JP4658405B2 - 高周波用導波路とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波用導波路とその製造方法に係り、特にマイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯の電磁波が伝搬する導波路とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯の電磁波（以下、高周波という）の導波路として、導波管や金属と誘電体とを組み合わせたハイブリッド導波路が使用されている。金属と誘電体とを組み合わせた導波路として金属板２枚の間に誘電体を挟んだＮＲＤ（nonradiative dielectric）ガイドが使用されている。例えば公知文献として、IEEE TRANSACTIOS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL. MTT-29,NO.11,NOVEMBER 1981, PP.1188-1192 やIEEE TRANSACTIOS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL. MTT-32, NO.8,AUGUST 1984, PP.943-946、がある。
【０００３】
このＮＲＤガイドは導波路の曲がりの部分での放射損が生じないという特長を有しているが、導波路の遮断周波数近くで使用するため伝搬損失が大きい。この他に放射損の少ない導波路としてフォトニック・バンド結晶構造を用いた導波路が研究されている。
フォトニック・バンド結晶構造とは、結晶が電子をコントロールするのと同じように、高い誘電率比の誘電体周期構造を有した人工的な結晶を作成し、あるエネルギー領域で、その伝搬が禁止される事象を起こすことができる構造のことである。このフォトニック・バンド結晶構造の一部に周期構造を乱す部分を形成するとこの欠陥部分にのみ、エネルギーが伝搬し、エネルギーの伝播路とすることができる。
【０００４】
フォトニック・バンド結晶構造を光伝送の導波路とする公知文献としては、NATURE, VOL 386, 13 MARCH 1997がある。
また、特開２０００−３５２６３１号公報には、フォトニック結晶及びその製造方法についての記載があり、これは光伝送の分野で用いられるフォトニック結晶としての２次元的に蜂の巣格子状に配列された誘電体からなる完全バンドギャップに、機械的強度を高めるために三角格子状に配列された円柱状誘電体を組み合わせたものである。
【０００５】
さらに、特開平１１−２１８６２７号公報には、フォトニック結晶導波路およびその製造方法についての記載があり、これは光通信の分野で用いられるフォトニック結晶導波路をシリコン基板上に石英ガラスや高分子材料で形成したスラブ光導波路を形成したものである。このスラブ光導波路は中央の光導波領域の両側に三角格子状や六角格子状に屈折率の異なる材料を配列し屈折率変化領域を設けたものである。しかしながらこれらのフォトニック結晶導波路は光の導波に関する技術である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７はフォトニック・バンド構造による従来の高周波用導波路の斜視図である。
図７において、１００は高周波導波路で、１０２はセラミックなどの誘電体、１０４は空気円柱でこの空気中の配列がフォトニック・バンド結晶構造をしている。１０６は空気円柱１０４に直交する方向に、誘電体１０２の両端面において接合された金属板である。図７において金属板１０６にハッチングを施しているのは断面を示すものではなく、２枚の金属板１０６と誘電体１０２の位置関係を明確にするためのものである。
【０００７】
図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における高周波導波路１００の断面図である。ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面は空気円柱１０４に直交する断面である。
図８において、１０８は高周波反射領域、１１０は高周波伝搬領域である。
高周波が高周波導波路１００内を伝搬すると、高周波反射領域１０８はフォトニック・バンド結晶構造に対応した高周波の伝搬を禁止するが、高周波伝搬領域１１０は空気円柱１０４が無くフォトニック・バンド結晶構造の欠陥となるために、この部分を高周波が伝搬可能となる。
【０００８】
電磁波が高周波伝搬領域１１０を伝搬すると金属板１０６の接線方向の全方向の磁界による高周波電流が流れ、これがジュール熱の伝送損失になる。しかし磁界が主として高周波伝搬領域１１０の高周波伝送方向を持つモードについては、伝送損失は周波数が高くなるにつれて減少するために、通常は問題とはならない。
しかしながら、高周波伝搬領域１１０は誘電率の高い誘電体を用いているため誘電体損失が非常に大きくなる。
【０００９】
図９は他のフォトニック・バンド構造による従来の高周波用導波路の斜視図である。図７及び図８と同じ符号は同一のものかまたは相当のものを示す。以下の図面の記載においても、同じ符号は同一のものかまたは相当のものを示す。
１１２は高周波導波路、１１４、１１６はセラミックなどの誘電体である。
また図１０は高周波導波路１１２の図９のＸ−Ｘ断面における部分断面図、図１１は高周波導波路１１２の図９のＸＩ−ＸＩ断面における断面図である。
高周波導波路１１２では、高周波反射領域１０８は誘電体１１４，１１６に空気円柱１０４が規則的に配列された二つの独立した部分に分けて配設され、高周波伝搬領域１１０は空気の満たされた空間となっているので、この部分の誘電体損失は小さくすることができる。
【００１０】
しかしながら、高周波導波路１００や高周波導波路１１２のいずれの場合であっても、誘電体に所望の空気円柱１０４を形成してゆく作業は困難であり、高周波導波路１１２では高周波伝搬領域１１０を空間にするため、誘電体を取り除く加工が困難であり、大量生産に向いていなかった。
【００１１】
また電子情報通信学会論文誌 Vol.J84-C No.4,pp.324-325,2001年4月にはアルミナを発泡スチロールで覆った円柱棒を三角格子配列にしたフォトニック結晶導波路を記載されているが、これは損失が多いものである。
【００１２】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、損失が少なく構成が簡単で安価な高周波導波路を提供することであり、第２の目的は損失が少なく構成が簡単な高周波導波路を簡単な工程で製造する製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波用導波路は、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の軸中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第１の高周波反射壁と、この第１の高周波反射壁に誘電体を介して並行して対向するとともに、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第２の高周波反射壁と、この第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して互いに対向し、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに結合された導体板と、を備えたもので、誘電体棒がフォトニック結晶構造を構成し、第１、第２の高周波反射壁が誘電体棒の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ所定の周波数帯の高周波を全て反射し、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路とすることができる。
【００１４】
さらに、誘電体棒を円柱状としたもので、誘電体棒の形状を簡単なものとし、第１、第２の高周波反射壁の構成を簡単な構成とすることができる。
【００１５】
さらに、誘電体棒を中空状としたもので、誘電体棒の軸中心側の誘電率の低い材料を空気とすることで誘電体棒の構成を簡単にすることができる。
またさらに第１の高周波反射壁と第２の高周波反射壁との間の誘電体を空気としたもので、簡単な構成で伝送損失を少なくすることができる。
【００１６】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁をさらに配設したもので、金属壁により誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することができる。
【００１７】
さらに、金属壁を、誘電体棒と同じ長さの金属棒が誘電体棒に沿って配設された金属棒列で構成したもので、金属壁を誘電体棒に沿って配列しやすい簡単な構成にすることが出来る。
【００１８】
またこの発明に係る高周波用導波路の製造方法は、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側において誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒を、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有する複数層の層状に積層し、第１、第２の高周波反射壁を形成する工程と、第１、第２の高周波反射壁を所定の間隔をおいて並行して対向させ、これら第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して導体板を対向させ、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに導体板を結合する工程と、を含むもので、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
【００１９】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁を形成する工程をさらに含むもので、誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波をも反射することができる高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面における高周波用導波路の部分断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における高周波用導波路の断面図である。
【００２１】
図１において、１０は高周波用導波路で、フォトニック・バンド結晶構造を用いた導波路で、マイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯における電磁波を伝搬するための導波路である。１２は第１の高周波反射壁としての第１誘電体壁、１４は第２の高周波反射壁としての第２誘電体壁で、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４はフォトニック・バンド結晶構造をなしている。
【００２２】
１６は所定の間隔をおいて並行して配設された第１誘電体壁１２と第２誘電体壁１４との間に挟まれた高周波伝搬領域である。この実施の形態１は、この高周波伝搬領域１６は単なる空間で、誘電体としての空気１６ａに満たされているが、必ずしも空気１６ａでなくても良く誘電率の低い材料であれば、高周波を低損失で伝搬できる。
【００２３】
１８は第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４を構成する基本要素である誘電体棒としてのアルミナ円柱である。この実施の形態では中心が空気柱１８ａとその外側を取り巻くアルミナ円筒１８ｂとから構成されている。中心側は、空気柱１８ａの替わりにアルミナ円筒１８ｂより誘電率の低い材料の円柱を持ってきてもよい。つまり誘電率の低い中心側円柱の外側を誘電率の高い材料の円筒で同心円状に取り巻いた、複数層の層構造であれば良く、また必ずしも円柱でない他の断面形状を有する柱体でもよい。
【００２４】
第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４はアルミナ円柱１８を用いてフォトニック・バンド結晶構造を構成するために、アルミナ円柱１８の軸中心が三角格子配列を構成するように３層に配列されている。このアルミナ円柱１８の格子間隔は伝搬させる高周波の周波数によって適切な値が決定される。この格子配列は必ずしも三角格子配列でなくてもよく、６角格子配列など他の格子配列でも良い。また必ずしも３層である必要はなく、さらに層数を多くしても構わない。
【００２５】
２０は導体板としての金属板で、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を介して対向し、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を構成するアルミナ円柱１８の両端で、金属板２０それぞれが第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４と接着されている。図１において金属板２０にハッチングを施しているのは断面を示すものではなく、２枚の金属板２０と第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４との位置関係を明確にするためのものである。後に述べる図４においても同様である。
【００２６】
図２において、矢印で示された寸法ａは格子間隔を示す。
次に高周波用導波路１０の製造方法の概略を説明する。
高周波の波長に対応したフォトニック・バンド結晶構造の格子間隔ａと同じ直径をもち、所定の金属板２０間隔に相当する高さの中空のアルミナ円柱１８を用意し、高周波用導波路１０の金属板２０の平面形状に沿った形状にアルミナ円柱１８の中心を並べ、アルミナ円柱１８の外周を接すると共にアルミナ円柱１８の両端を揃えて第１層のアルミナ円柱列を配列する。
【００２７】
次に第１層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第２層のアルミナ円柱１８を配列してゆくと第２層のアルミナ円柱列を構成するアルミナ円柱も互いに接する。この２層で少なくとも三角格子配列が構成される。
さらに第２層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第３層のアルミナ円柱１８を配列して第３層のアルミナ円柱列を形成し、これらの第１層、第２層および第３層のアルミナ円柱列を接着材で接着する。これで第１誘電体壁１２を形成する。
【００２８】
次いで同様の方法で、第２誘電体壁１４を形成し、第１誘電体壁１２と第２誘電体壁１４とを所定の間隔をあけて、誘電体壁を構成するアルミナ円柱１８の円柱端面が金属板２０に接するように配設し、金属板２０と第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４とを接着し、さらにこの金属板２０に第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４を介してもう一枚の金属板２０を対向させ、この金属板２０も第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４と接着する。
【００２９】
また別の製造方法としては、誘電率の低い、例えば発泡スチロールのような材料で高周波伝搬領域１６を形成し、この高周波伝搬領域１６の両側に接して用意した中空のアルミナ円柱１８を外周を接するように並べ、第１層のアルミナ円柱列を配列する。
次いで、第１層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第２層のアルミナ円柱１８を配列してゆくと、第２層のアルミナ円柱列を構成するアルミナ円柱も各々互いに接した円柱列となり三角格子配列が形成される。
【００３０】
さらに第２層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第３層のアルミナ円柱１８を配列して第３層のアルミナ円柱列を形成する。
この様にして、高周波伝搬領域１６に沿って、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を形成し、所定の導波路形状になるように高周波伝搬領域１６第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を整形し、接着剤で固着すると共に、第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４を介してもう二枚の金属板２０を対向させ、この金属板２０を第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４と接着する。
【００３１】
これらの製造方法を採用することにより、伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
すなわちフォトニック・バンド結晶構造はアルミナ円柱１８を配列することにより構成できるので製造方法が簡単である。マイクロ波、ミリ波、サブミリ波においては、フォトニック・バンド結晶構造の結晶格子間隔はｍｍオーダーとなるので、光のフォトニック・バンド結晶構造と異なり写真製版技術やエッチング技術を駆使する必要が無く、アルミナ円柱１８を周期的に配列するだけでフォトニック・バンド結晶構造を製造することができ、数十ｃｍや数ｍなどの長距離の高周波用導波路を容易に製造することができ、大量生産が可能となる。
【００３２】
次に高周波用導波路１０の動作について説明する。
高周波用導波路１０の入力・出力部にはホーンが結合され、高周波が入・出力される。
高周波用導波路１０の第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は中空のアルミナ円柱１８を三角格子配列に配列したフォトニック・バンド結晶構造をしている。従ってこの第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４では、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波の伝搬が禁止される。しかし高周波伝搬領域１６では、フォトニック・バンド結晶構造が乱れた状態の欠陥部分に相当するため、この高周波伝搬領域１６において入力された高周波が伝搬させられる。
【００３３】
つまり、アルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ平面電磁波に対しては、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波に対して全て反射し、高周波伝搬領域１６に沿って高周波の電磁波は伝搬せざるを得ない。そしてこの高周波伝搬領域１６は、空気のような誘電率の低い誘電体で満たされているので、高周波帯においても、伝送損失が小さくなる。
【００３４】
また、従来あった誘電率の高い円柱の周りを誘電率の低い円柱で囲んだ誘電体棒を三角格子状に配列したＩ型導波路（仮にこの様に名付ける）と、この実施の形態１に示したような誘電率の低い円柱の周りを誘電率の高い円柱で囲んだ誘電体棒を構成要素としてフォトニック・バンド結晶構造を構成したＩＩ型導波路（仮にこの様に名付ける）とを比較すると、従来構成のＩ型導波路では、Ｅ波（電界の向きが誘電体棒の軸方向と同じ）に対してはギャップが開く、つまり伝搬しない周波数帯が存在するが、Ｈ波（電界の向きが誘電体棒の軸方向と直交する方向）にはギャップが開かない。このためＩ型導波路で高周波用導波路を形成しても伝送損失が大きくなる。
【００３５】
これに対して、この実施の形態１に示したＩＩ型導波路では、Ｅ波、Ｈ波共にギャップが開き、さらに高周波用導波路１０においてはフォトニック・バンド結晶構造の格子間隔に対応したある特定の周波数で、Ｅ波、Ｈ波共にギャップが開き伝送損失の少ない高周波用導波路を構成することができる。
【００３６】
以上のようにこの実施の形態１の高周波用導波路は、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は中空のアルミナ円柱１８の様な誘電体棒を基本要素として構成されるとともに、高周波伝搬領域１６を誘電率の低い物質で構成したので、伝送損失を小さくできるとともに、簡単な工程で、また大量生産が可能となり、安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図４はこの発明の他の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。図５は図４のＶ−Ｖ断面における高周波用導波路の部分断面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ断面における高周波用導波路の断面図である。
図４において３０は高周波用導波路、３２は金属壁としての金属円柱列で、３２ａは金属円柱列３２を構成する金属棒としての金属円柱である。この実施の形態２の金属円柱列３２は、アルミナ円柱１８と同じ直径、同じ長さの金属円柱３２ａを、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４の外側に、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４の最外層のアルミナ円柱１８と三角格子配列をなすように配列されている。
【００３８】
この高周波用導波路３０の製造方法は実施の形態１の高周波用導波路１０の製造方法と基本的に同じであり、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を形成する際、その最外層にアルミナ円柱１８と三角格子配列を構成するように、金属円柱３２ａを一層設ければよい。
高周波伝搬領域１６の両側に配設された第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波の伝搬が禁止される。すなわちアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ平面電磁波に対しては、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波に対して全て反射し、高周波伝搬領域１６を伝搬せざるを得ない。
【００３９】
しかしながら、高周波伝搬領域１６を伝搬する高周波はアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直方向の電界成分のみではなく、アルミナ円柱１８の軸方向に平行な成分を持っておりこの成分は中空のアルミナ円柱１８を通過することになる。
このアルミナ円柱１８を通過する高周波成分を金属円柱３２ａで全て反射させることになる。このとき金属円柱列３２には電流が流れて導体損となるが、これは周波数が高くなるにつれて減少するので、高い周波数ではそれほど問題にはならない。
【００４０】
この実施の形態２では、金属壁として金属円柱列３２を用いたが、他の形状の断面を有する金属柱列でも良いし、板状の金属壁でも良い。
すなわち、この実施の形態２の高周波導波路では、フォトニック・バンド結晶構造を構成するアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直方向の電界成分のみならず、軸方向に平行な電界成分をも反射する低損失な導波路壁を設けることにより、高周波の漏れのない低損失な導波路を構成することができる。延いては安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明に係る高周波用導波路およびその製造方法は以上に説明したような構成を備え、また工程を含んでいるので、以下のような効果を有する。
この発明に係る高周波用導波路においては、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の軸中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第１の高周波反射壁と、この第１の高周波反射壁に誘電体を介して並行して対向するとともに、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第２の高周波反射壁と、この第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して互いに対向し、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに結合された導体板と、を備えたもので、誘電体棒がフォトニック結晶構造を構成し、第１、第２の高周波反射壁が誘電体棒の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ所定の周波数帯の高周波を全て反射し、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路とすることができる。延いては簡単な構成で伝送損失が少なく安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４２】
さらに、誘電体棒を円柱状としたもので、第１、第２の高周波反射壁の構成要素である誘電体棒の形状を簡単なものとすることができる。延いてはより簡単で安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４３】
さらに、誘電体棒を中空状としたもので、誘電体棒の軸中心側の誘電率の低い材料を空気とすることで誘電体棒の構成を簡単にすることができる。延いては簡単な構成で安価な高周波用導波路を構成することができる。
またさらに第１の高周波反射壁と第２の高周波反射壁との間の誘電体を空気としたもので、簡単な構成で伝送損失を少なくすることができる。延いては簡単な構成で伝送損失が少なく安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４４】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁をさらに配設したもので、金属壁により誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することが出来る。延いては高周波の漏れが少なく伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４５】
さらに、金属壁を、誘電体棒と同じ長さの金属棒が誘電体棒に沿って配設された金属棒列で構成したもので、金属壁を誘電体棒に沿って配列しやすい簡単な構成にすることが出来る。延いては安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４６】
またこの発明に係る高周波用導波路の製造方法においては、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側において誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒を、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有する複数層の層状に積層し、第１、第２の高周波反射壁を形成する工程と、第１、第２の高周波反射壁を所定の間隔をおいて並行して対向させ、これら第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して導体板を対向させ、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに導体板を結合する工程と、を含むもので、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。延いては伝送特性の良い高周波用導波路を安価に提供することができる。
【００４７】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁を形成する工程をさらに含むもので、誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することが出来る高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。延いては高周波の漏れが少なく伝送特性の良い高周波用導波路を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図１のＩＩ−ＩＩ断面における部分断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。
【図４】 この発明の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図５】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図４のＶ−Ｖ断面における部分断面図である。
【図６】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図４のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。
【図７】 従来の高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図８】 従来の高周波用導波路の図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における部分断面図である。
【図９】 従来の高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図１０】従来の高周波用導波路の図９のＸ−Ｘ断面における部分断面図である。
【図１１】従来の高周波用導波路の図９のＸＩ−ＸＩ断面における部分断面図である。
【符号の説明】
１８ アルミナ円柱、 １２ 第１誘電体壁、 １６ａ 空気、 １４第２誘電体壁、 ２０ 金属板、 ３２ 金属円柱列、 ３２ａ 金属円柱。
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波用導波路とその製造方法に係り、特にマイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯の電磁波が伝搬する導波路とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯の電磁波（以下、高周波という）の導波路として、導波管や金属と誘電体とを組み合わせたハイブリッド導波路が使用されている。金属と誘電体とを組み合わせた導波路として金属板２枚の間に誘電体を挟んだＮＲＤ（nonradiative dielectric）ガイドが使用されている。例えば公知文献として、IEEE TRANSACTIOS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL. MTT-29,NO.11,NOVEMBER 1981, PP.1188-1192 やIEEE TRANSACTIOS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL. MTT-32, NO.8,AUGUST 1984, PP.943-946、がある。
【０００３】
このＮＲＤガイドは導波路の曲がりの部分での放射損が生じないという特長を有しているが、導波路の遮断周波数近くで使用するため伝搬損失が大きい。この他に放射損の少ない導波路としてフォトニック・バンド結晶構造を用いた導波路が研究されている。
フォトニック・バンド結晶構造とは、結晶が電子をコントロールするのと同じように、高い誘電率比の誘電体周期構造を有した人工的な結晶を作成し、あるエネルギー領域で、その伝搬が禁止される事象を起こすことができる構造のことである。このフォトニック・バンド結晶構造の一部に周期構造を乱す部分を形成するとこの欠陥部分にのみ、エネルギーが伝搬し、エネルギーの伝播路とすることができる。
【０００４】
フォトニック・バンド結晶構造を光伝送の導波路とする公知文献としては、NATURE, VOL 386, 13 MARCH 1997がある。
また、特開２０００−３５２６３１号公報には、フォトニック結晶及びその製造方法についての記載があり、これは光伝送の分野で用いられるフォトニック結晶としての２次元的に蜂の巣格子状に配列された誘電体からなる完全バンドギャップに、機械的強度を高めるために三角格子状に配列された円柱状誘電体を組み合わせたものである。
【０００５】
さらに、特開平１１−２１８６２７号公報には、フォトニック結晶導波路およびその製造方法についての記載があり、これは光通信の分野で用いられるフォトニック結晶導波路をシリコン基板上に石英ガラスや高分子材料で形成したスラブ光導波路を形成したものである。このスラブ光導波路は中央の光導波領域の両側に三角格子状や六角格子状に屈折率の異なる材料を配列し屈折率変化領域を設けたものである。しかしながらこれらのフォトニック結晶導波路は光の導波に関する技術である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７はフォトニック・バンド構造による従来の高周波用導波路の斜視図である。
図７において、１００は高周波導波路で、１０２はセラミックなどの誘電体、１０４は空気円柱でこの空気中の配列がフォトニック・バンド結晶構造をしている。１０６は空気円柱１０４に直交する方向に、誘電体１０２の両端面において接合された金属板である。図７において金属板１０６にハッチングを施しているのは断面を示すものではなく、２枚の金属板１０６と誘電体１０２の位置関係を明確にするためのものである。
【０００７】
図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における高周波導波路１００の断面図である。ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面は空気円柱１０４に直交する断面である。
図８において、１０８は高周波反射領域、１１０は高周波伝搬領域である。
高周波が高周波導波路１００内を伝搬すると、高周波反射領域１０８はフォトニック・バンド結晶構造に対応した高周波の伝搬を禁止するが、高周波伝搬領域１１０は空気円柱１０４が無くフォトニック・バンド結晶構造の欠陥となるために、この部分を高周波が伝搬可能となる。
【０００８】
電磁波が高周波伝搬領域１１０を伝搬すると金属板１０６の接線方向の全方向の磁界による高周波電流が流れ、これがジュール熱の伝送損失になる。しかし磁界が主として高周波伝搬領域１１０の高周波伝送方向を持つモードについては、伝送損失は周波数が高くなるにつれて減少するために、通常は問題とはならない。
しかしながら、高周波伝搬領域１１０は誘電率の高い誘電体を用いているため誘電体損失が非常に大きくなる。
【０００９】
図９は他のフォトニック・バンド構造による従来の高周波用導波路の斜視図である。図７及び図８と同じ符号は同一のものかまたは相当のものを示す。以下の図面の記載においても、同じ符号は同一のものかまたは相当のものを示す。
１１２は高周波導波路、１１４、１１６はセラミックなどの誘電体である。
また図１０は高周波導波路１１２の図９のＸ−Ｘ断面における部分断面図、図１１は高周波導波路１１２の図９のＸＩ−ＸＩ断面における断面図である。
高周波導波路１１２では、高周波反射領域１０８は誘電体１１４，１１６に空気円柱１０４が規則的に配列された二つの独立した部分に分けて配設され、高周波伝搬領域１１０は空気の満たされた空間となっているので、この部分の誘電体損失は小さくすることができる。
【００１０】
しかしながら、高周波導波路１００や高周波導波路１１２のいずれの場合であっても、誘電体に所望の空気円柱１０４を形成してゆく作業は困難であり、高周波導波路１１２では高周波伝搬領域１１０を空間にするため、誘電体を取り除く加工が困難であり、大量生産に向いていなかった。
【００１１】
また電子情報通信学会論文誌 Vol.J84-C No.4,pp.324-325,2001年4月にはアルミナを発泡スチロールで覆った円柱棒を三角格子配列にしたフォトニック結晶導波路を記載されているが、これは損失が多いものである。
【００１２】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、損失が少なく構成が簡単で安価な高周波導波路を提供することであり、第２の目的は損失が少なく構成が簡単な高周波導波路を簡単な工程で製造する製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波用導波路は、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の軸中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第１の高周波反射壁と、この第１の高周波反射壁に誘電体を介して並行して対向するとともに、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第２の高周波反射壁と、この第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して互いに対向し、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに結合された導体板と、を備えたもので、誘電体棒がフォトニック結晶構造を構成し、第１、第２の高周波反射壁が誘電体棒の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ所定の周波数帯の高周波を全て反射し、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路とすることができる。
【００１４】
さらに、誘電体棒を円柱状としたもので、誘電体棒の形状を簡単なものとし、第１、第２の高周波反射壁の構成を簡単な構成とすることができる。
【００１５】
さらに、誘電体棒を中空状としたもので、誘電体棒の軸中心側の誘電率の低い材料を空気とすることで誘電体棒の構成を簡単にすることができる。
またさらに第１の高周波反射壁と第２の高周波反射壁との間の誘電体を空気としたもので、簡単な構成で伝送損失を少なくすることができる。
【００１６】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁をさらに配設したもので、金属壁により誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することができる。
【００１７】
さらに、金属壁を、誘電体棒と同じ長さの金属棒が誘電体棒に沿って配設された金属棒列で構成したもので、金属壁を誘電体棒に沿って配列しやすい簡単な構成にすることが出来る。
【００１８】
またこの発明に係る高周波用導波路の製造方法は、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側において誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒を、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有する複数層の層状に積層し、第１、第２の高周波反射壁を形成する工程と、第１、第２の高周波反射壁を所定の間隔をおいて並行して対向させ、これら第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して導体板を対向させ、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに導体板を結合する工程と、を含むもので、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
【００１９】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁を形成する工程をさらに含むもので、誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波をも反射することができる高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面における高周波用導波路の部分断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における高周波用導波路の断面図である。
【００２１】
図１において、１０は高周波用導波路で、フォトニック・バンド結晶構造を用いた導波路で、マイクロ波、ミリ波、サブミリ波帯における電磁波を伝搬するための導波路である。１２は第１の高周波反射壁としての第１誘電体壁、１４は第２の高周波反射壁としての第２誘電体壁で、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４はフォトニック・バンド結晶構造をなしている。
【００２２】
１６は所定の間隔をおいて並行して配設された第１誘電体壁１２と第２誘電体壁１４との間に挟まれた高周波伝搬領域である。この実施の形態１は、この高周波伝搬領域１６は単なる空間で、誘電体としての空気１６ａに満たされているが、必ずしも空気１６ａでなくても良く誘電率の低い材料であれば、高周波を低損失で伝搬できる。
【００２３】
１８は第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４を構成する基本要素である誘電体棒としてのアルミナ円柱である。この実施の形態では中心が空気柱１８ａとその外側を取り巻くアルミナ円筒１８ｂとから構成されている。中心側は、空気柱１８ａの替わりにアルミナ円筒１８ｂより誘電率の低い材料の円柱を持ってきてもよい。つまり誘電率の低い中心側円柱の外側を誘電率の高い材料の円筒で同心円状に取り巻いた、複数層の層構造であれば良く、また必ずしも円柱でない他の断面形状を有する柱体でもよい。
【００２４】
第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４はアルミナ円柱１８を用いてフォトニック・バンド結晶構造を構成するために、アルミナ円柱１８の軸中心が三角格子配列を構成するように３層に配列されている。このアルミナ円柱１８の格子間隔は伝搬させる高周波の周波数によって適切な値が決定される。この格子配列は必ずしも三角格子配列でなくてもよく、６角格子配列など他の格子配列でも良い。また必ずしも３層である必要はなく、さらに層数を多くしても構わない。
【００２５】
２０は導体板としての金属板で、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を介して対向し、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を構成するアルミナ円柱１８の両端で、金属板２０それぞれが第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４と接着されている。図１において金属板２０にハッチングを施しているのは断面を示すものではなく、２枚の金属板２０と第１誘電体壁１２や第２誘電体壁１４との位置関係を明確にするためのものである。後に述べる図４においても同様である。
【００２６】
図２において、矢印で示された寸法ａは格子間隔を示す。
次に高周波用導波路１０の製造方法の概略を説明する。
高周波の波長に対応したフォトニック・バンド結晶構造の格子間隔ａと同じ直径をもち、所定の金属板２０間隔に相当する高さの中空のアルミナ円柱１８を用意し、高周波用導波路１０の金属板２０の平面形状に沿った形状にアルミナ円柱１８の中心を並べ、アルミナ円柱１８の外周を接すると共にアルミナ円柱１８の両端を揃えて第１層のアルミナ円柱列を配列する。
【００２７】
次に第１層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第２層のアルミナ円柱１８を配列してゆくと第２層のアルミナ円柱列を構成するアルミナ円柱も互いに接する。この２層で少なくとも三角格子配列が構成される。
さらに第２層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第３層のアルミナ円柱１８を配列して第３層のアルミナ円柱列を形成し、これらの第１層、第２層および第３層のアルミナ円柱列を接着材で接着する。これで第１誘電体壁１２を形成する。
【００２８】
次いで同様の方法で、第２誘電体壁１４を形成し、第１誘電体壁１２と第２誘電体壁１４とを所定の間隔をあけて、誘電体壁を構成するアルミナ円柱１８の円柱端面が金属板２０に接するように配設し、金属板２０と第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４とを接着し、さらにこの金属板２０に第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４を介してもう一枚の金属板２０を対向させ、この金属板２０も第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４と接着する。
【００２９】
また別の製造方法としては、誘電率の低い、例えば発泡スチロールのような材料で高周波伝搬領域１６を形成し、この高周波伝搬領域１６の両側に接して用意した中空のアルミナ円柱１８を外周を接するように並べ、第１層のアルミナ円柱列を配列する。
次いで、第１層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第２層のアルミナ円柱１８を配列してゆくと、第２層のアルミナ円柱列を構成するアルミナ円柱も各々互いに接した円柱列となり三角格子配列が形成される。
【００３０】
さらに第２層のアルミナ円柱列を構成する隣接する二つのアルミナ円柱１８に共に外周で接するように第３層のアルミナ円柱１８を配列して第３層のアルミナ円柱列を形成する。
この様にして、高周波伝搬領域１６に沿って、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を形成し、所定の導波路形状になるように高周波伝搬領域１６第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を整形し、接着剤で固着すると共に、第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４を介してもう二枚の金属板２０を対向させ、この金属板２０を第１誘電体壁１２、第２誘電体壁１４と接着する。
【００３１】
これらの製造方法を採用することにより、伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。
すなわちフォトニック・バンド結晶構造はアルミナ円柱１８を配列することにより構成できるので製造方法が簡単である。マイクロ波、ミリ波、サブミリ波においては、フォトニック・バンド結晶構造の結晶格子間隔はｍｍオーダーとなるので、光のフォトニック・バンド結晶構造と異なり写真製版技術やエッチング技術を駆使する必要が無く、アルミナ円柱１８を周期的に配列するだけでフォトニック・バンド結晶構造を製造することができ、数十ｃｍや数ｍなどの長距離の高周波用導波路を容易に製造することができ、大量生産が可能となる。
【００３２】
次に高周波用導波路１０の動作について説明する。
高周波用導波路１０の入力・出力部にはホーンが結合され、高周波が入・出力される。
高周波用導波路１０の第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は中空のアルミナ円柱１８を三角格子配列に配列したフォトニック・バンド結晶構造をしている。従ってこの第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４では、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波の伝搬が禁止される。しかし高周波伝搬領域１６では、フォトニック・バンド結晶構造が乱れた状態の欠陥部分に相当するため、この高周波伝搬領域１６において入力された高周波が伝搬させられる。
【００３３】
つまり、アルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ平面電磁波に対しては、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波に対して全て反射し、高周波伝搬領域１６に沿って高周波の電磁波は伝搬せざるを得ない。そしてこの高周波伝搬領域１６は、空気のような誘電率の低い誘電体で満たされているので、高周波帯においても、伝送損失が小さくなる。
【００３４】
また、従来あった誘電率の高い円柱の周りを誘電率の低い円柱で囲んだ誘電体棒を三角格子状に配列したＩ型導波路（仮にこの様に名付ける）と、この実施の形態１に示したような誘電率の低い円柱の周りを誘電率の高い円柱で囲んだ誘電体棒を構成要素としてフォトニック・バンド結晶構造を構成したＩＩ型導波路（仮にこの様に名付ける）とを比較すると、従来構成のＩ型導波路では、Ｅ波（電界の向きが誘電体棒の軸方向と同じ）に対してはギャップが開く、つまり伝搬しない周波数帯が存在するが、Ｈ波（電界の向きが誘電体棒の軸方向と直交する方向）にはギャップが開かない。このためＩ型導波路で高周波用導波路を形成しても伝送損失が大きくなる。
【００３５】
これに対して、この実施の形態１に示したＩＩ型導波路では、Ｅ波、Ｈ波共にギャップが開き、さらに高周波用導波路１０においてはフォトニック・バンド結晶構造の格子間隔に対応したある特定の周波数で、Ｅ波、Ｈ波共にギャップが開き伝送損失の少ない高周波用導波路を構成することができる。
【００３６】
以上のようにこの実施の形態１の高周波用導波路は、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は中空のアルミナ円柱１８の様な誘電体棒を基本要素として構成されるとともに、高周波伝搬領域１６を誘電率の低い物質で構成したので、伝送損失を小さくできるとともに、簡単な工程で、また大量生産が可能となり、安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図４はこの発明の他の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。図５は図４のＶ−Ｖ断面における高周波用導波路の部分断面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ断面における高周波用導波路の断面図である。
図４において３０は高周波用導波路、３２は金属壁としての金属円柱列で、３２ａは金属円柱列３２を構成する金属棒としての金属円柱である。この実施の形態２の金属円柱列３２は、アルミナ円柱１８と同じ直径、同じ長さの金属円柱３２ａを、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４の外側に、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４の最外層のアルミナ円柱１８と三角格子配列をなすように配列されている。
【００３８】
この高周波用導波路３０の製造方法は実施の形態１の高周波用導波路１０の製造方法と基本的に同じであり、第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４を形成する際、その最外層にアルミナ円柱１８と三角格子配列を構成するように、金属円柱３２ａを一層設ければよい。
高周波伝搬領域１６の両側に配設された第１誘電体壁１２および第２誘電体壁１４は、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波の伝搬が禁止される。すなわちアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ平面電磁波に対しては、フォトニック・バンド結晶構造に対応した周波数帯域の高周波に対して全て反射し、高周波伝搬領域１６を伝搬せざるを得ない。
【００３９】
しかしながら、高周波伝搬領域１６を伝搬する高周波はアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直方向の電界成分のみではなく、アルミナ円柱１８の軸方向に平行な成分を持っておりこの成分は中空のアルミナ円柱１８を通過することになる。
このアルミナ円柱１８を通過する高周波成分を金属円柱３２ａで全て反射させることになる。このとき金属円柱列３２には電流が流れて導体損となるが、これは周波数が高くなるにつれて減少するので、高い周波数ではそれほど問題にはならない。
【００４０】
この実施の形態２では、金属壁として金属円柱列３２を用いたが、他の形状の断面を有する金属柱列でも良いし、板状の金属壁でも良い。
すなわち、この実施の形態２の高周波導波路では、フォトニック・バンド結晶構造を構成するアルミナ円柱１８の軸方向に対して垂直方向の電界成分のみならず、軸方向に平行な電界成分をも反射する低損失な導波路壁を設けることにより、高周波の漏れのない低損失な導波路を構成することができる。延いては安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明に係る高周波用導波路およびその製造方法は以上に説明したような構成を備え、また工程を含んでいるので、以下のような効果を有する。
この発明に係る高周波用導波路においては、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の軸中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第１の高周波反射壁と、この第１の高周波反射壁に誘電体を介して並行して対向するとともに、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒が、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第２の高周波反射壁と、この第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して互いに対向し、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに結合された導体板と、を備えたもので、誘電体棒がフォトニック結晶構造を構成し、第１、第２の高周波反射壁が誘電体棒の軸方向に対して垂直な電界成分をもつ所定の周波数帯の高周波を全て反射し、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路とすることができる。延いては簡単な構成で伝送損失が少なく安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４２】
さらに、誘電体棒を円柱状としたもので、第１、第２の高周波反射壁の構成要素である誘電体棒の形状を簡単なものとすることができる。延いてはより簡単で安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４３】
さらに、誘電体棒を中空状としたもので、誘電体棒の軸中心側の誘電率の低い材料を空気とすることで誘電体棒の構成を簡単にすることができる。延いては簡単な構成で安価な高周波用導波路を構成することができる。
またさらに第１の高周波反射壁と第２の高周波反射壁との間の誘電体を空気としたもので、簡単な構成で伝送損失を少なくすることができる。延いては簡単な構成で伝送損失が少なく安価な高周波用導波路を構成することができる。
【００４４】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁をさらに配設したもので、金属壁により誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することが出来る。延いては高周波の漏れが少なく伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４５】
さらに、金属壁を、誘電体棒と同じ長さの金属棒が誘電体棒に沿って配設された金属棒列で構成したもので、金属壁を誘電体棒に沿って配列しやすい簡単な構成にすることが出来る。延いては安価で伝送効率の良い高周波用導波路を構成することができる。
【００４６】
またこの発明に係る高周波用導波路の製造方法においては、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側において誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの誘電体棒を、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有する複数層の層状に積層し、第１、第２の高周波反射壁を形成する工程と、第１、第２の高周波反射壁を所定の間隔をおいて並行して対向させ、これら第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して導体板を対向させ、第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに導体板を結合する工程と、を含むもので、放射損失が少なく伝送損失の少ない高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。延いては伝送特性の良い高周波用導波路を安価に提供することができる。
【００４７】
さらに、第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁を形成する工程をさらに含むもので、誘電体棒の軸方向に平行な電界成分をもつ高周波を反射することが出来る高周波用導波路を簡単な工程で製造することができる。延いては高周波の漏れが少なく伝送特性の良い高周波用導波路を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図１のＩＩ−ＩＩ断面における部分断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。
【図４】 この発明の一つの実施の形態に係る高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図５】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図４のＶ−Ｖ断面における部分断面図である。
【図６】 この発明の一実施の形態に係る高周波用導波路の図４のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。
【図７】 従来の高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図８】 従来の高周波用導波路の図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における部分断面図である。
【図９】 従来の高周波用導波路の一部透過の部分斜視図である。
【図１０】従来の高周波用導波路の図９のＸ−Ｘ断面における部分断面図である。
【図１１】従来の高周波用導波路の図９のＸＩ−ＸＩ断面における部分断面図である。
【符号の説明】
１８ アルミナ円柱、 １２ 第１誘電体壁、 １６ａ 空気、 １４第２誘電体壁、 ２０ 金属板、 ３２ 金属円柱列、 ３２ａ 金属円柱。
Claims (8)
- 誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの円柱状の外形を有する誘電体棒が、この誘電体棒の軸中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第１の高周波反射壁と、
この第１の高周波反射壁に上記柱体を構成する誘電体の最も高い誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体を介して並行して対向するとともに、誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側の誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの円柱状の外形を有する誘電体棒が、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有するように複数層の層状に配設された第２の高周波反射壁と、
この第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して互いに対向し、上記第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに結合された導体板と、
を備えた高周波用導波路。 - 誘電体棒を中空状としたことを特徴とする請求項１記載の高周波用導波路。
- 第１の高周波反射壁と第２の高周波反射壁との間の誘電体が空気であることを特徴とした請求項１または２に記載の高周波用導波路。
- 第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁をさらに配設したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波用導波路。
- 金属壁が誘電体棒と同じ長さの金属棒を上記誘電体棒に沿って配設した金属棒列で構成されたことを特徴とする請求項４記載の高周波用導波路。
- 誘電率の異なる複数の柱体が軸中心側において誘電率が低くなるように同心状に配設された所定の長さの円柱状の外形を有する誘電体棒を、この誘電体棒の中心が平面的な規則性を有する複数層の層状に積層し、第１、第２の高周波反射壁を形成する工程と、
第１、第２の高周波反射壁を、上記柱体を構成する誘電体の最も高い誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体を介して並行して対向させ、これら第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の端面を介して導体板を対向させ、上記第１、第２の高周波反射壁を構成する誘電体棒の両端面それぞれに上記導体板を結合する工程と、
を含む高周波用導波路の製造方法。 - 第１、第２の高周波反射壁それぞれの最外層の誘電体棒の外側に金属壁を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の高周波用導波路の製造方法。
- 金属壁を、誘電体棒と同じ長さの金属棒を上記誘電体棒に沿って配設し、金属棒列で形成することを特徴とする請求項７記載の高周波用導波路。
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