JP2002217614A - 整合回路 - Google Patents

整合回路

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JP2002217614A JP2001010100A JP2001010100A JP2002217614A JP 2002217614 A JP2002217614 A JP 2002217614A JP 2001010100 A JP2001010100 A JP 2001010100A JP 2001010100 A JP2001010100 A JP 2001010100A JP 2002217614 A JP2002217614 A JP 2002217614A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】一対の平板導体間に誘電体を配置し、該誘電体
終端部に電磁波吸収部材を配置してなる整合回路におい
て、特に前記誘電体終端部での反射が少ない整合回路を
得る。 【解決手段】前記電磁波吸収部材を、合成樹脂にカーボ
ンまたは軟磁性粒子のうち少なくとも1種を50〜90
体積%分散含有し、気孔率3〜30%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、マイクロ
波、ミリ波集積回路等に組み込まれる整合回路に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】非放射性誘電体線路(Nonradia
tive Dielectric Waveguide,
以下、単にNRDガイドという。)は、間隔dの平板導
体間に誘電体を介装し、平板導体間の間隔dを、d<λ
/2(λ:信号波長)となるように設計することによっ
て、外部からNRDガイドへのノイズの侵入をなくし、
かつ外部への高周波信号の放射をなくして信号を伝送で
きるものである。
【0003】従来、回路を設計する上では、NRDガイ
ドに終端が存在する場合があり、その場合、終端部に反
射を防ぐターミネータ(無反射終端器)などを設けるこ
とが行われている。また、高周波デバイスを保護するた
めに、入力信号の強度を減衰させる場合にも同様のこと
が行われている。
【0004】例えば、NRDガイド用のターミネータと
しては、図4(a)の整合回路40のように、平板導体
43間にある誘電体42の終端部に樹脂からなる誘電体
材料中に金属抵抗体粉や電波吸収体粉を分散混合した電
磁波吸収部材41aを配置したもの(特開平7−949
16号公報)や、図4(b)のように誘電体42の終端
部に金属抵抗体や電磁波吸収部材41bを貼付したもの
(特開平9−181505号公報、”非放射性誘電体線
路を用いたミリ波集積回路”米山 務、電子情報通信学
会誌C−I,vol,J73,No.3,P87〜9
4,1990、”35GHz帯NRDガイド送受信機の
小型化”内田 偉津美他、電子情報通信学会誌C−I,
vol,J76,No.7,P270〜276,199
3)が知られている。
【0005】この種の整合回路は、樹脂系の誘電体中に
異なる材質、例えば、金属、磁性体、カーボン等を存在
させることにより、電気抵抗による損失や誘電損失、磁
気損失によって高周波信号を減衰させるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4
(a)のように、樹脂からなる誘電体材料中に金属抵抗
体粉や電波吸収体粉を混合した電磁波吸収部材41aを
配置する方法では、誘電体42の誘電率が2〜4と低
く、前記金属抵抗体粉や電波吸収体粉の誘電率が高いた
めに、誘電体42と電磁波吸収部材41a間で誘電率が
極端に変化し、インピーダンスの不整合が起こり、高周
波信号の反射の原因となっていた。
【0007】すなわち、高周波信号を伝送する整合回路
40においては、誘電体42中の組織内にて誘電率が急
激に変化してインピーダンスの急激な変化が生じると、
その部分で高周波信号の反射が生じ、入力信号波と反射
信号波とが合成されて、定在波が発生し、高周波回路に
悪影響を及ぼすという問題があった。しかも、この整合
回路等では、金属抵抗体粉や電波吸収体粉を混在させた
電磁波吸収部材41aを配置するにあたり、線路に対し
てインピーダンスの不整合を解消すべく、図4(a)に
示すように複雑な形状にて配置する必要があり、組み立
てが難しく、量産性を妨げていた。
【0008】また、図4(b)のように誘電体42に電
磁波吸収部材41bを貼付する方法では、上記と同様の
理由でインピーダンスの急激な変化を抑制するために複
雑な形状の電磁波吸収部材41bを精度良く貼付する必
要があるため、量産性が低く、コスト高を招いていた。
また、製造時や運搬時等の取り扱いにより、電磁波吸収
部材41bがずれたり、剥離したりして所望の特性が得
られない等の問題があった。
【0009】したがって、本発明は、良好な減衰特性を
有するとともに、簡単な構造で容易に作製できる整合回
路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題に
対して検討を重ねた結果、一対の平板導体間に誘電体を
配置し、前記誘電体終端部に電磁波吸収部材を配置して
なる整合回路において、前記電磁波吸収部材は、合成樹
脂にカーボンまたは軟磁性粒子のうち少なくとも1種を
50〜80体積%分散含有し、気孔率3〜30%である
ことを特徴とするものである。
【0011】さらに、前記電磁波吸収部材は、前記誘電
体との境界部に向かって次第に気孔率を高くしたことを
特徴とするものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、例えば、NRDガイドにおい
て、誘電体の終端部に配置されている電磁波吸収部材に
よって高周波信号を減衰し、信号強度を低下することが
できる。しかも、電磁波吸収部材の気孔率を3〜30%
とすることにより、誘電体との誘電率の差を小さくする
ことができる。
【0013】例えば、誘電体の誘電率が2〜10程度で
あれば、電磁波吸収部材の気孔率を調整することによっ
て、該電磁波吸収部材の誘電率を該誘電体の誘電率と容
易に同程度にすることができるため、該誘電体と該電磁
波吸収部材との境界部において、誘電率が極端に変化す
ることがないために、インピーダンスの不整合による高
周波信号の反射がなく、高周波回路への影響を及ぼすこ
とを防止できる。また、電磁波吸収部材中のカーボン、
軟磁性粒子の含有量を制御することにより、容易に減衰
定数を制御することができるために、容易に所望の信号
減衰特性を得ることができる。
【0014】さらに、前記電磁波吸収部材の気孔率を、
前記誘電体との境界部に向かって次第に高くすることに
よって、インピーダンスの不整合をより小さくでき、高
周波回路への影響がより低減される。
【0015】なお、かかる電磁波吸収部材の形成にあた
り、粉末加圧成形法を用いて部分的に成型圧縮比を変え
ることで、該電磁波吸収部材の気孔率を部位によって変
化する構造に容易に形成できるために、単純な設備で容
易に作製することが可能である。
【0016】さらに、前記電磁波吸収部材は開気孔も存
在するため、アンカー効果により接着剤でも強固に接合
できることから、回路設計の自由度が向上する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態としてN
RDガイドについて説明する。
【0018】本発明の整合回路は、例えば図1に示す一
対の平板導体13間に、誘電体12を配置し、該誘電体
12の終端に電磁波吸収部材11を前記一対の平板導体
13によって挟持してなる減衰領域が形成されている。
つまり、本発明の整合回路10は、少なくとも一般線路
部を形成するための誘電体12と、信号減衰領域を形成
するための電磁波吸収部材11とから形成されている。
【0019】平板導体13は、高い電気伝導度を有する
こと、および加工性の点で、Cu、Al、Fe、SUS
(ステンレス)、Ag、Au、Pt等の導体板、あるい
はこれらの材料からなる導体層を表面に形成したセラミ
ックス、樹脂等の絶縁体により形成される。
【0020】一方、誘電体12は、誘電特性、加工性、
強度などの点で、コーディエライト、アルミナ、ガラス
セラミックス等のセラミックス、または四フッ化エチレ
ン樹脂等の合成樹脂によって形成されるものである。
【0021】また、電磁波吸収部材11は、図1(b)
に示すように合成樹脂11aにカーボン11bまたは軟
磁性粒子11cのうち少なくとも1種を50〜80体積
%分散含有したものである。カーボン11bまたは軟磁
性粒子11cの含有量が50体積%未満であると保形が
出来ず、逆に、90体積%を超えると結合剤となる合成
樹脂11aが少ないため強度が著しく低下する。また、
カーボン11bまたは軟磁性粒子11cは、電磁波吸収
部材11の誘電損失、磁気損失を高めるために含有する
ものである。他の粒子では、損失が低いことから、十分
に吸収することが出来ない。
【0022】なお、カーボン11bまたは軟磁性粒子1
1cの含有率は、電磁波吸収部材11の断面3箇所にお
いて、反射電子像の写真を画像解析するか、写真をトレ
ースし、写真中のカーボン11b、軟磁性粒子11cの
面積占有率を測定し、この面積占有率の平均値をカーボ
ン11b、軟磁性粒子11cの含有率と定義する。画像
解析する場合は、観察面を加工する際にカーボン11
b、軟磁性粒子11cの変形や脱粒などの影響を受けな
い様にすることが必要である。尚、観察する断面3箇所
は、誘電体12と電磁波吸収部材11との境界部を基準
面とし、最も遠い位置までの距離をAとした場合、該基
準面から0.25A、0.5A、0.75Aの距離にあ
る断面とする。
【0023】さらに、電磁波吸収部材11は、誘電率、
加工性、強度などの点で、気孔率3〜30%であること
が重要である。気孔率が3%未満であると、電磁波吸収
部材11の誘電率が、誘電体12の誘電率より大きくな
ることから、誘電体12と電磁波吸収部材11との境界
部で、インピーダンスの不整合が生じ、その部分で高周
波信号の反射、定在波が発生してしまう。逆に、気孔率
が30%を超えると、強度が急激に低下するため構造部
材としての使用が困難となる。
【0024】ここで、気孔率とは、電磁波吸収部材11
内の平均気孔率のことをいう。気孔率の測定は、カーボ
ン11bまたは軟磁性粒子11cの含有率の測定と同様
に、気孔11dの面積占有率より算出する。
【0025】このように本発明の電磁波吸収部材11は
所定の気孔率として誘電体12との誘電率の差を小さく
できることから、図4の従来例のような複雑な形状とす
る必要がなく簡単な構造とすることができる。
【0026】次に本発明の他の実施形態を説明する。例
えば図2に示す整合回路20は、一対の平板導体23間
に、誘電体22を配置し、該誘電体22の終端に電磁波
吸収部材21を前記一対の平板導体13によって挟持し
たものであり、電磁波吸収部材21は、合成樹脂21a
内にカーボン21b、軟磁性粒子21c、気孔21dか
らなり、高気孔率領域21eと、低気孔率領域21fを
くさび型に配置することによって、前記境界部に向かっ
て、気孔21dを次第に多くしたものである。このよう
にすることによって、電磁波吸収部材21と誘電体22
との境界部のインピーダンスの不整合を抑制しつつ、電
磁波吸収部材21の減衰定数をしだいに高めることがで
きるため、電磁波吸収部材21の長さを短くすることが
できる。
【0027】本発明の整合回路に配置される電磁波吸収
部材11、21を構成する合成樹脂11a、21aとし
ては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミ
ン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイ
ミド樹脂、フラン樹脂、ポリブタジエン樹脂、エチレン
ビニルアルコール共重合樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタ
ール樹脂、ポリアミド樹脂6,66、ポリアミド樹脂11,1
2、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサ
ルフォン樹脂、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレ
ン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテ
ル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブタジ
エン樹脂、ポリブチレンテフタレート、ポリプロピレン
樹脂、ポリプロピレン樹脂、メタクリル樹脂、メチルペ
ンテンポリマー等の樹脂を使用することができ、これら
の中でも耐熱性、寸法安定性、強度等の点からフェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂が好適である。
【0028】尚、電磁波吸収部材11、21は電磁波を
熱に変換することで電磁波の減衰特性を得る為、ガラス
転位温度が100℃以上の合成樹脂を用いることが好ま
しい。ガラス転位温度100℃未満の合成樹脂をマトリ
ックスとして選定すると、吸収した電磁波を変換した熱
が原因で合成樹脂が変質、熱変形し、信頼性が低下する
ため、本発明の材料としては適当でない。
【0029】また、電磁波吸収部材11、21は熱膨張
による寸法変化を抑えるために、合成樹脂11a、21
aの線膨張係数は20×10-5未満であることが好まし
い。線膨張係数20×10-5以上の合成樹脂をマトリッ
クス樹脂として選定すると、大気中の温度変化により寸
法がばらつくため、本発明の材料としては適当でない。
【0030】また、電磁波吸収部材11,21は吸水に
よる誘電率の変化を抑えるために、合成樹脂11a、2
1aの吸水率は0.2%未満であることが好ましい。吸
水率0.2%以上の合成樹脂をマトリックス樹脂として
選定すると、大気中の湿度変化により誘電率がばらつく
ため、本発明の材料としては適当でない。
【0031】尚、必要に応じて公知の硬化剤、硬化助
剤、滑剤、可塑剤、分散剤、離型剤、着色剤等を少量添
加しても何ら差し支えない。
【0032】また、本発明の電磁波吸収部材11、21
中に充填するカーボン11b、21bとしては、例え
ば、PAN系カーボンファイバー、ピッチ系カーボンフ
ァイバー、黒鉛、カーボンマイクロコイル等があり、本
発明においてはこれらのうち1種類以上を混合して使用
することができる。
【0033】また、本発明の整合回路に配置される電磁
波吸収部材11、21中に充填する軟磁性粒子11c、
21cとしては、例えば、フェライト粒子としては、N
i−Zn系フェライト、Ni−Zn−Cu系フェライ
ト、Mn−Zn系フェライト、Baフェライト等があ
り、Fe系合金粒子としてパーマロイ、フェロシリコ
ン、センダスト、アモルファス合金等があり、本発明に
おいてはこれらのうち1種類以上を混合して使用するこ
とができる。
【0034】また、前記カーボン、軟磁性粒子のうち少
なくとも1種以上を混合して使用することができる。
【0035】さらに、カーボン11b、21b、軟磁性
粒子11c、21cの平均粒径は、1μm以上300μ
m以下、好ましくは3μm以上20μm以下とすること
が好ましい。平均粒径が1 μmよりも小さくなるとコス
トUPとなり経済的に合わなくなるためであり、また、
300μmより大きくなると、カーボン11b、21
b、軟磁性粒子11c、21cの表面積が小さくなり、
加熱硬化時に成形体の変形、ダレが発生し易くなるた
め、本発明の材料としては適当でない。
【0036】また、カーボン11b、21b、軟磁性粒
子11c、21cの最大粒径は500μm以下、好まし
くは300μm以下とすることが好ましい。最大粒径が
500μmより大きくなると、合成樹脂11a、21a
との混合時における分散性が悪いため、強度を十分に保
つことが出来ないと同時に、後述する粉末加圧成形後の
離型時において欠けが発生し易くなるため、本発明の材
料としては適当でない。
【0037】なお、カーボン11b、21b、軟磁性粒
子11c、21cの平均粒径とは、各カーボン、軟磁性
粒子の前後、左右、上下の寸法を各々測定した値の平均
値であり、最大粒径とは、前後、左右、上下の寸法を測
定した時に最も長い部分の長さのことである。電磁波吸
収部材11、21からカーボン11b、21b、軟磁性
粒子11c、21cの粒径を求める時には、便宜的に電
磁波吸収部材11、21の任意の表面又は断面を画像解
析装置で分析する。
【0038】本発明の整合回路10、20は、以下の方
法によって作製される。まず、誘電体(比誘電率2〜1
2)12は公知のセラミックスの製法を用いて作製され
る。
【0039】また、電磁波吸収部材11は合成樹脂と軟
磁性粒子を配合する方法は特に制限は無く、公知の方法
を採用することができる。例えば、熱硬化樹脂に軟磁性
粒子をミキサーで混合し、ブラベンダーで混練した後、
粉砕する方法や、あるいは、配合物を加熱ロールで溶融
混練後、粉砕する方法等があげられる。また、必要に応
じて、所定の粒度になるように造粒し、成形に用いても
良い。成形は、公知の粉末加圧成形法を用いることがで
きるが、気孔を形成することが必要であるため、粉末加
圧成形後、常圧100℃〜250℃で熱処理を行い、重
合反応を進める。このとき、合成樹脂中の揮発成分が電
磁波吸収部材の表面から抜けきれずに気孔が形成され
る。
【0040】さらに、図2に示す電磁波吸収部材21の
ように気孔率の異なるものは、図3に示す粉末加圧成形
用金型30を使用することによって、作製することがで
きる。この粉末加圧成形用金型30は上金型31とダイ
ス32と分割された下金型33a、33bからなり、原
料34を粉末加圧成形用金型30内に充填する際、下金
型33bの充填深さを下金型33aよりも深くする。次
に、上金型31をダイス32内に押し込むと同時に、下
金型33a、33bを上側に押し上げ、図3(b)のよ
うに下金型33a、33bの上面の高さ位置を一致さ
せ、原料34を圧縮する。このようにすることによっ
て、充填密度を異ならせ、図2(b)のように、電磁波
吸収部材21内に高気孔率領域21eと低気孔率領域2
1fを形成し、気孔率を一端面に向かって次第に高くす
ることができる。
【0041】誘電体12、22と電磁波吸収部材11、
21とを上記のようにして個別に作製し、接着剤等で接
続する。
【0042】上記のようにして得られた誘電体12、2
2、電磁波吸収部材11、21を、一対の平板導体1
3、23間に配設することにより、容易にかつ優れた特
性を有する整合回路10、20が得られる。なお、平板
導体13、23と誘電体12、22および電磁波吸収部
材11、21とを所望によって接着剤等で接着すること
により、取り扱い等による位置ずれを防ぐことができ
る。
【0043】このような整合回路は、マイクロ波、ミリ
波の高周波帯域で好適に使用可能である。例えば、NR
Dガイド用ターミネータ、減衰素子、ダミーロード、回
路基板、マイクロ波、ミリ波パッケージ等に用いること
ができる。
【0044】
【実施例】(実施例1)誘電体12としてコーディエラ
イトを用い、電磁波吸収部材11は、合成樹脂としてエ
ポキシ樹脂、カーボンとして黒鉛、軟磁性粒子としてB
aフェライトを所定の比率で混合した造粒粉を粉末加圧
成形した後、加熱硬化して作製した。誘電体12の寸法
は高さ2.25mm×幅1mm×長さ70mm、電磁波
吸収部材11の寸法は、高さ2.25mm×幅1mm×
長さ30mmである。
【0045】これらを、縦100mm×横100mm×
厚み8mmの2枚の銅からなる平板導体間に接着剤を用
いて配置し、図1の整合回路とした。そして、この整合
回路に対して、ネットワークアナライザを用いて60G
Hzにおける入力信号に対する反射率を測定し表1に示
した。
【0046】尚、得られた誘電体について60GHzに
おける比誘電率をネットワークアナライザ(アジレント
テクノロジー社製)を用いて誘電体共振器法により測定
したところ、比誘電率5.1であった。また、得られた
電磁波吸収部材の比誘電率については、ネットワークア
ナライザを用いて導波管サンプルホルダ法により、誘電
体との境界部の面から0.5mm厚さの部分のみを測定
した。また、電磁波吸収部材の気孔率については、誘電
体との境界部を基準とし、最も遠い位置までの距離をA
とした場合、0.25A、0.5A、0.75Aの距離
にある断面での測定結果とする。但し、測定断面は、境
界部の断面に対して平行であり、前記境界部に近い断面
より、気孔率1、2、3と明記する。また、強度につい
ては、3点曲げ強度を測定した(JIS K 6911
に準拠)。
【0047】表1の結果から明らかなように、気孔率3
0%を超える試料No.10については、強度が著しく
低下することから使用することができない。また、気孔
率が3%を下回るNo.11は逆にコーディエライトよ
り比誘電率が高くなることから反射率が−0.9dBと
高くなる。
【0048】また、黒鉛とBaフェライトの充填率の合
計が50体積%を下回る試料No.8においては、樹脂
量が多いことから、加熱硬化時に合成樹脂が軟化し保形
することが出来なかった。また、黒鉛とBaフェライト
の充填率の合計が90体積%を超える試料No.9につ
いては、樹脂量が少ないため、黒鉛、Baフェライトが
十分に結合できず粉末加圧成形できなかった。
【0049】一方、本発明の範囲内の試料No.1〜N
o.7については、−4.6dB以下と小さくなり、特
に電磁波吸収部材の気孔率が、誘電体と電磁波吸収部材
との境界部に向かって次第に高くなる試料No.5〜N
o.7については、反射率が−11.5dB以下と良好
な減衰特性を示した。
【0050】
【表1】
【0051】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、一
対の平板導体間に誘電体を配置し、該誘電体終端部に電
磁波吸収部材を配置してなる整合回路において、前記電
磁波吸収部材は合成樹脂にカーボンまたは軟磁性粒子の
うち少なくとも1種を50〜90体積%分散含有し、気
孔率3〜30%であることにより、複雑な構造や高い精
度を必要とせずに容易に作製でき、安価で量産性の高い
整合回路を作製することが可能である。また、誘電体と
電磁波吸収部材との境界部でのインピーダンスの急激な
変化がないため、境界部での反射の小さい優れた特性を
有する整合回路が得られる。さらに、電磁波吸収部材
は、前記誘電体との境界部に向かって次第に気孔率を高
くした構造にすることにより、整合回路の小型化ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の整合回路の一例を示す一部切
り欠き斜視図、(b)は前記整合回路内に配置された電
磁波吸収部材の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図2】(a)は本発明の整合回路の一例を示す一部切
り欠き斜視図、(b)は前記整合回路内に配置された電
磁波吸収部材の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図3】(a)、(b)は本発明の整合回路に配置する
電磁波吸収部材を成形する金型の一例を示す断面図であ
る。
【図4】(a)、(b)は従来の整合回路の一例を示す
一部切り欠き斜視図である。
【符号の説明】
10、20、40・・・整合回路 11、21、41a、41b・・・電磁波吸収部材 12、22、42・・・誘電体 13、23、43・・・平板導体 11a、21a・・・合成樹脂 11b、21b・・・カーボン 11c、21c・・・軟磁性粒子 11d、21d・・・気孔 21e・・・高気孔率領域 21f・・・低気孔率領域 30・・・粉末加圧成形用金型 31・・・上金型 32・・・ダイス 33a、33b・・・下金型

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の平板導体間に誘電体を配置し、該誘
    電体終端部に電磁波吸収部材を配置してなる整合回路に
    おいて、前記電磁波吸収部材は合成樹脂にカーボンまた
    は軟磁性粒子のうち少なくとも1種を50〜90体積%
    分散含有し、気孔率3〜30%であることを特徴とする
    整合回路。
  2. 【請求項2】前記電磁波吸収部材は、前記誘電体との境
    界部に向かって次第に気孔率を高くしたことを特徴とす
    る請求項1記載の整合回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101455116B1 (ko) * 2012-09-21 2014-10-27 (주)창성 차량용 레이더에 사용되는 전자파 흡수체 및 이의 제조방법.
WO2021187010A1 (ja) * 2020-03-16 2021-09-23 株式会社村田製作所 アンテナモジュール

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