で共鳴配線の占める面積を小さくできる。なぜなら、共鳴結合器４０の共鳴配線は曲がり部を複数有するためである。したがって、共鳴結合器４０は共鳴結合器１０よりもさらに小型化することが可能である。
　なお、送信基板１１０１では、送信側共鳴配線１１１３は、送信側分離配線１１１８により送信側コプレーナグラウンド１１１４に接続されるが、送信側共鳴配線１１１３は、ビアによって裏面グラウンドと接続されてもよい。
　図１６は、実施の形態４に係る送信側共鳴配線をビアを用いてグラウンドに接続する送信基板の変形例を示す図である。
　送信側共鳴配線１１１３は、送信側共鳴配線１１１３の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）に接続される。送信側分離ビア１１１６は、周回形状の送信側共鳴配線１１１３の外側に設けられる。
　なお、図示しないが受信基板１１０２についても、送信基板１１０１と同様の構成とすることが可能である。つまり、受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３は、ビアによってカバーグラウンドと接続されてもよい。
　なお、図示しないが実施の形態３のように共鳴配線が配線を介してビアと接続される構成であってもよい。
　なお、以上実施の形態４において、送信基板１１０１の上面に重ね合わされる受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３の形状は、送信側共鳴配線１１１３の形状と同一であると説明したが、完全に同一でなくてもよい。
　例えば、同一の送信基板１１０１に対し、重ね合わされる受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３の形状（仕様）を多少変更することで、伝送される信号の周波数の帯域を調整する（図７及び図８で示される伝送特性を変更する）ことが可能である。
　具体的には、図１５に示される受信側共鳴配線１１２３の接地部と受信側スリットとの間隔である長さＬ１と、図中に示される長さＬ２とを、送信側共鳴配線１１１３の対応するそれぞれの長さと異なる長さにする。これにより、伝送される信号の周波数の帯域を調整することが可能である。この場合、送信側共鳴配線１１１３の形状と受信側共鳴配線１１２３の形状とは多少異なるが、共鳴結合器としての動作については全く問題ないことが確認できている。
　以上、実施の形態４のように、曲がり部を複数備える矩形の周回形状の共鳴配線を用いることで、基板内で共鳴配線の占める面積を小さくすることが可能である。つまり、実施の形態４に係る共鳴結合器４０を用いることで、さらなる非接触伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
　以上、本発明の一態様に係る共鳴結合器について、実施の形態１～４に基づいて説明した。本発明の一態様に係る共鳴結合器によれば、１つの共鳴結合器で２つの高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数を減らすことで装置の小型化、高集積化が実現される。
　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。
　本発明の共鳴結合器は、１つの共鳴結合器で２つの信号を分離して伝送することができ、インバータシステムやマトリックスコンバータシステムなどのゲート駆動に用いる非接触伝送装置等として有用である。
　１０、２０、４０　共鳴結合器
　１０１、７０１、８０１、１００１、１１０１　送信基板
　１０２、７０２、８０２、１００２、１１０２　受信基板
　１０３、８０３、１１０３　カバー基板
　１０４、８０４　裏面グラウンド
　１０５、８０５　カバーグラウンド
　１０６、１０７　グラウンドビア
　１１１、７１１、８１１、１０１１、１１１１　第一の送信配線
　１１２、７１２、８１２、１０１２、１１１２　第二の送信配線
　１１３、７１３、８１３、１０１３、１１１３　送信側共鳴配線
　１１４、７１４Ａ、７１４Ｂ、８１４、１０１４、１１１４　送信側コプレーナグラウンド
　１１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５　送信側スリット
　１１６、７１６、１０１６、１１１６　送信側分離ビア
　１２１、８２１、１１２１　第一の受信配線
　１２２、８２２、１１２２　第二の受信配線
　１２３、８２３、１１２３　受信側共鳴配線
　１２４、８２４、１１２４　受信側コプレーナグラウンド
　１２５、８２５、１１２５　受信側スリット
　１２６　受信側分離ビア
　７１７　分離領域
　８１８、１１１８　送信側分離配線
　８１９、１１２８　受信側分離配線
　１０１８　接続配線

Claims (13)

  1. 　第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、
    　配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、
    　前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、
    　前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、
    　前記第二の共鳴配線上の、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、
    　前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられる
    　共鳴結合器。
  2. 　前記第一の伝送線路は、第一の基板の一方の面に設けられ、
    　前記第二の伝送線路は、第二の基板の一方の面に設けられる
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  3. 　前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の他方の面、または前記第一の基板に対向して設けられる基板に設けられ、
    　前記第一の接地部は、第一のビアホールによって前記第一のグラウンド配線と接続され、
    　前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の他方の面、または前記第二の基板に対向して設けられる基板に設けられ、
    　前記第二の接地部は、第二のビアホールによって前記第二のグラウンド配線と接続される
    　請求項２に記載の共鳴結合器。
  4. 　前記第一の接地部は、配線を介して前記第一のビアホールと接続され、
    　前記第二の接地部は、配線を介して前記第二のビアホールと接続される
    　請求項３に記載の共鳴結合器。
  5. 　前記第一のビアホールは、前記第一の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられ、
    　前記第二のビアホールは、前記第二の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられる
    　請求項３に記載の共鳴結合器。
  6. 　前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の一方の面であって、前記第一の共鳴配線、前記第一の入出力配線、及び前記第二の入出力配線の周辺に設けられ、
    　前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の一方の面であって、前記第二の共鳴配線、前記第三の入出力配線、及び前記第四の入出力配線の周辺に設けられる
    　請求項２に記載の共鳴結合器。
  7. 　前記第一の入出力配線は、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８分の３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８分の５の長さに相当する位置に接続され、
    　前記第三の入出力配線は、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に接続され、
    　前記第四の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の周回配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  8. 　前記第一の接地部は、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２分の１の長さに相当する位置に設けられ、
    　前記第二の接地部は、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２分の１の長さに相当する位置に設けられる
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  9. 　前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との前記第一の平面に垂直な方向における距離が前記高周波信号の波長の２分の１以下になるように対向して設けられる
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  10. 　前記周回形状の輪郭は、円形状である
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  11. 　前記周回形状の輪郭は、矩形である
    　請求項１に記載の共鳴結合器。
  12. 　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に記載の共鳴結合器。
  13. 　第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、
    　配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続されたｎ（ｎは３以上の整数）本の配線群である第一の入出力配線群を第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、
    　前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続されたｎ本の配線群である第二の入出力配線群を前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、
    　前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ－１箇所の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、
    　前記第二の共鳴配線上の、前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ－１箇所の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、
    　前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられる
    　共鳴結合器。
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