差動伝送線路
【課題】左手系差動伝送線路を用いたコモンモードフィルタを無線通信機器に適合させるために、左手系差動伝送線路の構造を改善し、小型化ならびに薄型化を図る。
【解決手段】Ｄ−ＣＲＬＨ（デュアル型右手／左手複合）差動伝送線路を構成するために、平面導体パターンを利用した構造により、集積回路技術に適合したコモンモードフィルタを実現する。左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１ＢとＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２ＢとＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで構成された差動伝送線路により解決する。
【解決手段】Ｄ−ＣＲＬＨ（デュアル型右手／左手複合）差動伝送線路を構成するために、平面導体パターンを利用した構造により、集積回路技術に適合したコモンモードフィルタを実現する。左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１ＢとＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２ＢとＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで構成された差動伝送線路により解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を通過または遮断する伝送線路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２本の伝送線路を平行に対称に並べた差動伝送線路において、２本の伝送線路間に差動信号（ディファレンシャルモード）を伝搬させることにより、ＥＭＣ（電磁環境両立性）に優れた通信線路が構成可能となる。この差動伝送線路において、ノイズとなる同相成分（コモンモード）が伝搬すると、周囲に電磁波を漏らして悪影響を与えるため、コモンモード成分を抑制するのにコモンモードフィルタが必要となる。
【０００３】
最近の通信機器では，高速データ通信用のＵＳＢやＨＤＭＩなどの通信規格が普及しており，これらは差動伝送方式を用いた高速シリアル通信方式である。
【０００４】
差動伝送方式はＥＭＣ特性に優れているが，信号源で発生するコモンモード成分がノイズ輻射の原因となるため，コモンモードフィルタが必須部品となっている。
【０００５】
さらに、最近のＥＭＣ関連研究により，信号ケーブルからのＥＭＣ問題のみならず，基板上あるいはＩＣ内の伝送線路による部品間のＥＭＣ問題も顕在化しており，市販のコモンモードチョークやチップ部品では解決できないノイズ発生源近傍でのノイズ抑制が課題となっている。
【０００６】
従来のコモンモードフィルタは、コモンモードチョークコイルやチップ素子によるコモンモードフィルタなどが一般的に知られており、大小様々なサイズ、適用周波数帯域の違いにより多種多様なコモンモードフィルタが開発されている。
【０００７】
コモンモードフィルタの動作原理は、一般的に２本の伝送線路間の相互結合を利用し、特に相互インダクタンスＭを利用して、ディファレンシャルモードとコモンモードのインピーダンスの差を利用しているものが多い。しかしながら、ディファレンシャルモードとコモンモードによるインピーダンスの差は、使用周波数帯域によっては十分な特性を得ることができないことが課題である。
【０００８】
また、コモンモードチョークコイルやチップ素子によるコモンモードフィルタは、集中定数回路理論に基づく動作によるため、伝送線路が分布定数回路として扱われる高周波帯域では、満足な設計ができない。これらのコモンモードフィルタでは、分布定数回路となる寄生容量および寄生インダクタンスをできるだけ小さくして設計に影響が無いように工夫するか、発生する寄生成分を考慮した複雑な設計が求められる。
【０００９】
いずれの場合も、２つのモードによるインピーダンスの差が十分に得られない場合は、コモンモードフィルタとして機能しない。
【００１０】
また、上記の従来型コモンモードフィルタは、立体的な構造であり、小型のチップ部品であってもサブｍｍオーダーの部品の厚みがあるため、小型化・薄型化を必要とする通信機器の要求に応えることが難しい。
【００１１】
一方で、近年、左手系デバイスあるいはメタマテリアル等と称される、物質の透磁率および誘電率が負の値として動作するものが多く発明されている。
【００１２】
左手系伝送線路は、純粋に透磁率および誘電率が負の値となる材料が無いため、伝送線路の電気的等価回路において、誘導性（遅れ位相）素子と容量性（進み位相）素子を入れ替えた回路を構成することにより実現するものが主流である。この場合、既存の誘導性素子は寄生容量、容量性素子は寄生誘導を有するため、これらの寄生成分を考慮した右手／左手系複合（以下、ＣＲＬＨと略記する。）伝送線路と呼ばれるものが、左手系デバイスとして実現されている（非特許文献１参照）。
【００１３】
しかしながら、ＣＲＬＨ伝送線路は、伝送線路の直列要素に容量性素子が配置されるため、直流成分を伝送できないという問題がある。
【００１４】
これに対し、デュアル型右手／左手系複合（Ｄ−ＣＲＬＨ）伝送線路と呼ばれるものが提案され、直流成分も伝送できる左手系伝送線路として知られている（非特許文献２参照）。ただし、信号線とグラウンドの１対の線路であるため、高周波で用いる伝送線路として、不要ノイズの放射等が問題である。
【００１５】
通信に用いられる伝送線路は、ノイズの放射が少なく、かつ、外来ノイズの影響を受けにくくするため（ＥＭＣ性能向上のため）、上述のような差動（逆相）電気信号で通信を行う差動伝送線路が主流となっている。ただし、差動伝送線路はコモン（同相）モード成分がノイズ等の発生原因となるため、コモンモードフィルタが必要となり、別途コモンモードフィルタを装荷する必要がある。
【００１６】
左手系伝送線路においても、ＥＭＣ性能向上のために差動伝送線路が発明されているが、この場合、２本の右手／左手系複合伝送線路を対称に並べた構造のため、直流信号を伝送できないという問題を有する（非特許文献３参照）。直流信号の伝送は電力の給電等の目的で必要である。
【００１７】
Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路を含むＣＲＬＨ差動伝送線路は、差動伝送信号が左手系伝送特性を有する周波数帯域において、原理的にコモンモードノイズ成分が伝搬できないため、左手系伝送特性を有するコモンモードフィルタとして機能する（非特許文献４参照）。
【００１８】
また、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路は、従来の左手系伝送線路で直流成分が導通されなかった欠点を補い、直流信号も伝送可能である利点を有するため、高周波データ信号と直流電力供給を同一線路上で実現することも可能である。
【００１９】
加えて、本構造は伝送線路パターンにより実現する技術であるため、ＩＣプロセスに適合し，将来的にＩＣチップ内部に作り込むことも可能である。従って、上述したＩＣ内部でのノイズ抑制にも有効な技術であると考えられる。
【００２０】
従来の研究により、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路が有するコモンモードフィルタ機能について、デバイスの試作と評価により原理的動作が実証された（非特許文献４参照）。
【００２１】
しかしながら、コモンモードフィルタとして動作する左手系動作周波数帯域が狭いこと、動作周波数帯域が実用機器の周波数規格に対応しておらず、高周波化あるいは、低周波化が必要なこと、同周波数帯域において信号となるディファレンシャル（差動）モードの透過係数が小さく、損失が大きいこと、が課題であった。
【００２２】
本発明では、通信機器から要求されるコモンモードフィルタの小型化・薄型化を満足し、実用性能を満足するために有効なコモンモードフィルタの構造を提案し、上記の技術課題を解決する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】C. Caloz and T. Itoh: "Application of the Transmission Line Theory of Left-Handed (LH) Materials to the Realization of a Microstrip LH Transmission Line", in Proc. IEEE-AP-S USNC/URSI National Radio Science Meeting, l. 2, pp.412-415 (2002)
【非特許文献２】C. Caloz: "Dual Composite Right/Left-Handed (D-CRLH) Transmission Line Metamaterial", IEEE Microwave Wireless Components Letters, Vol.16, Issue 11, pp.585-587 (2006)
【非特許文献３】R. Goto, H. Deguchi and M. Tsuji : "Composite Right/Left- Handed Transmission Lines Based on Conductor-Backed Coplanar Strips," IEICE Trans. Electron., Vol. E89-C, No. 9, pp.1306-1311 (2006)
【非特許文献４】H. Nakayama, K. Fujisawa and T. Itoh: "Fabrication and Estimation of Dual Composite Right/Left Handed Differential Transmission Line", The Papers of Technical Meeting on Magnetics, IEE Japan, MAG-08-195, pp.21-26 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
以上に述べたコモンモードフィルタに対する要求と、従来のコモンモードフィルタにおける問題点により、小型・薄型に適合したコモンモードフィルタにおいて、技術課題を解決する幾つかのデバイス構造を提案する。
【００２５】
解決すべき課題は、小型かつ薄型であり、コモンモード動作周波数帯域を実用周波数帯域に対応させるために周波数を調整（特に、低周波化）することと、動作周波数帯域を広帯域化させること、動作周波数帯域におけるディファレンシャルモードの損失を低減し、透過係数を大きくすること、コモンモードの透過係数を小さくすることを課題とする。
【００２６】
本発明は、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路を構成するデバイス構造について、小型・薄型化に適応し、課題とする特性を改善するための構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係る伝送線路は、上記の目的を達成するために、以下のデバイス構造の構成により、課題を解決する。
【００２８】
本発明に係る伝送線路は、相互に並列に接続された第１の遅れ位相を持つ要素及び第１の進み位相を持つ要素を含む入出力間の直列インピーダンスをそれぞれ構成する一対の入出力間回路成分と、該一対の入出力間回路成分の間に相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素、並びに、前記一対の伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素を含む分路アドミタンスを構成する分路回路成分とを備えた差動伝送線路である。
【００２９】
この差動伝送線路によれば、直列インピーダンスを構成する一対の入出力間回路成分において、並列に接続された第１の遅れ位相を有するため直流の通路が確保され、分路アドミタンスを構成する分路回路成分において、直列に接続された第２の進み位相を持つ要素、並びに、第３の進み位相を持つ要素により直流の分路が遮断されるため、伝送線路の入出力間で直流の伝送が可能となる。
【００３０】
また、ディファレンシャルモード伝送において、直列インピーダンスを構成する一対の入出力間回路成分の並列共振周波数と、分路アドミタンスを構成する分路回路成分の直列共振周波数とが動作周波数よりも低くなるように設計することにより、これらの共振周波数を超える周波数帯域において、直列インピーダンスは容量性、分路アドミタンスは誘導性として動作するため、左手系伝送線路として動作する。
【００３１】
一方、コモンモード伝送において、２本の信号線を構成する一対の入出力間回路成分の位相が等しく同電位になるため、分路アドミタンスを構成する分路回路成分のうち、相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素が機能せず、伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素のみが分路となる。このため、直列インピーダンス部分と分路アドミタンス部分がともに進み位相を持つ容量性負荷として動作するため、信号が伝播されず、コモンモードフィルタとして機能する。
【００３２】
本発明は、特に、入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有する。このように、入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有する差動伝送線路によれば、入出力方向に延在した線路により、上記の差動伝送線路構造が複数個接続されるため、コモンモードフィルタとしての機能が積算され、大きなフィルタ効果を得ることができる。
【００３３】
この場合に、前記一対の導体パターンは、それぞれ、前記入出力方向の入力側に配置された入力側パターン部と、前記入出力方向の出力側に配置された出力側パターン部と、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部よりも前記入出力方向と直交する方向に細幅に形成され、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部を接続する中間接続パターン部とを有することが好ましい。これによれば、前記中間接続パターン部は、第１の遅れ位相を持つ要素を構成し、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部の間の間隙領域は、第１の進み位相を持つ要素を構成する。
【００３４】
また、前記一対の導体パターンの間には、前記入力側パターン部同士が並列方向の両側に対向配置された入力側間隙領域と、前記出力側パターン部同士が前記並列方向の両側に対向配置された出力側間隙領域とが設けられることが好ましい。これによれば、前記入力側間隙領域と前記出力側間隙領域とは、それぞれ分路アドミタンスを構成する分路回路成分の第２の進み位相を持つ要素を構成する。
【００３５】
ここで、前記直列インピーダンスを構成する前記第１の遅れ位相を持つ要素及び前記第１の進み要素を持つ要素は、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部が前記中間接続パターン部を介して前記入出力方向に接続されたパターン構造により構成される。また、前記分路アドミタンスを構成する前記第２の遅れ位相を持つ要素及び前記第２の進み位相を持つ要素は、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記入力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記出力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造とによって構成される。
【００３６】
このようにすると、前記差動伝送線路は導体パターンによって構成されるため、平面パターンの積層構造で実現可能であるため、薄膜プロセスに適合し、デバイスの薄型化が可能である。また、薄膜プロセスは微細加工に適しており、パターンの微細化によってデバイスの小型化が可能である。さらに、前記差動伝送線路はシンプルな導体パターンの構成によって実現可能であるため、製作プロセスが容易な構造となり、製作コストを下げることが可能である。
【００３７】
本発明において、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記入力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記入力側間隙領域を介して前記並列方向に対向し、前記出力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記出力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記出力側間隙領域を介して前記並列方向に対向することが好ましい。これによれば、前記細幅の突出部を有することにより、分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素となるインダクタンス成分を調整し、特に大きくすることができる。これにより、分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。また、前記細幅の突出部が、主として分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素を構成するため、第２の進み位相を持つ要素と独立して設計することができるため、分路アドミタンスの共振周波数を調整するための設計が容易となる。
【００３８】
これに加えて、前記突出部は先端が前記入出力方向に延長されたＴ字状に形成されることが望ましい。これによれば、前記突出部がＴ字状に形成されることで、前記の分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素と、第２の進み位相を持つ要素とをそれぞれ独立させて設計することができるため、分路アドミタンスの共振周波数を調整するための設計がさらに容易となる。
【００３９】
本発明において、前記一対の導体パターンは絶縁層を介して前記グランド導体と積層されることが好ましい。これによれば、積層構造により実現される差動伝送線路は、平面的な専有面積が小さくなるため、小型化が可能となる。また、間隙部分で形成する遅れ位相を持つ要素を、同一平面の間隙ではなく、積層導体間の間隙によって形成するため、大きなキャパシタンスを実現することができる。これにより、直列インピーダンス並びに分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。
【００４０】
本発明において、前記一対の導体パターンは同一平面上に形成されることが好ましい。これによれば、同一平面上に導体パターンを形成する構造による差動伝送線路は、１層の導体層によりデバイスを構成できるため、製作プロセスが簡略化され、製作コストを下げることができる。
【００４１】
本発明において、前記一対の導体パターンは絶縁層を介して相互に積層されることが好ましい。これによれば、積層構造により実現される差動伝送線路は、平面的な専有面積が小さくなるため、小型化が可能となる。また、間隙部分で形成する遅れ位相を持つ要素を、同一平面の間隙ではなく、積層導体間の間隙によって形成するため、大きなキャパシタンスを実現することができる。これにより、直列インピーダンス並びに分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の鳥瞰図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の導体ラインパターンの上面図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成について、ユニットセルを３つ縦続接続させた構造の鳥瞰図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、３次元電磁界解析を用いて特性シミュレーションを行った結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードの透過係数の位相の周波数特性を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４４】
実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る、図１の構造の左手系差動伝送線路の等価回路図である。図１の左手系差動伝送線路は、プリント基板などの平面導体による構造である。図１の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００４５】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００４６】
図１の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、入力側パターン部に相当するＡパターン部Ｌ１Ａと出力側パターン部に相当するＢパターン部Ｌ１Ｂと中間接続パターン部に相当するＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２ＢとＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００４７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する、幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。ここで、ｗｃ＜ｗａおよびｗｃ＜ｗｂであり、図示例ではｗａ＝ｗｂである。Ｃパターン部の内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。Ａパターン部Ｌ１ＡとＬ２Ａの間には入出力方向に見て一定のギャップ幅ｄａを備えた入力側間隙領域が設けられ、Ｂパターン部Ｌ１ＢとＬ２Ｂの間には入出力方向に見て一定のギャップ幅ｄｂを備えた出力側間隙領域が設けられている。
【００４８】
図１の左手系差動伝送線路は、図２の等価回路で表される。図１の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。図１のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図１のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図１のＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００４９】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンが寄与し、ｗａ、ｗｂおよびｄｃの長さが主要パラメータとなる。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間ギャップが寄与し、ｗａ、ｗｂおよびギャップ幅ｄａおよびｄｂの長さが主要パラメータとなる。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、ｗａ、ｌａ、ｗｂ、ｌｂによる面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５２】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与し、ｗｃ、ｌｃの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップによって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップの寸法が寄与し、ｗａ、ｗｂ、ｗｃとｌｃの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法が寄与し、ｗａ、ｗｂ、ｌａおよびｌｂの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５５】
図１の構造は、パターン形状が簡単であるため、伝送線路を設計する際の寸法パラメータの要素数が少ないため、設計を容易にすることが可能である。また、簡単な形状であるため、薄膜の微細パターン技術に応じてサイズの小型化が図りやすい利点を有する。
【００５６】
図２の等価回路による差動伝送線路の動作を以下に述べる。図１の実施の形態１の構造に基づく、図２の等価回路の左手系差動伝送線路は、２本の伝送線路Ｌ１およびＬ２で構成され、信号成分はそれぞれに逆相となる差動信号を与えて動作する。なお、直列インピーダンスＣ１およびＣ２部分における要素Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、通常キャパシタンス素子で構成され、内部に寄生誘導成分があるため、寄生成分による自己共振周波数よりも高周波では遅れ位相要素になり得るが、自己共振周波数を十分に高くすることにより進み位相要素として左手系伝送を実現させる。また、伝送線路とグラウンド間の要素Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰ、Ｂ２ＣＰは一般的に進み位相を持つ要素であり、分路アドミタンスＡ１２およびＢ１２におけるキャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲと並列共振を起こすが、この並列共振周波数を要素Ａ１２ＬＬとＡ１２ＣＲとの直列共振周波数およびＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲとの直列共振周波数よりも十分に高くすることにより左手系伝送を実現させる。
【００５７】
この伝送線路の直流における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２における遅れ位相を持つインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲが直流通路となり、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２における進み位相を持つキャパシタンス成分Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲが直流の分路を阻止するため、伝送線路の入出力において、直流が伝送可能となる。
【００５８】
この伝送線路の低周波帯域における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１におけるＣ１ＬＲとＣ１ＣＬの組み合わせ、および、直列インピーダンス要素Ｃ２におけるＣ２ＬＲとＣ２ＣＬの組み合わせによる並列共振周波数よりも低い周波数帯域と、分路アドミタンス要素Ａ１２におけるＡ１２ＬＬとＡ１２ＣＲの組み合わせ、および、分路アドミタンス要素Ｂ１２におけるＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲの組み合わせによる直列共振周波数よりも低い周波数帯域であり、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２は等価的に遅れ要素、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は等価的に進み要素として作用するため、伝送線路は右手系伝送特性を有するものとなる。
【００５９】
この伝送線路の高周波帯域における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１におけるＣ１ＬＲとＣ１ＣＬの組み合わせ、および、直列インピーダンス要素Ｃ２におけるＣ２ＬＲとＣ２ＣＬの組み合わせによる並列共振周波数よりも高い周波数帯域と、分路アドミタンス要素Ａ１２におけるＡ１２ＬＬとＡ１２ＣＲの組み合わせ、および、分路アドミタンス要素Ｂ１２におけるＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲの組み合わせによる直列共振周波数よりも高い周波数帯域であり、かつ、それぞれの寄生インダクタンスおよび寄生キャパシタンスによる第２の共振周波数よりも低い周波数帯域において、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２は等価的に進み要素、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は等価的に遅れ要素として作用するため、伝送線路は左手系伝送特性を有するものとなる。
【００６０】
上記の周波数帯域よりもさらに高い周波数帯域、すなわち、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２の寄生インダクタンス成分Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰによる第２の自己共振周波数と、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２の寄生キャパシタンス成分Ａ１２ＣＰおよびＢ１２ＣＰによる第２の自己共振周波数のそれぞれよりも高い周波数帯域では、直列インピーダンスは等価的に遅れ要素、分路アドミタンスは等価的に進み要素として作用するため、伝送線路は右手系伝送特性を有するものとなる。
【００６１】
一方で、コモンモード信号については、２本の信号線が同電位となるため、その間の分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２のうち、Ａ１２ＬＬ、Ａ１２ＣＲ、Ｂ１２ＬＬおよびＢ１２ＣＲが機能しない。このため、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は、接地導体ＧＮＤとの寄生キャパシタンスであるＡ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰの進み要素のみとなる。したがって、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２が等価的に進み要素として作用する周波数帯域（上述の左手系伝送特性を有する周波数帯域）では、伝送線路は直列インピーダンス要素および分路アドミタンス要素がともに進み要素となるため、コモンモード信号が伝搬できない。したがって、上述の左手系伝送特性を有する同周波数帯域においては、差動信号モードのみ伝搬するため、この伝送線路はコモンモードフィルタとして機能する。
【００６２】
一方、直列インピーダンス要素および分路アドミタンス要素がともに進み要素、あるいはともに遅れ要素である場合、信号は伝搬できない。これらの状態となる周波数帯域をストップバンドと称し、ストップバンドが小さくなるように、直列インピーダンス要素と分路アドミタンス要素の共振周波数を一致させることが好ましい。
【００６３】
実施の形態２
図３は、この発明の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図３の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図３の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。図３の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図３の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００６４】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やＩＣ作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００６５】
図３の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。ここで、Ｃパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃの幅がＡパターン部Ｌ１Ａ、Ｌ２ＡおよびＢパターン部Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂの幅よりも小さい点は上記実施の形態１と同様である。また、この点は後述する他の実施の形態でも同様である。
【００６６】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００６７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する、幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置され、インターディジタルキャパシタ構造のパターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対して、図示のように内側のみに配置されても、外側のみに配置されても、両側に配置されても良い。
【００６８】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部は、それぞれＴ字状パターンであり、インダクタンスおよびキャパシタンスを形成する。Ｔ字状パターンは、インターディジタルキャパシタ構造のパターンと比較して、インダクタンスとキャパシタンスの設計を独立させることができるため、設計が容易となる。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【００６９】
図３の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図３の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【００７０】
図３のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図３のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図３のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００７１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７３】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７６】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７７】
図３の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。
【００７８】
ＣＬパターン部は、インターディジタルキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対向面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。
【００７９】
また、図３の構造は、図１の構造と比較して、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、Ｔ字型の導体パターンの配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。
【００８０】
この部分を、図３のようなＴ字型にすることにより、比較的簡単な構造でありながら、インダクタンスＬＬおよびキャパシタンスＣＲの設計値を、Ｔ字の縦線部分（Ａパターン部およびＢパターン部から内側へ突出する細幅部分）および横線部分（細幅部分の先端（内側）において入出力方向に広がった幅広部分）に分けて設計することが可能であるため、ＬＬとＣＲの独立した設計が可能となるため、図３の構造は、設計回路パラメータを簡単に柔軟に設定することに適した構造である。
【００８１】
実施の形態３
図４は、この発明の実施の形態３に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図４の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図４の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【００８２】
図４の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図４の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００８３】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００８４】
図４の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。
【００８５】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００８６】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンであるが、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造となっている。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、つづら折れ構造の他にもスパイラル構造・ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置され、インターディジタルキャパシタ構造のパターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。図示例では、Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２ＣはＡパターン部およびＢパターン部よりも外側に配置されている。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対して、図示のように内側のみに配置されても、外側のみに配置されても、両側に配置されても良い。
【００８７】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部は、それぞれＴ字状パターンであり、インダクタンスおよびキャパシタンスを形成する。Ｔ字状パターンは、インターディジタルキャパシタ構造のパターンと比較して、インダクタンスとキャパシタンスの設計を独立させることができるため、設計が容易となる。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【００８８】
図４の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図４の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【００８９】
図４のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図４のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図４のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００９０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９６】
図４の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。図３の構造と同様の特徴を有する。ＣＬパターン部は、インターディジタルキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対抗面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。
【００９７】
図４の構造は、図３の構造と比較して、Ｃパターン部のＬ１ＣおよびＬ２Ｃパターンがつづら折れ構造になっている。これにより、大きなインダクタンスを構成できる。また、この部分をスパイラル形状やダブルスパイラル形状にすることも考えられる。
【００９８】
また、図４の構造は、図３と同様に、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、Ｔ字型の導体パターンの配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。この部分を、図４のようなＴ字型にすることにより、比較的簡単な構造でありながら、インダクタンスＬＬおよびキャパシタンスＣＲの設計値を、Ｔ字の縦線部分および横線部分に分けて設計することが可能であるため、ＬＬとＣＲの独立した設計が可能となるため、図４の構造は、設計回路パラメータを簡単に柔軟に設定することに適した構造である。
【００９９】
実施の形態４
図５は、この発明の実施の形態４に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図５の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図５の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１００】
図５の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図５の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【０１０１】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【０１０２】
図５の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部との間の要素となるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部との間の要素となるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。
【０１０３】
なお、ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＲ２Ａ、ＣＲ２Ｂの各パターンは、それ以外のパターン部である第１パターン層に対し、絶縁層ＳＵＢ１あるいはＳＵＢ２を介して第２パターン層として形成される。この第２パターン層は、第１パターン層の上部でも下部でものいずれか片側で良く、あるいは、上下両側であっても良い。片側の場合は、構造が簡単である。両側の場合は、大きなキャパシタンスなどを構成することができる。
【０１０４】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【０１０５】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造、スパイラル構造、ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。
【０１０６】
ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置されるパターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃが配置される第１パターン層に対して、絶縁層ＳＵＢ１を介して別の第２パターン層に配置されるパターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、主としてＡパターン部やＢパターン部と静電結合され、Ａパターン部とＢパターン部の間にキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬを形成する。キャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、ＭＩＭキャパシタ構造であり、絶縁層（Ｉ）の厚さを変えるか、金属（Ｍ）パターン間の対向面積を変えることによりキャパシタンスを調整できる。したがって、図４に示されるインターディジタルキャパシタ構造よりも、構造が簡単でキャパシタンスの調整や、大きなキャパシタンスを構成するのに適している。
【０１０７】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部ＣＲ２ＡおよびＣＲ２Ｂは、ＣＲ１ＡおよびＣＲ１Ｂが配置される第１パターン層に対して、絶縁層ＳＵＢ１を介して別の第２パターン層に配置されるパターンである。ＣＲパターン部ＣＲ２ＡおよびＣＲ２Ｂは、ＣＲ１ＡおよびＣＲ１Ｂと静電結合され、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、ＭＩＭキャパシタ構造であり、絶縁層（Ｉ）の厚さを変えるか、金属（Ｍ）パターン間の対向面積を変えることによりキャパシタンスを調整できる。したがって、図４に示されるインターディジタルキャパシタ構造やＴ字状パターンよりも、構造が簡単でキャパシタンスの調整や、大きなキャパシタンスを構成するのに適している。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【０１０８】
図５の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図５の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【０１０９】
図５のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図５のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図５のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、および、ＣＬパターン部ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【０１１０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップとＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップとＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１６】
図５の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。図３および図４の構造と同様の特徴を有する。
【０１１７】
ＣＬパターン部は、ＭＩＭキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対抗面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。また、図３および図４のインターディジタルキャパシタ構造に比べて、構造が簡単であるため、設計が容易で、大きなキャパシタンスを得ることができる。
【０１１８】
図５の構造のＣパターン部のＬ１ＣおよびＬ２Ｃパターンは、図４と同様につづら折れ形状やスパイラル形状やダブルスパイラル形状などにしても良い。これにより、大きなインダクタンスを構成できる。
【０１１９】
また、図５の構造は、図１の構造と比較して、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、ＣＲパターン部分を配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。
【０１２０】
この部分を、図５のようなＭＩＭキャパシタ構造により、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対向面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。また、図３および図４のＴ字状構造に比べて、設計が容易で、大きなキャパシタンスを得ることができる。
【０１２１】
実施の形態５
図６は、この発明の実施の形態５に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図６の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図６の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１２２】
図６の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図６の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【０１２３】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やＩＣ作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【０１２４】
図６の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。
【０１２５】
なお、第１の伝送線路Ｌ１を構成するパターン部である第１パターン層と、第２の伝送線路Ｌ２を構成するパターン部である第２パターン層とは、絶縁層ＳＵＢ１あるいはＳＵＢ２を介して積層して形成される。この第１パターン層と第２パターン層の上下位置関係は、どちらが上であっても構わない。
【０１２６】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【０１２７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造、スパイラル構造、ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部よりも内側に距離ｄｃだけ離して配置する。また、図６には示されていないが、キャパシタンスを大きくするために図４と同様にＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２を設けても良い。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置される、インターディジタルキャパシタ構造が適当である。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【０１２８】
図６の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図６の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【０１２９】
図６のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図６のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図６のＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【０１３０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンが主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間ギャップが主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップによって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップが寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３６】
図６の構造は、図１と同様に、パターン形状が簡単であるため、伝送線路を設計する際の寸法パラメータの要素数が少ないため、設計を容易にすることが可能である。また、簡単な形状であるため、薄膜の微細パターン技術に応じてサイズの小型化が図りやすい利点を有する。さらに、図６の構造は、図１の構造と比較して、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２が、２つの層に分かれて積層されるため、占有面積が小さくできる利点がある。
【０１３７】
実施の形態６
図７は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の鳥瞰図である。図８は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の導体ラインパターンの上面図である。図７および図８は、同じ構造の視点を変えたものであり、左手系差動伝送線路の基本構造となるユニットセルを示している。図７および図８の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図７および図８の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１３８】
図７および図８の構造は、上記図３に示したこの発明の実施の形態２を基本とした同様の構造である。したがって、図３の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路と同様の特徴を有する。本構造は、上記図３と同様の特徴を有するので、特に、従来の技術（非特許文献４）では、分路アドミタンス部分がインターディジタルキャパシタ構造であり、分路アドミタンスを構成する直列インダクタンス要素ＬＬと直列キャパシタンス要素ＣＲの要素設計が独立できずに複雑であったが、本構造では同部分をＴ字型に変更したため、ＬＬとＣＲの設計を分離して設計し易くなった。
【０１３９】
図３の構造との相違点は、図３におけるＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２のインターディジタルキャパシタ構造が、指の本数を増やして細長くし、指間の間隔を狭めることにより、大きなキャパシタンスＣＬを構成している点である。加えて、図３におけるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンス要素の配置が、図３ではＣＬ１およびＣＬ２部分よりも伝送線路の外側に配置しているのに対して、図７および図８の構造では伝送線路の内側に配置されている点である。インダクタンス要素を内側に配置することにより、差動伝送線路の２本の伝送線路間における結合が強まるため、相互インダクタンスが大きくなり、ディファレンシャルモードの場合とコモンモードの場合の等価回路のインダクタンスに大きな差異を生むことができる。これにより、コモンモードフィルタの特性改善が見込まれる。
【０１４０】
図９は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成について、ユニットセルを３つ縦続接続させた構造の鳥瞰図である。これは、原理的には図７および図８の構造のユニットセルを縦続接続して、３つのユニットセル要素からなるデバイスを構成したものである。
【０１４１】
図７および図８の構造と異なる特徴点として、図９の入力端で分路アドミタンスを構成する部分および出力端で分路アドミタンスを構成する部分、つまり伝送線路の両端における分路要素は、図７および図８のデバイスと同じ寸法で設計すれば良いが、入出力端以外の中間の分路アドミタンスを構成する部分はその寸法設計が端部と異なる。
【０１４２】
ユニットセルを縦続接続で連結する場合に、互いのユニットセルが構造的に干渉する場合はもちろん、電磁気的にも干渉する場合は、単にユニットセル構造を並べただけでは、等価回路の動作が所望した設計に対して変わってしまう。ユニットセルを縦続接続する場合は、構造的にただ連結するのではなく、動作する等価回路が所望の特性を満足するように適宜変更する必要がある。
【０１４３】
図９の構造では、入出力端の分路アドミタンス要素の構造に対して、Ｔ字型を示す導体パターンは、主としてそのインダクタンスを構成する縦線部分の幅を太くすることでインダクタンスを小さく設計し、Ｔ字の向かい合わせとなる横線部分を大きくして、２つのＴ字の間隔を狭くすることにより、キャパシタンスを大きく設計している。これらの工夫により、等価回路のパラメータを調整し、連結するユニットセルのインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を相互に合わせて共振周波数やブロッホインピーダンス特性を一致させることにより、複数のユニットセルを連結した場合の特性劣化を防いでいる。
【０１４４】
図１０は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、３次元電磁界解析を用いて特性シミュレーションを行った結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。３次元電磁界解析は、米国Ｓｏｎｎｅｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製３次元電磁界解析ソフトウェアＳＯＮＮＥＴを用いて行った。ＳＯＮＮＥＴは平面構造のデバイスモデルの解析に適しており、モーメント法に基づいた解析手法を用いている。
【０１４５】
３次元電磁界解析条件としては、デバイス周囲の空気層は境界の影響と計算可能な解析領域を考慮して、デバイスの厚さ方向に約１５ｍｍ、デバイスの幅方向に約５ｍｍとした。導体材料は厚さ１７μｍの銅とし、誘電体材料は厚さ１．５７５ｍｍのＲｏｇｅｒｓ社製ＲＴ／５８８０（比誘電率εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝０．０００９＠１０ＧＨｚ）を想定した。解析に用いたセルサイズは０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍとした。デバイス寸法を最適化した結果、デバイスの外形寸法は、３つのユニットセルを合わせて長さ約１７．２ｍｍ、幅約２１．２ｍｍ、厚さ約１．６ｍｍとなった。
【０１４６】
デバイス各部の寸法パラメータはそれぞれ次のように設定した。各入出力ポートのライン幅Ｗ１は４．５８ｍｍ、ポート間の間隔ｄは１２．０２ｍｍとした。直列インピーダンス要素を構成するインターディジタルキャパシタによるキャパシタンスＣＬは、指の線幅ＷＣＬを０．０８ｍｍ、間隔ＳＣＬを０．１２ｍｍ、長さＬＣＬを２．７ｍｍとして、１０対のインターディジタルキャパシタとした。直列インピーダンス要素を構成するマイクロストリップラインによるインダクタンスＬＲは、長さＬ２を２．８２ｍｍ、線幅ＷＬＲを０．３８ｍｍとして、インターディジタルキャパシタＣＬと互いに並列となるように配置し、併せて直列インピーダンス要素Ｚを構成した。伝送線路の両端部分（入出力端部）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の横線部分による分路キャパシタンスＣＲ１は、Ｔ字の横線部分の幅ＷＣＲ１を１．１８ｍｍ、長さＬＣＲ１を４．０８ｍｍとして、２つのＴ字パターンが向かい合う間隔ＳＣＲ１を０．１２ｍｍとした。伝送線路の両端部分（入出力端部）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の縦線部分のマイクロストリップラインによる分路インダクタンスＬＬ１は、Ｔ字の縦線部分の長さＬＬＬ１を４．７７ｍｍ、線幅ＷＬＬ１を０．０８ｍｍとした。一方、伝送線路の中間部分（入出力端部以外）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の横線部分による分路キャパシタンスＣＲ２は、Ｔ字の横線部分の幅ＷＣＲ２を０．９８ｍｍ、長さＬＣＲ２を５．５８ｍｍとして、２つのＴ字パターンが向かい合う間隔ＳＣＲ２を０．１２ｍｍとした。伝送線路の中間部分（入出力端部以外）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の縦線部分のマイクロストリップラインによる分路インダクタンスＬＬ２は、Ｔ字の縦線部分の長さＬＬＬ２を４．９７ｍｍ、線幅ＷＬＬ２を０．５８ｍｍとした。
【０１４７】
３つのユニットセルを縦続接続したデバイスについて検討すると、ユニットセル１つのデバイスに対して、減衰が大きくなる。このとき、コモンモード成分の減衰が大きくなることは良いが、ディファレンシャルモード成分の減衰も大きくなるため注意が必要である。実用性能を満足する上では、コモンモード成分の透過係数を目標値よりも小さくし、ディファレンシャルモード成分の透過係数を目標値よりも大きくする必要がある。したがって、ユニットセルの縦続接続によりデバイスを構成する場合、コモンモード成分を十分抑制できるセル数以上で、かつ、ディファレンシャルモード成分が十分に透過するセル数以下の範囲で縦続接続するセル数を設定する必要がある。本デバイスの設計においては、３つが適切なセル数であった。
【０１４８】
上記寸法にて設計したデバイスを試作した結果について示す。作製には、Ｒｏｇｅｒｓ社製ＲＴ／５８８０基板（比誘電率εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝０．０００９＠１０ＧＨｚ、誘電体厚さ１．５７５ｍｍ、銅箔厚さ１７μｍ、両面銅箔）を用いて、裏面を全面をグラウンドプレーンとしてそのまま使用し、表面をフォトリソグラフィとウェットエッチング加工により導体パターンを形成した。完成した伝送線路基板の４つの入出力ポートにそれぞれＳＭＡコネクタを接続し、４ポートネットワークアナライザ（Ａｄｖａｎｔｅｓｔ社製Ｒ３７６７ＣＧ）を用いて、付属のｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ／ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅソフトウェアフィクスチャ機能により、ディファレンシャルモードおよびコモンモードの伝送特性を測定した。
【０１４９】
図１１は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【０１５０】
図１２は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【０１５１】
図１１の特性より、特にコモンモード成分は、実用目標仕様である−２０ｄＢ以下を満足する帯域が得られた。一方、ディファレンシャルモード成分の減衰も大きくなっており、４ＧＨｚ近傍において−２〜−４ｄＢ程度となり、やや大きな損失が生じた。
【０１５２】
図１２の特性より、左手系信号伝送帯域を分析すると、透過係数Ｓ２１の位相（入出力の位相差）が約４．２ＧＨｚで０度になることが読み取れる。位相は、−１８０度から＋１８０度の範囲で周期的性質を持つため、本質的な０度位相を見出すのは難しいが、電磁界解析による結果との照合および１つのユニットセルデバイスの結果との比較により、位相変化の分析できる。このことから、約４．２ＧＨｚより高周波側が右手系動作であり、低周波側が左手系動作であると分析できる。さらに、上述のストップバンドの周波数を考慮すると、左手系信号伝送帯域は約３．７〜４．２ＧＨｚの帯域であることがわかり、従来のデバイスの左手系信号伝送帯域よりも僅かに広がった結果が得られた。
【０１５３】
図１１の透過係数の周波数特性より、３つのユニットセルのデバイスのコモンモードフィルタとしての特性を整理すると、約３．８〜４．０ＧＨｚの周波数帯域において、コモンモード成分は−２０ｄＢ以下の実用目標仕様を満足しており、一方、ディファレンシャルモード成分は最大で−２ｄＢ程度の値であり、実用目標仕様の−１ｄＢ以上を満足することはできなかった。しかしながら、従来の試作デバイスの−８ｄＢよりも大きな値となり、特性改善の効果が得られた。
【０１５４】
尚、本発明の伝送線路は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１５５】
図１に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンである。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部の導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部の導体パターン。
【０１５６】
ｗａ、ｗｂ、ｗｃはそれぞれ導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法である。ｗａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法、ｗｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法、ｗｃ：Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法。
【０１５７】
ｌａ、ｌｂ、ｌｃはそれぞれ導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法である。ｌａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法、ｌｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法、ｌｃ：Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法。
【０１５８】
ｄａ、ｄｂ、ｄｃはそれぞれ第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の間隙部分の間隔に関する寸法である。ｄａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの間の間隙部分の間隔、ｄｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの間の間隙部分の間隔、ｄｃ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターン、あるいはＬ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンが、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンに対して伝送線路の内側に吐出している部分の長さ寸法。
【０１５９】
図２に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。入力側分路アドミタンス要素となる回路部分をＡ１２とする。出力側分路アドミタンス要素となる回路部分をＢ１２とする。第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分をＣ１とする。第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分をＣ２とする。
【０１６０】
Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ回路要素の集合である。Ａ１２：入力側分路アドミタンス要素となる回路部分、Ｂ１２：出力側分路アドミタンス要素となる回路部分、Ｃ１：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分、Ｃ２：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分。
【０１６１】
Ａ１２ＬＬ、Ａ１２ＣＲ、Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰはそれぞれ入力側分路アドミタンス要素となる回路部分Ａ１２に含まれる回路要素である。Ａ１２ＬＬ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列インダクタンス成分、Ａ１２ＣＲ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列キャパシタンス成分、Ａ１ＣＰ：第１の伝送線路Ｌ１とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分、Ａ２ＣＰ：第２の伝送線路Ｌ２とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分。
【０１６２】
Ｂ１２ＬＬ、Ｂ１２ＣＲ、Ｂ１ＣＰ、Ｂ２ＣＰはそれぞれ出力側分路アドミタンス要素となる回路部分Ｂ１２に含まれる回路要素である。Ｂ１２ＬＬ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列インダクタンス成分、Ｂ１２ＣＲ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列キャパシタンス成分、Ｂ１ＣＰ：第１の伝送線路Ｌ１とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分、Ｂ２ＣＰ：第２の伝送線路Ｌ２とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分。
【０１６３】
Ｃ１ＬＲ、Ｃ１ＣＬ、Ｃ１ＬＰはそれぞれ第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分Ｃ１に含まれる回路要素である。Ｃ１ＬＲ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列インダクタンス成分、Ｃ１ＣＬ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分、Ｃ１ＬＰ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分に含まれる寄生インダクタンス成分。
【０１６４】
Ｃ２ＬＲ、Ｃ２ＣＬ、Ｃ２ＬＰはそれぞれ第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分Ｃ２に含まれる回路要素である。Ｃ２ＬＲ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列インダクタンス成分、Ｃ２ＣＬ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分、Ｃ２ＬＰ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分に含まれる寄生インダクタンス成分。
【０１６５】
図３に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１６６】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１６７】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１６８】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１６９】
図４に示される符号の説明は、図３に示される符号と同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７０】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７１】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７２】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１７３】
図５に示される符号の説明は、図３に示される符号とほぼ同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７４】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７５】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７６】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１７７】
ただし、図５における以下の符号は、図３と異なる符号である。ＳＵＢ１およびＳＵＢ２は、２層に分かれて積層される導体パターンのそれぞれの層の基板を示す。主となる第１導体パターン層をＳＵＢ１、副となる第２導体パターン層をＳＵＢ２とする。
【０１７８】
図６に示される符号の説明は、図５に示される符号とほぼ同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７９】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１８０】
ＳＵＢ１およびＳＵＢ２は、２層に分かれて積層される導体パターンのそれぞれの層の基板を示す。第１の伝送線路Ｌ１が配置される第１導体パターン層をＳＵＢ１、第２の伝送線路Ｌ２が配置される第２導体パターン層をＳＵＢ２とする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を通過または遮断する伝送線路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２本の伝送線路を平行に対称に並べた差動伝送線路において、２本の伝送線路間に差動信号（ディファレンシャルモード）を伝搬させることにより、ＥＭＣ（電磁環境両立性）に優れた通信線路が構成可能となる。この差動伝送線路において、ノイズとなる同相成分（コモンモード）が伝搬すると、周囲に電磁波を漏らして悪影響を与えるため、コモンモード成分を抑制するのにコモンモードフィルタが必要となる。
【０００３】
最近の通信機器では，高速データ通信用のＵＳＢやＨＤＭＩなどの通信規格が普及しており，これらは差動伝送方式を用いた高速シリアル通信方式である。
【０００４】
差動伝送方式はＥＭＣ特性に優れているが，信号源で発生するコモンモード成分がノイズ輻射の原因となるため，コモンモードフィルタが必須部品となっている。
【０００５】
さらに、最近のＥＭＣ関連研究により，信号ケーブルからのＥＭＣ問題のみならず，基板上あるいはＩＣ内の伝送線路による部品間のＥＭＣ問題も顕在化しており，市販のコモンモードチョークやチップ部品では解決できないノイズ発生源近傍でのノイズ抑制が課題となっている。
【０００６】
従来のコモンモードフィルタは、コモンモードチョークコイルやチップ素子によるコモンモードフィルタなどが一般的に知られており、大小様々なサイズ、適用周波数帯域の違いにより多種多様なコモンモードフィルタが開発されている。
【０００７】
コモンモードフィルタの動作原理は、一般的に２本の伝送線路間の相互結合を利用し、特に相互インダクタンスＭを利用して、ディファレンシャルモードとコモンモードのインピーダンスの差を利用しているものが多い。しかしながら、ディファレンシャルモードとコモンモードによるインピーダンスの差は、使用周波数帯域によっては十分な特性を得ることができないことが課題である。
【０００８】
また、コモンモードチョークコイルやチップ素子によるコモンモードフィルタは、集中定数回路理論に基づく動作によるため、伝送線路が分布定数回路として扱われる高周波帯域では、満足な設計ができない。これらのコモンモードフィルタでは、分布定数回路となる寄生容量および寄生インダクタンスをできるだけ小さくして設計に影響が無いように工夫するか、発生する寄生成分を考慮した複雑な設計が求められる。
【０００９】
いずれの場合も、２つのモードによるインピーダンスの差が十分に得られない場合は、コモンモードフィルタとして機能しない。
【００１０】
また、上記の従来型コモンモードフィルタは、立体的な構造であり、小型のチップ部品であってもサブｍｍオーダーの部品の厚みがあるため、小型化・薄型化を必要とする通信機器の要求に応えることが難しい。
【００１１】
一方で、近年、左手系デバイスあるいはメタマテリアル等と称される、物質の透磁率および誘電率が負の値として動作するものが多く発明されている。
【００１２】
左手系伝送線路は、純粋に透磁率および誘電率が負の値となる材料が無いため、伝送線路の電気的等価回路において、誘導性（遅れ位相）素子と容量性（進み位相）素子を入れ替えた回路を構成することにより実現するものが主流である。この場合、既存の誘導性素子は寄生容量、容量性素子は寄生誘導を有するため、これらの寄生成分を考慮した右手／左手系複合（以下、ＣＲＬＨと略記する。）伝送線路と呼ばれるものが、左手系デバイスとして実現されている（非特許文献１参照）。
【００１３】
しかしながら、ＣＲＬＨ伝送線路は、伝送線路の直列要素に容量性素子が配置されるため、直流成分を伝送できないという問題がある。
【００１４】
これに対し、デュアル型右手／左手系複合（Ｄ−ＣＲＬＨ）伝送線路と呼ばれるものが提案され、直流成分も伝送できる左手系伝送線路として知られている（非特許文献２参照）。ただし、信号線とグラウンドの１対の線路であるため、高周波で用いる伝送線路として、不要ノイズの放射等が問題である。
【００１５】
通信に用いられる伝送線路は、ノイズの放射が少なく、かつ、外来ノイズの影響を受けにくくするため（ＥＭＣ性能向上のため）、上述のような差動（逆相）電気信号で通信を行う差動伝送線路が主流となっている。ただし、差動伝送線路はコモン（同相）モード成分がノイズ等の発生原因となるため、コモンモードフィルタが必要となり、別途コモンモードフィルタを装荷する必要がある。
【００１６】
左手系伝送線路においても、ＥＭＣ性能向上のために差動伝送線路が発明されているが、この場合、２本の右手／左手系複合伝送線路を対称に並べた構造のため、直流信号を伝送できないという問題を有する（非特許文献３参照）。直流信号の伝送は電力の給電等の目的で必要である。
【００１７】
Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路を含むＣＲＬＨ差動伝送線路は、差動伝送信号が左手系伝送特性を有する周波数帯域において、原理的にコモンモードノイズ成分が伝搬できないため、左手系伝送特性を有するコモンモードフィルタとして機能する（非特許文献４参照）。
【００１８】
また、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路は、従来の左手系伝送線路で直流成分が導通されなかった欠点を補い、直流信号も伝送可能である利点を有するため、高周波データ信号と直流電力供給を同一線路上で実現することも可能である。
【００１９】
加えて、本構造は伝送線路パターンにより実現する技術であるため、ＩＣプロセスに適合し，将来的にＩＣチップ内部に作り込むことも可能である。従って、上述したＩＣ内部でのノイズ抑制にも有効な技術であると考えられる。
【００２０】
従来の研究により、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路が有するコモンモードフィルタ機能について、デバイスの試作と評価により原理的動作が実証された（非特許文献４参照）。
【００２１】
しかしながら、コモンモードフィルタとして動作する左手系動作周波数帯域が狭いこと、動作周波数帯域が実用機器の周波数規格に対応しておらず、高周波化あるいは、低周波化が必要なこと、同周波数帯域において信号となるディファレンシャル（差動）モードの透過係数が小さく、損失が大きいこと、が課題であった。
【００２２】
本発明では、通信機器から要求されるコモンモードフィルタの小型化・薄型化を満足し、実用性能を満足するために有効なコモンモードフィルタの構造を提案し、上記の技術課題を解決する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】C. Caloz and T. Itoh: "Application of the Transmission Line Theory of Left-Handed (LH) Materials to the Realization of a Microstrip LH Transmission Line", in Proc. IEEE-AP-S USNC/URSI National Radio Science Meeting, l. 2, pp.412-415 (2002)
【非特許文献２】C. Caloz: "Dual Composite Right/Left-Handed (D-CRLH) Transmission Line Metamaterial", IEEE Microwave Wireless Components Letters, Vol.16, Issue 11, pp.585-587 (2006)
【非特許文献３】R. Goto, H. Deguchi and M. Tsuji : "Composite Right/Left- Handed Transmission Lines Based on Conductor-Backed Coplanar Strips," IEICE Trans. Electron., Vol. E89-C, No. 9, pp.1306-1311 (2006)
【非特許文献４】H. Nakayama, K. Fujisawa and T. Itoh: "Fabrication and Estimation of Dual Composite Right/Left Handed Differential Transmission Line", The Papers of Technical Meeting on Magnetics, IEE Japan, MAG-08-195, pp.21-26 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
以上に述べたコモンモードフィルタに対する要求と、従来のコモンモードフィルタにおける問題点により、小型・薄型に適合したコモンモードフィルタにおいて、技術課題を解決する幾つかのデバイス構造を提案する。
【００２５】
解決すべき課題は、小型かつ薄型であり、コモンモード動作周波数帯域を実用周波数帯域に対応させるために周波数を調整（特に、低周波化）することと、動作周波数帯域を広帯域化させること、動作周波数帯域におけるディファレンシャルモードの損失を低減し、透過係数を大きくすること、コモンモードの透過係数を小さくすることを課題とする。
【００２６】
本発明は、Ｄ−ＣＲＬＨ差動伝送線路を構成するデバイス構造について、小型・薄型化に適応し、課題とする特性を改善するための構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係る伝送線路は、上記の目的を達成するために、以下のデバイス構造の構成により、課題を解決する。
【００２８】
本発明に係る伝送線路は、相互に並列に接続された第１の遅れ位相を持つ要素及び第１の進み位相を持つ要素を含む入出力間の直列インピーダンスをそれぞれ構成する一対の入出力間回路成分と、該一対の入出力間回路成分の間に相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素、並びに、前記一対の伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素を含む分路アドミタンスを構成する分路回路成分とを備えた差動伝送線路である。
【００２９】
この差動伝送線路によれば、直列インピーダンスを構成する一対の入出力間回路成分において、並列に接続された第１の遅れ位相を有するため直流の通路が確保され、分路アドミタンスを構成する分路回路成分において、直列に接続された第２の進み位相を持つ要素、並びに、第３の進み位相を持つ要素により直流の分路が遮断されるため、伝送線路の入出力間で直流の伝送が可能となる。
【００３０】
また、ディファレンシャルモード伝送において、直列インピーダンスを構成する一対の入出力間回路成分の並列共振周波数と、分路アドミタンスを構成する分路回路成分の直列共振周波数とが動作周波数よりも低くなるように設計することにより、これらの共振周波数を超える周波数帯域において、直列インピーダンスは容量性、分路アドミタンスは誘導性として動作するため、左手系伝送線路として動作する。
【００３１】
一方、コモンモード伝送において、２本の信号線を構成する一対の入出力間回路成分の位相が等しく同電位になるため、分路アドミタンスを構成する分路回路成分のうち、相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素が機能せず、伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素のみが分路となる。このため、直列インピーダンス部分と分路アドミタンス部分がともに進み位相を持つ容量性負荷として動作するため、信号が伝播されず、コモンモードフィルタとして機能する。
【００３２】
本発明は、特に、入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有する。このように、入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有する差動伝送線路によれば、入出力方向に延在した線路により、上記の差動伝送線路構造が複数個接続されるため、コモンモードフィルタとしての機能が積算され、大きなフィルタ効果を得ることができる。
【００３３】
この場合に、前記一対の導体パターンは、それぞれ、前記入出力方向の入力側に配置された入力側パターン部と、前記入出力方向の出力側に配置された出力側パターン部と、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部よりも前記入出力方向と直交する方向に細幅に形成され、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部を接続する中間接続パターン部とを有することが好ましい。これによれば、前記中間接続パターン部は、第１の遅れ位相を持つ要素を構成し、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部の間の間隙領域は、第１の進み位相を持つ要素を構成する。
【００３４】
また、前記一対の導体パターンの間には、前記入力側パターン部同士が並列方向の両側に対向配置された入力側間隙領域と、前記出力側パターン部同士が前記並列方向の両側に対向配置された出力側間隙領域とが設けられることが好ましい。これによれば、前記入力側間隙領域と前記出力側間隙領域とは、それぞれ分路アドミタンスを構成する分路回路成分の第２の進み位相を持つ要素を構成する。
【００３５】
ここで、前記直列インピーダンスを構成する前記第１の遅れ位相を持つ要素及び前記第１の進み要素を持つ要素は、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部が前記中間接続パターン部を介して前記入出力方向に接続されたパターン構造により構成される。また、前記分路アドミタンスを構成する前記第２の遅れ位相を持つ要素及び前記第２の進み位相を持つ要素は、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記入力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記出力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造とによって構成される。
【００３６】
このようにすると、前記差動伝送線路は導体パターンによって構成されるため、平面パターンの積層構造で実現可能であるため、薄膜プロセスに適合し、デバイスの薄型化が可能である。また、薄膜プロセスは微細加工に適しており、パターンの微細化によってデバイスの小型化が可能である。さらに、前記差動伝送線路はシンプルな導体パターンの構成によって実現可能であるため、製作プロセスが容易な構造となり、製作コストを下げることが可能である。
【００３７】
本発明において、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記入力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記入力側間隙領域を介して前記並列方向に対向し、前記出力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記出力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記出力側間隙領域を介して前記並列方向に対向することが好ましい。これによれば、前記細幅の突出部を有することにより、分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素となるインダクタンス成分を調整し、特に大きくすることができる。これにより、分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。また、前記細幅の突出部が、主として分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素を構成するため、第２の進み位相を持つ要素と独立して設計することができるため、分路アドミタンスの共振周波数を調整するための設計が容易となる。
【００３８】
これに加えて、前記突出部は先端が前記入出力方向に延長されたＴ字状に形成されることが望ましい。これによれば、前記突出部がＴ字状に形成されることで、前記の分路アドミタンスの第２の遅れ位相を持つ要素と、第２の進み位相を持つ要素とをそれぞれ独立させて設計することができるため、分路アドミタンスの共振周波数を調整するための設計がさらに容易となる。
【００３９】
本発明において、前記一対の導体パターンは絶縁層を介して前記グランド導体と積層されることが好ましい。これによれば、積層構造により実現される差動伝送線路は、平面的な専有面積が小さくなるため、小型化が可能となる。また、間隙部分で形成する遅れ位相を持つ要素を、同一平面の間隙ではなく、積層導体間の間隙によって形成するため、大きなキャパシタンスを実現することができる。これにより、直列インピーダンス並びに分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。
【００４０】
本発明において、前記一対の導体パターンは同一平面上に形成されることが好ましい。これによれば、同一平面上に導体パターンを形成する構造による差動伝送線路は、１層の導体層によりデバイスを構成できるため、製作プロセスが簡略化され、製作コストを下げることができる。
【００４１】
本発明において、前記一対の導体パターンは絶縁層を介して相互に積層されることが好ましい。これによれば、積層構造により実現される差動伝送線路は、平面的な専有面積が小さくなるため、小型化が可能となる。また、間隙部分で形成する遅れ位相を持つ要素を、同一平面の間隙ではなく、積層導体間の間隙によって形成するため、大きなキャパシタンスを実現することができる。これにより、直列インピーダンス並びに分路アドミタンスの共振周波数を調整し、特に低周波化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の鳥瞰図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の導体ラインパターンの上面図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成について、ユニットセルを３つ縦続接続させた構造の鳥瞰図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、３次元電磁界解析を用いて特性シミュレーションを行った結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードの透過係数の位相の周波数特性を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４４】
実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る、図１の構造の左手系差動伝送線路の等価回路図である。図１の左手系差動伝送線路は、プリント基板などの平面導体による構造である。図１の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００４５】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００４６】
図１の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、入力側パターン部に相当するＡパターン部Ｌ１Ａと出力側パターン部に相当するＢパターン部Ｌ１Ｂと中間接続パターン部に相当するＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２ＢとＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００４７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する、幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。ここで、ｗｃ＜ｗａおよびｗｃ＜ｗｂであり、図示例ではｗａ＝ｗｂである。Ｃパターン部の内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。Ａパターン部Ｌ１ＡとＬ２Ａの間には入出力方向に見て一定のギャップ幅ｄａを備えた入力側間隙領域が設けられ、Ｂパターン部Ｌ１ＢとＬ２Ｂの間には入出力方向に見て一定のギャップ幅ｄｂを備えた出力側間隙領域が設けられている。
【００４８】
図１の左手系差動伝送線路は、図２の等価回路で表される。図１の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。図１のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図１のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図１のＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００４９】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンが寄与し、ｗａ、ｗｂおよびｄｃの長さが主要パラメータとなる。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間ギャップが寄与し、ｗａ、ｗｂおよびギャップ幅ｄａおよびｄｂの長さが主要パラメータとなる。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、ｗａ、ｌａ、ｗｂ、ｌｂによる面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５２】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与し、ｗｃ、ｌｃの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップによって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップの寸法が寄与し、ｗａ、ｗｂ、ｗｃとｌｃの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００５４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法が寄与し、ｗａ、ｗｂ、ｌａおよびｌｂの長さが主要パラメータとなる。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００５５】
図１の構造は、パターン形状が簡単であるため、伝送線路を設計する際の寸法パラメータの要素数が少ないため、設計を容易にすることが可能である。また、簡単な形状であるため、薄膜の微細パターン技術に応じてサイズの小型化が図りやすい利点を有する。
【００５６】
図２の等価回路による差動伝送線路の動作を以下に述べる。図１の実施の形態１の構造に基づく、図２の等価回路の左手系差動伝送線路は、２本の伝送線路Ｌ１およびＬ２で構成され、信号成分はそれぞれに逆相となる差動信号を与えて動作する。なお、直列インピーダンスＣ１およびＣ２部分における要素Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、通常キャパシタンス素子で構成され、内部に寄生誘導成分があるため、寄生成分による自己共振周波数よりも高周波では遅れ位相要素になり得るが、自己共振周波数を十分に高くすることにより進み位相要素として左手系伝送を実現させる。また、伝送線路とグラウンド間の要素Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰ、Ｂ２ＣＰは一般的に進み位相を持つ要素であり、分路アドミタンスＡ１２およびＢ１２におけるキャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲと並列共振を起こすが、この並列共振周波数を要素Ａ１２ＬＬとＡ１２ＣＲとの直列共振周波数およびＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲとの直列共振周波数よりも十分に高くすることにより左手系伝送を実現させる。
【００５７】
この伝送線路の直流における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２における遅れ位相を持つインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲが直流通路となり、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２における進み位相を持つキャパシタンス成分Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲが直流の分路を阻止するため、伝送線路の入出力において、直流が伝送可能となる。
【００５８】
この伝送線路の低周波帯域における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１におけるＣ１ＬＲとＣ１ＣＬの組み合わせ、および、直列インピーダンス要素Ｃ２におけるＣ２ＬＲとＣ２ＣＬの組み合わせによる並列共振周波数よりも低い周波数帯域と、分路アドミタンス要素Ａ１２におけるＡ１２ＬＬとＡ１２ＣＲの組み合わせ、および、分路アドミタンス要素Ｂ１２におけるＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲの組み合わせによる直列共振周波数よりも低い周波数帯域であり、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２は等価的に遅れ要素、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は等価的に進み要素として作用するため、伝送線路は右手系伝送特性を有するものとなる。
【００５９】
この伝送線路の高周波帯域における動作は、直列インピーダンス要素Ｃ１におけるＣ１ＬＲとＣ１ＣＬの組み合わせ、および、直列インピーダンス要素Ｃ２におけるＣ２ＬＲとＣ２ＣＬの組み合わせによる並列共振周波数よりも高い周波数帯域と、分路アドミタンス要素Ａ１２におけるＡ１２ＬＬとＡ１２ＣＲの組み合わせ、および、分路アドミタンス要素Ｂ１２におけるＢ１２ＬＬとＢ１２ＣＲの組み合わせによる直列共振周波数よりも高い周波数帯域であり、かつ、それぞれの寄生インダクタンスおよび寄生キャパシタンスによる第２の共振周波数よりも低い周波数帯域において、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２は等価的に進み要素、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は等価的に遅れ要素として作用するため、伝送線路は左手系伝送特性を有するものとなる。
【００６０】
上記の周波数帯域よりもさらに高い周波数帯域、すなわち、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２の寄生インダクタンス成分Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰによる第２の自己共振周波数と、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２の寄生キャパシタンス成分Ａ１２ＣＰおよびＢ１２ＣＰによる第２の自己共振周波数のそれぞれよりも高い周波数帯域では、直列インピーダンスは等価的に遅れ要素、分路アドミタンスは等価的に進み要素として作用するため、伝送線路は右手系伝送特性を有するものとなる。
【００６１】
一方で、コモンモード信号については、２本の信号線が同電位となるため、その間の分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２のうち、Ａ１２ＬＬ、Ａ１２ＣＲ、Ｂ１２ＬＬおよびＢ１２ＣＲが機能しない。このため、分路アドミタンス要素Ａ１２およびＢ１２は、接地導体ＧＮＤとの寄生キャパシタンスであるＡ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰの進み要素のみとなる。したがって、直列インピーダンス要素Ｃ１およびＣ２が等価的に進み要素として作用する周波数帯域（上述の左手系伝送特性を有する周波数帯域）では、伝送線路は直列インピーダンス要素および分路アドミタンス要素がともに進み要素となるため、コモンモード信号が伝搬できない。したがって、上述の左手系伝送特性を有する同周波数帯域においては、差動信号モードのみ伝搬するため、この伝送線路はコモンモードフィルタとして機能する。
【００６２】
一方、直列インピーダンス要素および分路アドミタンス要素がともに進み要素、あるいはともに遅れ要素である場合、信号は伝搬できない。これらの状態となる周波数帯域をストップバンドと称し、ストップバンドが小さくなるように、直列インピーダンス要素と分路アドミタンス要素の共振周波数を一致させることが好ましい。
【００６３】
実施の形態２
図３は、この発明の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図３の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図３の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。図３の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図３の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００６４】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やＩＣ作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００６５】
図３の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。ここで、Ｃパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃの幅がＡパターン部Ｌ１Ａ、Ｌ２ＡおよびＢパターン部Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂの幅よりも小さい点は上記実施の形態１と同様である。また、この点は後述する他の実施の形態でも同様である。
【００６６】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００６７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する、幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置され、インターディジタルキャパシタ構造のパターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対して、図示のように内側のみに配置されても、外側のみに配置されても、両側に配置されても良い。
【００６８】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部は、それぞれＴ字状パターンであり、インダクタンスおよびキャパシタンスを形成する。Ｔ字状パターンは、インターディジタルキャパシタ構造のパターンと比較して、インダクタンスとキャパシタンスの設計を独立させることができるため、設計が容易となる。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【００６９】
図３の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図３の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【００７０】
図３のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図３のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図３のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００７１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７３】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００７６】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００７７】
図３の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。
【００７８】
ＣＬパターン部は、インターディジタルキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対向面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。
【００７９】
また、図３の構造は、図１の構造と比較して、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、Ｔ字型の導体パターンの配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。
【００８０】
この部分を、図３のようなＴ字型にすることにより、比較的簡単な構造でありながら、インダクタンスＬＬおよびキャパシタンスＣＲの設計値を、Ｔ字の縦線部分（Ａパターン部およびＢパターン部から内側へ突出する細幅部分）および横線部分（細幅部分の先端（内側）において入出力方向に広がった幅広部分）に分けて設計することが可能であるため、ＬＬとＣＲの独立した設計が可能となるため、図３の構造は、設計回路パラメータを簡単に柔軟に設定することに適した構造である。
【００８１】
実施の形態３
図４は、この発明の実施の形態３に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図４の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図４の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【００８２】
図４の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図４の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【００８３】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【００８４】
図４の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、それに挟まれるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部とに挟まれるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。
【００８５】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【００８６】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンであるが、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造となっている。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、つづら折れ構造の他にもスパイラル構造・ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置され、インターディジタルキャパシタ構造のパターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。図示例では、Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２ＣはＡパターン部およびＢパターン部よりも外側に配置されている。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対して、図示のように内側のみに配置されても、外側のみに配置されても、両側に配置されても良い。
【００８７】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部は、それぞれＴ字状パターンであり、インダクタンスおよびキャパシタンスを形成する。Ｔ字状パターンは、インターディジタルキャパシタ構造のパターンと比較して、インダクタンスとキャパシタンスの設計を独立させることができるため、設計が容易となる。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【００８８】
図４の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図４の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【００８９】
図４のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図４のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図４のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【００９０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【００９５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【００９６】
図４の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。図３の構造と同様の特徴を有する。ＣＬパターン部は、インターディジタルキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対抗面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。
【００９７】
図４の構造は、図３の構造と比較して、Ｃパターン部のＬ１ＣおよびＬ２Ｃパターンがつづら折れ構造になっている。これにより、大きなインダクタンスを構成できる。また、この部分をスパイラル形状やダブルスパイラル形状にすることも考えられる。
【００９８】
また、図４の構造は、図３と同様に、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、Ｔ字型の導体パターンの配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。この部分を、図４のようなＴ字型にすることにより、比較的簡単な構造でありながら、インダクタンスＬＬおよびキャパシタンスＣＲの設計値を、Ｔ字の縦線部分および横線部分に分けて設計することが可能であるため、ＬＬとＣＲの独立した設計が可能となるため、図４の構造は、設計回路パラメータを簡単に柔軟に設定することに適した構造である。
【００９９】
実施の形態４
図５は、この発明の実施の形態４に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図５の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図５の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１００】
図５の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図５の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【０１０１】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やIC作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【０１０２】
図５の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ１から構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ２ＣおよびＣＬパターン部ＣＬ２から構成される。また、第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部との間の要素となるＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａと、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部と第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部との間の要素となるＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂから構成される。
【０１０３】
なお、ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＲ２Ａ、ＣＲ２Ｂの各パターンは、それ以外のパターン部である第１パターン層に対し、絶縁層ＳＵＢ１あるいはＳＵＢ２を介して第２パターン層として形成される。この第２パターン層は、第１パターン層の上部でも下部でものいずれか片側で良く、あるいは、上下両側であっても良い。片側の場合は、構造が簡単である。両側の場合は、大きなキャパシタンスなどを構成することができる。
【０１０４】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【０１０５】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造、スパイラル構造、ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの内側の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部の内側の辺から外側に距離ｄｃだけ離して配置する。
【０１０６】
ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置されるパターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃが配置される第１パターン層に対して、絶縁層ＳＵＢ１を介して別の第２パターン層に配置されるパターンである。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、主としてＡパターン部やＢパターン部と静電結合され、Ａパターン部とＢパターン部の間にキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬを形成する。キャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、ＭＩＭキャパシタ構造であり、絶縁層（Ｉ）の厚さを変えるか、金属（Ｍ）パターン間の対向面積を変えることによりキャパシタンスを調整できる。したがって、図４に示されるインターディジタルキャパシタ構造よりも、構造が簡単でキャパシタンスの調整や、大きなキャパシタンスを構成するのに適している。
【０１０７】
第１の伝送線路Ｌ１のＡパターン部Ｌ１Ａと第２の伝送線路Ｌ２のＡパターン部Ｌ２Ａの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａを配置し、第１の伝送線路Ｌ１のＢパターン部Ｌ１Ｂと第２の伝送線路Ｌ２のＢパターン部Ｌ２Ｂの間に、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂを配置する。ＣＲパターン部ＣＲ１ＡとＣＲ２Ａがペアとなり、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢとＣＲ２Ｂがペアとなることにより、分路アドミタンス要素を構成する。ＣＲパターン部ＣＲ２ＡおよびＣＲ２Ｂは、ＣＲ１ＡおよびＣＲ１Ｂが配置される第１パターン層に対して、絶縁層ＳＵＢ１を介して別の第２パターン層に配置されるパターンである。ＣＲパターン部ＣＲ２ＡおよびＣＲ２Ｂは、ＣＲ１ＡおよびＣＲ１Ｂと静電結合され、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、ＭＩＭキャパシタ構造であり、絶縁層（Ｉ）の厚さを変えるか、金属（Ｍ）パターン間の対向面積を変えることによりキャパシタンスを調整できる。したがって、図４に示されるインターディジタルキャパシタ構造やＴ字状パターンよりも、構造が簡単でキャパシタンスの調整や、大きなキャパシタンスを構成するのに適している。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【０１０８】
図５の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図５の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【０１０９】
図５のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＡおよびＣＲ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図５のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂと、ＣＲパターン部ＣＲ１ＢおよびＣＲ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図５のＣパターン部Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、および、ＣＬパターン部ＣＬ１、ＣＬ２は、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【０１１０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンおよびＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間のＣＲパターン部が主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、ＣＲパターン部における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップとＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２によって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップとＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２が寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分、Ｂパターン部分、Ｃパターン部の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１１６】
図５の構造は、図１の構造と比較して、Ｃパターン部にＣＬパターン部が追加されている。ＣＬパターン部は、図２におけるキャパシタンスＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬと、その寄生インダクタンスとなるＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰを構成する。図３および図４の構造と同様の特徴を有する。
【０１１７】
ＣＬパターン部は、ＭＩＭキャパシタ構造であり、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対抗面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。また、図３および図４のインターディジタルキャパシタ構造に比べて、構造が簡単であるため、設計が容易で、大きなキャパシタンスを得ることができる。
【０１１８】
図５の構造のＣパターン部のＬ１ＣおよびＬ２Ｃパターンは、図４と同様につづら折れ形状やスパイラル形状やダブルスパイラル形状などにしても良い。これにより、大きなインダクタンスを構成できる。
【０１１９】
また、図５の構造は、図１の構造と比較して、２本の伝送線路間の間隔ｄａおよびｄｂの部分に、ＣＲパターン部分を配置している。この部分で、図２におけるインダクタンスＡ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬと、キャパシタンスＡ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲを形成する。
【０１２０】
この部分を、図５のようなＭＩＭキャパシタ構造により、図１の単純なギャップによるキャパシタンスに比べて、パターン間の対向面積を大きくできるため、小さな面積で大きなキャパシタンスを得ることができる。このため、小型化に適した構造である。また、図３および図４のＴ字状構造に比べて、設計が容易で、大きなキャパシタンスを得ることができる。
【０１２１】
実施の形態５
図６は、この発明の実施の形態５に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造図である。図６の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図６の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１２２】
図６の左手系差動伝送線路の構造は、図１に示される実施の形態１と同様に次のことが言える。本構造は、プリント基板などの平面導体による構造である。図６の平面線路に対して、その下面に絶縁層を介してグラウンドを配置したマイクロストリップ線路型、その上下両面に絶縁層を介してグラウンドを配置したストリップ線路型、および、その同一平面上にグラウンドを配置したコプレーナ線路型なども構成できる。
【０１２３】
本構造の伝送線路は、プリント基板作製技術やＩＣ作製技術などを用いて実現することができる。一般的には、フォトリソグラフィ技術に基づいて作製される。また、本構造の伝送線路は、導体パターンとグラウンドとの間の電磁界伝搬媒質に生じる電磁界の伝搬により動作する。電磁界伝搬媒質は、単純な絶縁材料でも良いが、誘電率が高い材料や透磁率が高い材料を使うことにより、電磁波の波長が短縮される。また、低損失な材料を用いることにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。導体およびグラウンドを構成する材料は、導電率が高い材料を選択することにより、デバイスの挿入損失を軽減することができる。
【０１２４】
図６の左手系差動伝送線路は、第１の伝送線路Ｌ１と、第２の伝送線路Ｌ２で構成された差動伝送線路である。第１の伝送線路Ｌ１は、Ａパターン部Ｌ１ＡとＢパターン部Ｌ１Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ１Ｃから構成される。また、第２の伝送線路Ｌ２は、第１の伝送線路Ｌ１と同様に、Ａパターン部Ｌ２ＡとＢパターン部Ｌ２Ｂと、その間の要素となるＣパターン部Ｌ２Ｃから構成される。
【０１２５】
なお、第１の伝送線路Ｌ１を構成するパターン部である第１パターン層と、第２の伝送線路Ｌ２を構成するパターン部である第２パターン層とは、絶縁層ＳＵＢ１あるいはＳＵＢ２を介して積層して形成される。この第１パターン層と第２パターン層の上下位置関係は、どちらが上であっても構わない。
【０１２６】
伝送線路は、本構造を基本構造（ユニットセル）とし、これを複数縦続接続させることで伝送線路を形成する。なお、本構造（ユニットセル）の長さは、使用する周波数の電磁波波長の四分の１の長さよりも十分に小さいことが好ましい。
【０１２７】
Ａパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、幅ｗａ、長さｌａの長方形パターンであり、Ｂパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、幅ｗｂ、長さｌｂの長方形パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、Ａパターン部とＢパターン部を接続する幅ｗｃ、長さｌｃの帯状パターンである。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、線路長ｌｃを長くしてインダクタンスを大きくするために、つづら折れ構造、スパイラル構造、ダブルスパイラル構造など、小型で大きなインダクタンスを得るパターンとして種々の形状が考えられる。Ｃパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２の辺は、Ａパターン部およびＢパターン部よりも内側に距離ｄｃだけ離して配置する。また、図６には示されていないが、キャパシタンスを大きくするために図４と同様にＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２を設けても良い。ＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２は、Ａパターン部とＢパターン部の間で、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃに対してそれぞれ隣接して並列接続で配置される、インターディジタルキャパシタ構造が適当である。第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の対称性から、Ａパターン部、Ｂパターン部、Ｃパターン部はそれぞれ、第１の伝送線路と第２の伝送線路の中心線に対して線対称であることが好ましい。
【０１２８】
図６の左手系差動伝送線路は、図１と同様に図２の等価回路で表される。図２の等価回路の動作は、実施の形態１と同様である。図６の構造と図２の等価回路の主な対応はそれぞれ次の通りである。
【０１２９】
図６のＡパターン部Ｌ１ＡおよびＬ２Ａは、図２の等価回路の点線で囲われたＡ１２部分に対応し、図６のＢパターン部Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂは、図２の等価回路の点線で囲われたＢ１２部分に対応し、図６のＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃは、図２の等価回路の点線で囲われたＣ１部分およびＣ２部分にそれぞれ対応する。
【０１３０】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＬＬは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ａ１２ＬＬである。Ａ１２ＬＬと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＬＬは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＬＬである。これらの線間インダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の導体パターンのうち、Ｃパターン部分と連結する位置よりも内側の導体パターンが主に寄与する。Ａ１２ＬＬおよびＢ１２ＬＬは、分路要素の線間インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、分路要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３１】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１２ＣＲは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間キャパシタンス成分Ａ１２ＣＲである。Ａ１２ＣＲと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１２ＣＲは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の線間インダクタンス成分Ｂ１２ＣＲである。これらの線間キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間ギャップが主に寄与する。Ａ１２ＣＲおよびＢ１２ＣＲは、分路要素の線間キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３２】
図２の等価回路のＡ１２部分を構成するＡ１ＣＰおよびＡ２ＣＰは、Ａパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰである。Ａ１ＣＰおよびＡ２ＣＰと同様に、図２の等価回路のＢ１２部分を構成するＢ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、Ｂパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間に生じる寄生キャパシタンス成分Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰである。これらの寄生キャパシタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分における、第１の伝送線路Ｌ１および第２の伝送線路Ｌ２と接地導体ＧＮＤの間のキャパシタンスであり、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法と伝送線路パターンと接地導体ＧＮＤパターンとの間の間隔ｄｄが寄与し、パターンの面積および間隔ｄｄの長さが主要パラメータとなる。Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰ、Ｂ１ＣＰおよびＢ２ＣＰは、分路要素の寄生キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波帯域において、分路要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３３】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のインダクタンス成分Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンスに対応する。これらのインダクタンス成分は、Ｃパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＲおよびＣ２ＬＲは、伝送線路の直列要素の並列インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも低い周波帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３４】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬであり、Ｃパターン部分Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃを除く、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のギャップによって形成されるキャパシタンス成分に対応する。これらのキャパシタンス成分は、Ａパターン部分とＢパターン部分との間ギャップが寄与する。Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域において、直列要素の進み位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３５】
図２の等価回路のＣ１およびＣ２部分を構成するＣ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、Ｃパターン部分における、Ａパターン部分とＢパターン部分との間のキャパシタンス成分Ｃ１ＣＬおよびＣ２ＣＬに寄生するインダクタンス成分に対応する。これらのインダクタンス成分は、Ａパターン部分およびＢパターン部分の寸法が寄与する。Ｃ１ＬＰおよびＣ２ＬＰは、伝送線路の直列要素の並列キャパシタンスの寄生インダクタンス成分として寄与し、コモンモードフィルタが動作する左手系周波数帯域よりも高い周波数帯域において、直列要素の遅れ位相を持つ回路素子として機能する。
【０１３６】
図６の構造は、図１と同様に、パターン形状が簡単であるため、伝送線路を設計する際の寸法パラメータの要素数が少ないため、設計を容易にすることが可能である。また、簡単な形状であるため、薄膜の微細パターン技術に応じてサイズの小型化が図りやすい利点を有する。さらに、図６の構造は、図１の構造と比較して、第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２が、２つの層に分かれて積層されるため、占有面積が小さくできる利点がある。
【０１３７】
実施の形態６
図７は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の鳥瞰図である。図８は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成を示す構造の導体ラインパターンの上面図である。図７および図８は、同じ構造の視点を変えたものであり、左手系差動伝送線路の基本構造となるユニットセルを示している。図７および図８の構造の伝送線路は、図１の構造の伝送線路と同様に、図２の等価回路図で表される。図７および図８の構造の伝送線路は、図２の等価回路図で表されることから、回路動作は図１の実施の形態１に係る左手系差動伝送線路と同様の動作をする。
【０１３８】
図７および図８の構造は、上記図３に示したこの発明の実施の形態２を基本とした同様の構造である。したがって、図３の実施の形態２に係る左手系差動伝送線路と同様の特徴を有する。本構造は、上記図３と同様の特徴を有するので、特に、従来の技術（非特許文献４）では、分路アドミタンス部分がインターディジタルキャパシタ構造であり、分路アドミタンスを構成する直列インダクタンス要素ＬＬと直列キャパシタンス要素ＣＲの要素設計が独立できずに複雑であったが、本構造では同部分をＴ字型に変更したため、ＬＬとＣＲの設計を分離して設計し易くなった。
【０１３９】
図３の構造との相違点は、図３におけるＣＬパターン部ＣＬ１およびＣＬ２のインターディジタルキャパシタ構造が、指の本数を増やして細長くし、指間の間隔を狭めることにより、大きなキャパシタンスＣＬを構成している点である。加えて、図３におけるＣパターン部Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃのインダクタンス要素の配置が、図３ではＣＬ１およびＣＬ２部分よりも伝送線路の外側に配置しているのに対して、図７および図８の構造では伝送線路の内側に配置されている点である。インダクタンス要素を内側に配置することにより、差動伝送線路の２本の伝送線路間における結合が強まるため、相互インダクタンスが大きくなり、ディファレンシャルモードの場合とコモンモードの場合の等価回路のインダクタンスに大きな差異を生むことができる。これにより、コモンモードフィルタの特性改善が見込まれる。
【０１４０】
図９は、この発明の実施の形態６に係る左手系差動伝送線路の構成について、ユニットセルを３つ縦続接続させた構造の鳥瞰図である。これは、原理的には図７および図８の構造のユニットセルを縦続接続して、３つのユニットセル要素からなるデバイスを構成したものである。
【０１４１】
図７および図８の構造と異なる特徴点として、図９の入力端で分路アドミタンスを構成する部分および出力端で分路アドミタンスを構成する部分、つまり伝送線路の両端における分路要素は、図７および図８のデバイスと同じ寸法で設計すれば良いが、入出力端以外の中間の分路アドミタンスを構成する部分はその寸法設計が端部と異なる。
【０１４２】
ユニットセルを縦続接続で連結する場合に、互いのユニットセルが構造的に干渉する場合はもちろん、電磁気的にも干渉する場合は、単にユニットセル構造を並べただけでは、等価回路の動作が所望した設計に対して変わってしまう。ユニットセルを縦続接続する場合は、構造的にただ連結するのではなく、動作する等価回路が所望の特性を満足するように適宜変更する必要がある。
【０１４３】
図９の構造では、入出力端の分路アドミタンス要素の構造に対して、Ｔ字型を示す導体パターンは、主としてそのインダクタンスを構成する縦線部分の幅を太くすることでインダクタンスを小さく設計し、Ｔ字の向かい合わせとなる横線部分を大きくして、２つのＴ字の間隔を狭くすることにより、キャパシタンスを大きく設計している。これらの工夫により、等価回路のパラメータを調整し、連結するユニットセルのインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を相互に合わせて共振周波数やブロッホインピーダンス特性を一致させることにより、複数のユニットセルを連結した場合の特性劣化を防いでいる。
【０１４４】
図１０は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、３次元電磁界解析を用いて特性シミュレーションを行った結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。３次元電磁界解析は、米国Ｓｏｎｎｅｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製３次元電磁界解析ソフトウェアＳＯＮＮＥＴを用いて行った。ＳＯＮＮＥＴは平面構造のデバイスモデルの解析に適しており、モーメント法に基づいた解析手法を用いている。
【０１４５】
３次元電磁界解析条件としては、デバイス周囲の空気層は境界の影響と計算可能な解析領域を考慮して、デバイスの厚さ方向に約１５ｍｍ、デバイスの幅方向に約５ｍｍとした。導体材料は厚さ１７μｍの銅とし、誘電体材料は厚さ１．５７５ｍｍのＲｏｇｅｒｓ社製ＲＴ／５８８０（比誘電率εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝０．０００９＠１０ＧＨｚ）を想定した。解析に用いたセルサイズは０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍとした。デバイス寸法を最適化した結果、デバイスの外形寸法は、３つのユニットセルを合わせて長さ約１７．２ｍｍ、幅約２１．２ｍｍ、厚さ約１．６ｍｍとなった。
【０１４６】
デバイス各部の寸法パラメータはそれぞれ次のように設定した。各入出力ポートのライン幅Ｗ１は４．５８ｍｍ、ポート間の間隔ｄは１２．０２ｍｍとした。直列インピーダンス要素を構成するインターディジタルキャパシタによるキャパシタンスＣＬは、指の線幅ＷＣＬを０．０８ｍｍ、間隔ＳＣＬを０．１２ｍｍ、長さＬＣＬを２．７ｍｍとして、１０対のインターディジタルキャパシタとした。直列インピーダンス要素を構成するマイクロストリップラインによるインダクタンスＬＲは、長さＬ２を２．８２ｍｍ、線幅ＷＬＲを０．３８ｍｍとして、インターディジタルキャパシタＣＬと互いに並列となるように配置し、併せて直列インピーダンス要素Ｚを構成した。伝送線路の両端部分（入出力端部）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の横線部分による分路キャパシタンスＣＲ１は、Ｔ字の横線部分の幅ＷＣＲ１を１．１８ｍｍ、長さＬＣＲ１を４．０８ｍｍとして、２つのＴ字パターンが向かい合う間隔ＳＣＲ１を０．１２ｍｍとした。伝送線路の両端部分（入出力端部）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の縦線部分のマイクロストリップラインによる分路インダクタンスＬＬ１は、Ｔ字の縦線部分の長さＬＬＬ１を４．７７ｍｍ、線幅ＷＬＬ１を０．０８ｍｍとした。一方、伝送線路の中間部分（入出力端部以外）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の横線部分による分路キャパシタンスＣＲ２は、Ｔ字の横線部分の幅ＷＣＲ２を０．９８ｍｍ、長さＬＣＲ２を５．５８ｍｍとして、２つのＴ字パターンが向かい合う間隔ＳＣＲ２を０．１２ｍｍとした。伝送線路の中間部分（入出力端部以外）にある分路アドミタンス要素を構成するＴ字型構造の縦線部分のマイクロストリップラインによる分路インダクタンスＬＬ２は、Ｔ字の縦線部分の長さＬＬＬ２を４．９７ｍｍ、線幅ＷＬＬ２を０．５８ｍｍとした。
【０１４７】
３つのユニットセルを縦続接続したデバイスについて検討すると、ユニットセル１つのデバイスに対して、減衰が大きくなる。このとき、コモンモード成分の減衰が大きくなることは良いが、ディファレンシャルモード成分の減衰も大きくなるため注意が必要である。実用性能を満足する上では、コモンモード成分の透過係数を目標値よりも小さくし、ディファレンシャルモード成分の透過係数を目標値よりも大きくする必要がある。したがって、ユニットセルの縦続接続によりデバイスを構成する場合、コモンモード成分を十分抑制できるセル数以上で、かつ、ディファレンシャルモード成分が十分に透過するセル数以下の範囲で縦続接続するセル数を設定する必要がある。本デバイスの設計においては、３つが適切なセル数であった。
【０１４８】
上記寸法にて設計したデバイスを試作した結果について示す。作製には、Ｒｏｇｅｒｓ社製ＲＴ／５８８０基板（比誘電率εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝０．０００９＠１０ＧＨｚ、誘電体厚さ１．５７５ｍｍ、銅箔厚さ１７μｍ、両面銅箔）を用いて、裏面を全面をグラウンドプレーンとしてそのまま使用し、表面をフォトリソグラフィとウェットエッチング加工により導体パターンを形成した。完成した伝送線路基板の４つの入出力ポートにそれぞれＳＭＡコネクタを接続し、４ポートネットワークアナライザ（Ａｄｖａｎｔｅｓｔ社製Ｒ３７６７ＣＧ）を用いて、付属のｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ／ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅソフトウェアフィクスチャ機能により、ディファレンシャルモードおよびコモンモードの伝送特性を測定した。
【０１４９】
図１１は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【０１５０】
図１２は、この発明の実施の形態６に係る図９のユニットセルを３つ縦続接続させたデバイスについて、試作したデバイスの伝送特性を測定した結果、ディファレンシャル（差動信号）モードおよびコモン（同相ノイズ）モードの透過係数の大きさの周波数特性を比較したものである。
【０１５１】
図１１の特性より、特にコモンモード成分は、実用目標仕様である−２０ｄＢ以下を満足する帯域が得られた。一方、ディファレンシャルモード成分の減衰も大きくなっており、４ＧＨｚ近傍において−２〜−４ｄＢ程度となり、やや大きな損失が生じた。
【０１５２】
図１２の特性より、左手系信号伝送帯域を分析すると、透過係数Ｓ２１の位相（入出力の位相差）が約４．２ＧＨｚで０度になることが読み取れる。位相は、−１８０度から＋１８０度の範囲で周期的性質を持つため、本質的な０度位相を見出すのは難しいが、電磁界解析による結果との照合および１つのユニットセルデバイスの結果との比較により、位相変化の分析できる。このことから、約４．２ＧＨｚより高周波側が右手系動作であり、低周波側が左手系動作であると分析できる。さらに、上述のストップバンドの周波数を考慮すると、左手系信号伝送帯域は約３．７〜４．２ＧＨｚの帯域であることがわかり、従来のデバイスの左手系信号伝送帯域よりも僅かに広がった結果が得られた。
【０１５３】
図１１の透過係数の周波数特性より、３つのユニットセルのデバイスのコモンモードフィルタとしての特性を整理すると、約３．８〜４．０ＧＨｚの周波数帯域において、コモンモード成分は−２０ｄＢ以下の実用目標仕様を満足しており、一方、ディファレンシャルモード成分は最大で−２ｄＢ程度の値であり、実用目標仕様の−１ｄＢ以上を満足することはできなかった。しかしながら、従来の試作デバイスの−８ｄＢよりも大きな値となり、特性改善の効果が得られた。
【０１５４】
尚、本発明の伝送線路は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１５５】
図１に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンである。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部の導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部の導体パターン。
【０１５６】
ｗａ、ｗｂ、ｗｃはそれぞれ導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法である。ｗａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法、ｗｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法、ｗｃ：Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンの幅方向（伝送線路に対して垂直な方向）寸法。
【０１５７】
ｌａ、ｌｂ、ｌｃはそれぞれ導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法である。ｌａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法、ｌｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法、ｌｃ：Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンの長さ方向（伝送線路の線路方向）寸法。
【０１５８】
ｄａ、ｄｂ、ｄｃはそれぞれ第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２との間の間隙部分の間隔に関する寸法である。ｄａ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターンの間の間隙部分の間隔、ｄｂ：Ｌ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンの間の間隙部分の間隔、ｄｃ：Ｌ１ＡおよびＬ２Ａの導体パターン、あるいはＬ１ＢおよびＬ２Ｂの導体パターンが、Ｌ１ＣおよびＬ２Ｃの導体パターンに対して伝送線路の内側に吐出している部分の長さ寸法。
【０１５９】
図２に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。入力側分路アドミタンス要素となる回路部分をＡ１２とする。出力側分路アドミタンス要素となる回路部分をＢ１２とする。第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分をＣ１とする。第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分をＣ２とする。
【０１６０】
Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ回路要素の集合である。Ａ１２：入力側分路アドミタンス要素となる回路部分、Ｂ１２：出力側分路アドミタンス要素となる回路部分、Ｃ１：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分、Ｃ２：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分。
【０１６１】
Ａ１２ＬＬ、Ａ１２ＣＲ、Ａ１ＣＰ、Ａ２ＣＰはそれぞれ入力側分路アドミタンス要素となる回路部分Ａ１２に含まれる回路要素である。Ａ１２ＬＬ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列インダクタンス成分、Ａ１２ＣＲ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列キャパシタンス成分、Ａ１ＣＰ：第１の伝送線路Ｌ１とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分、Ａ２ＣＰ：第２の伝送線路Ｌ２とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分。
【０１６２】
Ｂ１２ＬＬ、Ｂ１２ＣＲ、Ｂ１ＣＰ、Ｂ２ＣＰはそれぞれ出力側分路アドミタンス要素となる回路部分Ｂ１２に含まれる回路要素である。Ｂ１２ＬＬ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列インダクタンス成分、Ｂ１２ＣＲ：第１の伝送線路Ｌ１と第２の伝送線路Ｌ２の線路間に作用する直列キャパシタンス成分、Ｂ１ＣＰ：第１の伝送線路Ｌ１とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分、Ｂ２ＣＰ：第２の伝送線路Ｌ２とグラウンドの間に作用する分路キャパシタンス成分。
【０１６３】
Ｃ１ＬＲ、Ｃ１ＣＬ、Ｃ１ＬＰはそれぞれ第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素となる回路部分Ｃ１に含まれる回路要素である。Ｃ１ＬＲ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列インダクタンス成分、Ｃ１ＣＬ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分、Ｃ１ＬＰ：第１の伝送線路Ｌ１の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分に含まれる寄生インダクタンス成分。
【０１６４】
Ｃ２ＬＲ、Ｃ２ＣＬ、Ｃ２ＬＰはそれぞれ第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素となる回路部分Ｃ２に含まれる回路要素である。Ｃ２ＬＲ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列インダクタンス成分、Ｃ２ＣＬ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分、Ｃ２ＬＰ：第２の伝送線路Ｌ２の直列インピーダンス要素における並列キャパシタンス成分に含まれる寄生インダクタンス成分。
【０１６５】
図３に示される符号の説明は次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１６６】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１６７】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１６８】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１６９】
図４に示される符号の説明は、図３に示される符号と同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７０】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７１】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７２】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１７３】
図５に示される符号の説明は、図３に示される符号とほぼ同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７４】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７５】
ＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれキャパシタンス成分を形成するための導体パターンである。ＣＬ１：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン、ＣＬ２：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてキャパシタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１７６】
ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａ、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂはそれぞれ分路アドミタンス要素となる回路部分の直列インダクタンス成分および直列キャパシタンス成分を構成する導体パターンである。ＣＲ１Ａ、ＣＲ２Ａが合わせて入力側分路アドミタンス要素となり、ＣＲ１Ｂ、ＣＲ２Ｂが合わせて入力側分路アドミタンス要素となる。
【０１７７】
ただし、図５における以下の符号は、図３と異なる符号である。ＳＵＢ１およびＳＵＢ２は、２層に分かれて積層される導体パターンのそれぞれの層の基板を示す。主となる第１導体パターン層をＳＵＢ１、副となる第２導体パターン層をＳＵＢ２とする。
【０１７８】
図６に示される符号の説明は、図５に示される符号とほぼ同様であり、次の通りである。＋入力端子と＋出力端子間の導体パターンを第１の伝送線路Ｌ１とする。−入力端子と−出力端子間の導体パターンを第２の伝送線路Ｌ２とする。
【０１７９】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃはそれぞれ導体パターンであり、図１に示される符号と同様である。Ｌ１Ａ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｂ：第１の伝送線路Ｌ１のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ１Ｃ：第１の伝送線路Ｌ１のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン、Ｌ２Ａ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｂ：第２の伝送線路Ｌ２のうち出力側Ｂパターン部の導体パターン、Ｌ２Ｃ：第２の伝送線路Ｌ２のうち入力側Ａパターンと出力側Ｂパターン部の中間のＣパターン部において主としてインダクタンス成分を構成するための導体パターン。
【０１８０】
ＳＵＢ１およびＳＵＢ２は、２層に分かれて積層される導体パターンのそれぞれの層の基板を示す。第１の伝送線路Ｌ１が配置される第１導体パターン層をＳＵＢ１、第２の伝送線路Ｌ２が配置される第２導体パターン層をＳＵＢ２とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に並列に接続された第１の遅れ位相を持つ要素及び第１の進み位相を持つ要素を含む入出力間の直列インピーダンスをそれぞれ構成する一対の入出力間回路成分と、該一対の入出力間回路成分の間に相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素、並びに、前記一対の伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素を含む分路アドミタンスを構成する分路回路成分とを備えた差動伝送線路であって、
入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有し、
前記一対の導休パターンは、それぞれ、前記入出力方向の入力側に配置された入力側パターン部と、前記入出力方向の出力側に配置された出力側パターン部と、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部よりも前記入出力方向と直交する方向に細幅に形成され、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部を接続する中間接続パターン部とを有し、
前記一対の導体パターンの間には、前記入力側パターン部同士が並列方向の両側に対向配置された入力側間隙領域と、前記出力側パターン部同士が前記並列方向の両側に対向配置された出力側間隙領域とが設けられ、
前記直列インピーダンスを構成する前記第１の遅れ位相を持つ要素及び前記第１の進み要素を持つ要素は、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部が前記中間接続パターン部を介して前記入出力方向に接続されたパターン構造により構成され、
前記分路アドミタンスを構成する前記第２の遅れ位相を持つ要素及び前記第２の進み位相を持つ要素は、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記入力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記出力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造とによって構成される、
ことを特徴とする差動伝送線路。
【請求項２】
前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記入力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記入力側間隙領域を介して前記並列方向に対向し、
前記出力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記出力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記出力側間隙領域を介して前記並列方向に対向する、
ことを特徴とする請求項１に記載の差動伝送線路。
【請求項３】
前記突出部は先端が前記入出力方向に延長されたT字状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の差動伝送線路。
【請求項４】
前記一対の導体パターンは絶縁層を介して前記グランド導体と積層されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【請求項５】
前記一対の導体パターンは同一平面上に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【請求項６】
前記一対の導体パターンは絶縁層を介して相互に積層されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【請求項１】
相互に並列に接続された第１の遅れ位相を持つ要素及び第１の進み位相を持つ要素を含む入出力間の直列インピーダンスをそれぞれ構成する一対の入出力間回路成分と、該一対の入出力間回路成分の間に相互に直列に接続された第２の遅れ位相を持つ要素及び第２の進み位相を持つ要素、並びに、前記一対の伝送線路とグランド電位の間にそれぞれ接続された第３の進み位相を持つ要素を含む分路アドミタンスを構成する分路回路成分とを備えた差動伝送線路であって、
入出力方向に延在し、相互に並列した一対の導体パターンと、該一対の導体パターンに共に隣接するグランド導体とを有し、
前記一対の導休パターンは、それぞれ、前記入出力方向の入力側に配置された入力側パターン部と、前記入出力方向の出力側に配置された出力側パターン部と、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部よりも前記入出力方向と直交する方向に細幅に形成され、前記入力側パターン部と前記出力側パターン部を接続する中間接続パターン部とを有し、
前記一対の導体パターンの間には、前記入力側パターン部同士が並列方向の両側に対向配置された入力側間隙領域と、前記出力側パターン部同士が前記並列方向の両側に対向配置された出力側間隙領域とが設けられ、
前記直列インピーダンスを構成する前記第１の遅れ位相を持つ要素及び前記第１の進み要素を持つ要素は、前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部が前記中間接続パターン部を介して前記入出力方向に接続されたパターン構造により構成され、
前記分路アドミタンスを構成する前記第２の遅れ位相を持つ要素及び前記第２の進み位相を持つ要素は、前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部及び前記出力側パターン部と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記入力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造と、前記一対の導体パターンにそれぞれ属する前記出力側パターン部同士が前記並列方向に間隙を介して対向する構造とによって構成される、
ことを特徴とする差動伝送線路。
【請求項２】
前記一対の導体パターンの前記入力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記入力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記入力側間隙領域を介して前記並列方向に対向し、
前記出力側パターン部は、本体部と、相互に他方の前記出力側パターン部に向けて前記本体部から突出し、前記本体部よりも前記入出力方向に細幅の突出部とを具備し、該突出部の先端同士が前記出力側間隙領域を介して前記並列方向に対向する、
ことを特徴とする請求項１に記載の差動伝送線路。
【請求項３】
前記突出部は先端が前記入出力方向に延長されたT字状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の差動伝送線路。
【請求項４】
前記一対の導体パターンは絶縁層を介して前記グランド導体と積層されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【請求項５】
前記一対の導体パターンは同一平面上に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【請求項６】
前記一対の導体パターンは絶縁層を介して相互に積層されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の差動伝送線路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９１５３０（Ｐ２０１２−１９１５３０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４８２１（Ｐ２０１１−５４８２１）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 平成２２年電気学会基礎・材料・共通部門大会Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ（ＣＤ−ＲＯＭ） 発行年月日 ２０１０年９月１３日 （学会発表） 研究集会名 平成２２年電気学会基礎・材料・共通部門大会 主催者名 社団法人電気学会 開催日 ２０１０年９月１３日 （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 電気学会研究会資料マグネティックス研究会ＭＡＧ−１０−１９９〜２０１・２０３〜２１２ 発行年月日 ２０１０年１２月１６日 （学会発表） 研究集会名 電気学会マグネティックス研究会 主催者名 社団法人電気学会 開催日 ２０１０年１２月１６日 （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 平成２３年電気学会全国大会講演論文集（ＣＤ−ＲＯＭ） 発行年月日 ２０１１年３月５日
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 平成２２年電気学会基礎・材料・共通部門大会Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ（ＣＤ−ＲＯＭ） 発行年月日 ２０１０年９月１３日 （学会発表） 研究集会名 平成２２年電気学会基礎・材料・共通部門大会 主催者名 社団法人電気学会 開催日 ２０１０年９月１３日 （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 電気学会研究会資料マグネティックス研究会ＭＡＧ−１０−１９９〜２０１・２０３〜２１２ 発行年月日 ２０１０年１２月１６日 （学会発表） 研究集会名 電気学会マグネティックス研究会 主催者名 社団法人電気学会 開催日 ２０１０年１２月１６日 （刊行物） 発行者名 社団法人電気学会 刊行物名 平成２３年電気学会全国大会講演論文集（ＣＤ−ＲＯＭ） 発行年月日 ２０１１年３月５日
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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