JP2004120260A

JP2004120260A - 伝送線路、共振器、及び、電子部品

Info

Publication number: JP2004120260A
Application number: JP2002279970A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　毅; Osamu Hashimoto; 橋本　修; Koji Wada; 和田　光司; Shinsuke Suzuki; 鈴木　進介
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】特定の周波数帯域を遮断することが可能で、それ以外の周波数成分を確実に伝送でき、しかも外部回路に対して確実に接続できる実用性の高い伝送線路、共振器、及び、電子部品を提供する。
【解決手段】基体１は、比誘電率εの異なる２種の誘電体部分１３，１４を含んでいる。比誘電率εの異なる誘電体部分１３，１４は、互いに隣接して、周期的に配置されている。第１の電極１１は、信号伝送路を構成するものであって、誘電体部分１３，１４の配置方向Ｘに沿って延びている。第２の電極１２は、接地電極であって、基体１の外面に設けられている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてマイクロ波帯やミリ波帯、サブミリ波帯で用いられる伝送線路、共振器及びこれらを含む電子部品に関する。本発明の好ましい適用例は、衛星通信機器、移動体通信機器、無線通信機器、高周波もしくは超高周波通信機器、または、それらの基地局等に用いられる回路要素であって、回路基板、共振器、発振器、方向性結合器、分岐路、フィルタ、デュプレクサ、または、それらの複合回路等である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯伝送線路においては、ポリマー材料やセラミック材料でなる基体の表面もしくは内部に、ＣｕやＡｇ等の金属からなる電極を形成することにより、ストリップライン、コプレーナ線路またはトリプレート線路等を構成していた。また、伝送線路を応用した共振器として、半波長形共振器や（１／４）波長形共振器が示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、フォトニック・バンドギャップを有したフォトニック・クリスタルは、光通信システム向け光導波路や光フィルタ等への応用を狙って、屈折率変化領域を形成したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、マイクロストリップ線路において特定の周波数領域を遮断する工夫としては、信号伝送線路となる第１の電極と、接地電極となる第２の電極とを対向させた構成において、第２の電極を周期パターンによって構成する手法が知られている（非特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、従来のマイクロストリップ線路やコプレーナ線路、トリプレート線路においては、特定の周波数帯を遮断することは不可能であった。信号伝送線路となる第１の電極を工夫した設計で、バンドパスフィルタを構成することにより、ある周波数帯を減衰させたり、共振現象を利用して急峻にある周波数バンドを減衰させることはできるが、伝送線路自体が特定の周波数帯を遮断する特性を保有することはできなかった。
【０００６】
フォトニック・クリスタルに関しては、光通信向けのため、材料には半導体が使用されており、その低誘電率特性から高周波帯・超高周波帯での使用には波長短縮効果が小さいという問題を抱えている。さらに、半導体材料間では比誘電率差が小さいため、高周波帯・超高周波帯におけるバンドギャップ帯域が狭くなってしまう。例えば、比誘電率が１２．０のＳｉと、比誘電率が１３．１のＧａＡｓとの間では、僅かに１．１倍の比誘電率差しか保有することができない。
【０００７】
また、フォトニック・クリスタル形成には、半導体プロセスとして、例えば、イオン交換法、紫外光照射、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング等の組み合わせが必要となり、非常に複雑で、かつ、コストの高い製造設備を必要とした。
【０００８】
接地電極となる第２の電極に、周期パターンを構成する伝送線路では、特定の周波数帯を遮断することは可能であるが、グラウンド面自体を加工しているため、透過伝送帯域の減衰が大きくなるという欠点を持っていた。しかも、接地電極となる第２の電極をパターニングするため、遮断周波数帯域の中心周波数や帯域幅、伝送量などをコントロールすることができないという問題も存在した。
【０００９】
伝送線路を応用した共振器においては、両端面をオープン、または、ショートさせた半波長形共振器では、（ｎλ／２）の共振特性のみが現れる。また、片面をオープン、もう片面をショートにさせた（１／４）波長形共振器では、（２ｎ−１）λ／４の共振特性のみが現れ、共に特定の共振曲線だけを減衰させることはできなかった。
【００１０】
特許文献２は、上述した問題点を解決するのに有効な伝送線路を開示している。この伝送線路は、第１の比誘電率を有する第１の誘電体と、前記第１の比誘電率と異なる第２の比誘電率を有する第２の誘電体とを所定の周期で配列した周期的構造を有し、周期的構造以外の部分で、導波路領域を構成することにより、導波路領域に所定の遮断周波数特性を持たせたものであり、低損失特性を持ち、再現性が良好で、安価な伝送線路を実現できる。
【００１１】
しかし、この伝送線路では、導波路領域を、第１の誘電体もしくは第２の誘電体、または、それ以外のセラミック材料、ガラスコンポジット材料で構成することを前提としており、金属配線をもつ一般的な電気回路に対して、導波路領域をどのようにして接続するかについての開示がない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２１８６２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３７６１６号公報
【非特許文献１】
「マイクロ波」（東京大学出版会、１９８３年）
【非特許文献２】
Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｉｇｅｓｔ（１９９８）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、特定の周波数帯域を遮断することが可能で、それ以外の周波数成分を確実に伝送し得る伝送線路、共振器、及び、電子部品を提供することである。
【００１４】
本発明のもう一つの課題は、外部回路に対して確実に接続できる実用性の高い伝送線路、共振器、及び、電子部品を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、伝送線路、共振器、及び、これらを用いた電子部品を開示する。
【００１６】
１．伝送線路
まず、本発明に係る伝送線路は、基体と、第１の電極と、第２の電極とを含む。
【００１７】
前記基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、前記比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されている。
【００１８】
前記第１の電極は、信号伝送路を構成するものであって、前記基体の一面上において前記誘電体部分の配置方向に沿って延びており、前記第２の電極は、接地電極であって、前記基体の前記一面を除く他面上に設けられている。
【００１９】
上述したように、本発明に係る伝送線路は、基体と、第１の電極と、第２の電極とを含んでおり、第１の電極は基体の一面上に設けられ、第２の電極は基体の他面上に設けられているから、外部回路に対しては、第１の電極及び第２の電極を介して、接続することができる。このため、外部回路に対して、容易に、かつ、確実に接続することができる。
【００２０】
基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されており、第１の電極は誘電体部分の配置方向に沿って延びているから、第１の電極を通る高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができる。
【００２１】
比誘電率の異なる誘電体部分の周期的構造によれば、遮断周波数帯を作り得ることは、先に挙げた特許文献２（例えば、明細書段落００１６〜００３２）に詳細に記載されている。同記載の一部を引用して、説明すると次の通りである。
【００２２】
高周波、超高周波帯において、真空中で波長λの電磁波が、比誘電率εγの物質中を伝播する場合、波長短縮効果が起こり、λ／（εγ）^１／２の波として伝播する。もし、この物質に、周期ａの境界条件が存在すると、以下の条件を満たすとき、入射波が反射波によって打ち消されるＢｒａｇｇ反射が発生する。
【００２３】
λ／（εγ）^１／２＝２ａ　　　　　　　　　　　　　　（１）
Ｂｒａｇｇ反射が発生する周波数領域では、信号は伝送されないから、高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができる。この場合の遮断周波数ｆは上記の条件式（１）を用いて、次のように表現される。
【００２４】
ｆ＝ｃ／［２ａ・｛λ／（εγ）^１／２｝］　　　　　　　　（２）
但し、ｃは光速である。
【００２５】
本発明の場合、基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されている。比誘電率の異なる誘電体部分の配置方向が、基体の長さ方向Ｘであるとすると、長さ方向Ｘにおいて、条件式（１）で表されるＢｒａｇｇ反射が発生し、条件式（２）で与えられる周波数ｆが遮断される。遮断特性上、例えば、３（ｄＢ）だけ減衰した領域を遮断帯域とすると、遮断周波数帯が得られる。
【００２６】
本発明において、第１の電極は誘電体部分の配置方向に沿って延びているから、第１の電極を通る高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができる。遮断周波数帯以外の周波数成分は、殆ど減衰を受けることなく伝送される。
【００２７】
基体の三次元形状を考慮すると、比誘電率の異なる誘電体部分の配置方向は、上述した長さ方向Ｘのほか、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚにもとることができる。従って、比誘電率の異なる誘電体部分を、幅方向Ｙまたは厚み方向Ｚに配置することにより、幅方向Ｙまたは厚み方向Ｚにおいても、長さ方向Ｘの場合と同様の遮断周波数帯を得ることができる。
【００２８】
更に、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｚの単方向のみならず、Ｘ、Ｙ方向にマトリクス状に配置されていてもよいし、マトリクス状に配置した上で、厚み方向Ｚに間隔をおいて配列し、三次元的な周期的配置構造としてもよい。マトリクス状に配置されている場合は、周波数遮断特性の観点から、第１の電極の長さ方向で見た周期数の方が、第１の電極の幅方向で見た周期数よりも多いことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る伝送線路において、第１の電極は、一般的には、基体の一面上に設けられ、第２の電極は一面と対向する他面に設けられるが、誘電体部分が長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚに三次元的に配置されている場合、第１の電極は、基体の内部であって、周期的構造を持たない領域に配置されていてもよい。具体的には、第１の電極は、２種の誘電体部分のうち、同一の比誘電率である誘電体部分を通り、基体の内部に埋設される。第１の電極を通す誘電体部分の周りには、比誘電率の異なる他の誘電体部分が配置される。この配置の場合も、第１の電極を通る高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断できることは、前述した説明から明らかである。
【００３０】
本発明に係る伝送線路の具体的代表例は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、トリプレート線路等である。
【００３１】
２．共振器
本発明に係る共振器は、基体と、第１の電極と、第２の電極とを含む。前記基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、前記比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されている。
【００３２】
前記第１の電極は、信号伝送路を構成するものであって、第１の分割電極、第２の分割電極及び第３の分割電極を含んでいる。前記２の分割電極は、前記誘電体部分の配置方向に沿って延びている。第１の分割電極は、第２の分割電極の一端と第１のギャップを有して設けられ、第１の共振部を構成する。第３の分割電極は、第２の分割電極の他端と第２のギャップを有して設けられ、第２の共振部を構成している。前記第２の電極は、接地電極であって、前記基体上に設けられる。
【００３３】
本発明に係る共振器において、基体と、第１の電極と、第２の電極とを含んでおり、第１の電極及び第２の電極が基体上に設けられているから、外部回路に対して、第１の電極及び第２の電極を介して、接続することができる。このため、外部回路に対して、容易に接続することができる。
【００３４】
基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されている。この構造を前提として、第１の電極に含まれる第２の分割電極が、誘電体部分の配置方向に沿って延びている。従って、第１の電極に含まれる第２の分割電極の部分において、上述したＢｒａｇｇ反射を発生させ、所望の周波数帯を遮断することができる。
【００３５】
しかも、第１の電極は、第１の分割電極及び第３の分割電極を含んでいる。第１の分割電極は第２の分割電極の一端との間に第１のギャップを有し、第１の共振部を構成する。第３の分割電極は、第２の分割電極の他端との間に第２のギャップを有し、第２の共振部を構成している。従って、第１の分割電極による共振特性、及び、第３の分割電極による共振特性を得ることができる。
【００３６】
本発明に係る共振器においても、基体の三次元形状を考慮すると、比誘電率の異なる誘電体部分の配置方向は、上述した長さ方向Ｘのほか、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚにもとることができる。
【００３７】
更に、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｚの単方向のみならず、Ｘ、Ｙ方向にマトリクス状に配置されていてもよいし、さらに、マトリクス状に配置したうえで、厚み方向Ｚに間隔を隔てて配列されていてもよい。厚み方向Ｚに間隔を隔てて配置されている場合は、周波数遮断特性の観点から、第１の誘電体部分及び第２の誘電体部分は、幅方向Ｙまたは長さ方向Ｘの周期数の方が、厚み方向Ｚの周期数よりも多いことが好ましい。
【００３８】
更に、本発明は、上述した伝送線路または共振器を含む電子部品を開示する。本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。但し、本発明の技術的範囲がこれらの図示実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の実施の形態】
１．伝送線路
図１は本発明に係る伝送線路の一例を示す斜視図、図２は図１の２−２線に沿った断面図である。図示された伝送線路は、マイクロストリップ線路の一例を示しており、基体１と、第１の電極１１と、第２の電極１２とを含む。
【００４０】
基体１は、基板状であって、少なくとも２種の誘電体部分、即ち、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を含んでいる。第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、比誘電率が互いに異なる。この実施例では、第１の誘電体部分１３の比誘電率ε１が、第２の誘電体部分１４の比誘電率ε２よりも高い（ε１＞ε２）ものとして説明する。
【００４１】
第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、互いに隣接して、周期的に配置されている。具体的には、比誘電率ε１の高い第１の誘電体部分１３の面内に、比誘電率ε２の低い第２の誘電体部分１４を埋め込んだ構造になっている。第２の誘電体部分１４は、基体１の長さ方向Ｘに沿って、一定の間隔ａで配置されている。第２の誘電体部分１４は、第１の誘電体部分１３によって構成される基体１の厚み方向Ｚの一面から、他面側に達するように配置されている。第２の誘電体部分１４の数及びピッチは、得ようとする遮断周波数特性に従って選定することができる。実施例では、４個である。
【００４２】
図示実施例では、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の２種であるが、これらとは比誘電率の異なる他の誘電体部分を含んでいてもよい。
【００４３】
第１の誘電体部分１３には、比誘電率の低いセラミック材料やガラスコンポジット材料、ポリマー材料、複合材料等が使用される。帯域の広い遮断周波数帯を得るためには、第１の誘電体部分１３と第２の誘電体部分１４の比誘電率差が大きいほど有利であるから、第１の誘電体部分１３の比誘電率は小さい程良い。比誘電率が１．０である空気を第１の誘電体部分１３へ用いることも不可能ではないが、理想的には、製品の信頼性や強度を考慮し、ガラス主体の誘電体材料が使用される。例えば、特開２０００−３４４５７２に開示されたＢａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系材料やＳｉＯ_２系材料、Ｂ_２Ｏ_３系材料、２ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系材料、Ａｌ_２Ｏ_３系材料、Ｚｒ_２Ｏ_３系材料等がその低誘電率および低誘電損失から好ましく使われる。
【００４４】
第２の誘電体部分１４には、比誘電率の高いセラミック材料やガラスコンポジット材料、ポリマー材料、複合材料等が使用される。上述のように、帯域の広い遮断周波数帯を得るためには、第２の誘電体部分１４の比誘電率は大きい程良い。例えば、特開２０００−２６４７２１に開示されたＢａＯ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ_２−ＣｕＯ系材料やＴｉＯ_２系材料、ＢａＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系材料、ＢａＯ−Ｐｂ_２Ｏ_３−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系材料、ＢａＮｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４系材料、ＢａＳｍ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４系材料、Ｂａ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ_３系材料、ＢａＴｉ_４Ｏ_９系材料、Ｂａ_２Ｔｉ_９Ｏ_２０系材料、（Ｚｒ、Ｓｎ）ＴｉＯ_４系材料、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系材料、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系材料、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３系材料等がその高誘電率および低誘電損失から好ましく使用される。
【００４５】
遮断周波数帯域を安定に保ち、かつ、伝送特性の温度依存性を無くすため、第１の誘電体部分１３と第２の誘電体部分１４の比誘電率温度係数はゼロに近い方が好ましい。その場合、広い温度範囲にわたって、安定な周波数温度特性を保証できる伝送線路を供給することができる。ただし、第１の誘電体部分１３と第２の誘電体部分１４の温度安定性が悪い場合でも、外部に温度ドリフトを補償する機構を備え付けた場合はこの限りでない。
【００４６】
第１の電極１１は、信号伝送路を構成するものであって、基体１の一面上において、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向である基体１の長さ方向Ｘに沿って延びている。第１の電極１１は、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の周期的配置領域上において、基体１の長さ方向Ｘの一端側から他端に向かって形成されている。その幅は、第１の誘電体部分１３の幅よりも狭くなっている。第１の電極１１は、図示では、直線路であるが、曲路であってもよい。
【００４７】
第２の電極１２は、接地電極であって、基体１の一面を除く他面上に設けられている。具体的には、基体１の一面と対向する他面（図において、下面）の全面に形成されている。
【００４８】
第１の電極１１及び第２の電極１２には金属材料や導電体セラミックス材料等が使用される。本発明に係る伝送線路は高周波領域で用いられるものであり、高周波帯において、高い導電率を有することが要求されるため、ＣｕやＡｇ、Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｇ−Ｐｄ系、Ｍｏ、Ａｌ等を使用することが特に望ましい。
【００４９】
図示実施例の伝送線路は、基体１と、第１の電極１１と、第２の電極１２とを含んでおり、第１の電極１１は基体１の一面上に設けられ、第２の電極１２は基体１の他面上に設けられているから、外部回路に対しては、第１の電極１１及び第２の電極１２を介して接続することができる。このため、外部回路に対して、容易に接続することができる。
【００５０】
基体１は、比誘電率の異なる少なくとも２種の第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を含んでおり、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、互いに隣接して、周期的に配置されており、第１の電極１１は第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向に沿って延びているから、第１の電極１１を通る高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができる。遮断を受ける周波数成分以外の周波数成分は、殆ど減衰を受けることなく、伝送される。
【００５１】
比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を周期的に配置した構造によれば、入射波が反射波によって打ち消されるＢｒａｇｇ反射が発生すること、および、Ｂｒａｇｇ反射が発生する周波数領域では、信号は伝送されないから、高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができることは、既に述べたとおりである。
【００５２】
図示実施例の場合、基体１は、比誘電率の異なる２種の第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を含んでおり、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、互いに隣接して、周期的に配置されている。図示実施例の場合、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向は、基体１の長さ方向Ｘにあるから、長さ方向Ｘにおいて、条件式（１）で表されるＢｒａｇｇ反射が発生し、条件式（２）で与えられる周波数ｆが遮断され、遮断周波数帯が得られる。遮断周波数ｆ以外の周波数成分は、遮断されることなく伝送される。
【００５３】
図３は図１及び図２に示した伝送線路の遮断特性を概略的に示す図である。図において、横軸に周波数をとり、縦軸に伝送量（ｄＢ）をとってある。図示するように、遮断周波数ｆｃで、伝送量が最大になり、伝送量０（ｄＢ）から３（ｄＢ）だけ降下する帯域幅により、遮断周波数帯ＢＤが得られる。
【００５４】
図４は本発明に係る伝送線路の別の実施例を示す図である。図１、図２に表れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付してある。この実施例では、第１の誘電体部分１３の比誘電率ε１が、第２の誘電体部分１４の比誘電率ε２よりも低い（ε１＜ε２）。比誘電率ε１の低い第１の誘電体部分１３の面内に、比誘電率ε２の高い第２の誘電体部分１４を、一定の間隔で埋め込んだ構造になっている。この実施例の場合も、図１及び図２に示した実施例と同様の作用効果を奏することは明らかである。
【００５５】
基体１の三次元形状を考慮すると、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向は、上述した長さ方向Ｘのほか、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚにもとることができる。従って、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を、幅方向Ｙまたは厚み方向Ｚに配置することにより、幅方向Ｙまたは厚み方向Ｚにおいても、長さ方向Ｘの場合と同様の遮断周波数帯を得ることができる。
【００５６】
更に、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｚの単方向のみならず、Ｘ、Ｙ方向にマトリクス状に配置されていてもよいし、さらに、マトリクス状に配置したうえで、厚み方向Ｚに間隔を隔てて配列し、三次元的な周期的配置構造を採用することもできる。第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４が基体１の厚み方向Ｚに間隔を隔てて配置されている場合は、周波数遮断特性の観点から、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、幅方向Ｙまたは長さ方向Ｘの周期数の方が、厚み方向Ｚの周期数よりも多いことが好ましい。
【００５７】
図５は三次元的な周期的配置構造を示す斜視図である。図では、第１の誘電体部分１３を、実線表示により、三次元的に示してある。第２の誘電体部分は、図示の都合上、省略されているが、本発明では、第１の誘電体部分１３と第２の誘電体部分とを、周期的に配置することを原則とするから、図５の凹部に第２の誘電体部分が配置されることは、明らかである。
【００５８】
図６はコプレーナ線路の一例を示す断面図である。図において、図１、図２、図４などに表れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付してある。この実施例では、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｚに三次元的に配置し、更に、基体１の表面に、３つの信号伝送用電極１１１〜１１３を、間隔を隔てて平行に配置してある。この実施例に係るコプレーナ線路においても、前述した原理により、遮断周波数特性が得られる。
【００５９】
図７は本発明に係る伝送線路の別の実施例を示す斜視図、図８は図７の８−８線に沿った断面図である。図示実施例において、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚに三次元的に配置されている。第１の電極１１は、基体１の内部であって、周期的構造を持たない領域に配置されている。具体的には、第１の電極１１は、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４のうち、同一の比誘電率である第１の誘電体部分１３を通り、基体１の内部に埋設されている。第１の電極１１の両端は、基体１の長さ方向Ｘの両端面に露出している。第１の電極１１を通す第１の誘電体部分１３の周りには、比誘電率の異なる第２の誘電体部分１４が配置される。
【００６０】
第２の電極１２は、基体１の長さ方向Ｘの両端面を除き、基体１の外面のほぼ全面を覆っている。基体１の長さ方向Ｘの両端面のうちの一端面１０１には、第２の電極１２は存在しないが、他の一面１０２には第２の電極１２が存在している。第１の電極１１は、端部が一面１０２において、第２の電極１２に接続されている。基体１の底面（図において）には、第２の電極１２を窓状に切り欠いて形成した切欠き窓１２１が設けられている。切欠き窓１２１の面内には、第１の電極１１と容量結合する端子１２２が設けられている。
【００６１】
この配置の場合も、第１の電極１１を通る高周波信号に含まれる周波数成分のうち、所望の周波数帯を遮断することができることは、前述した説明から明らかである。
【００６２】
２．共振器
図９は本発明に係る共振器の斜視図、図１０は図９の１０−１０線に沿った拡大断面図である。図示された共振器は、基体１と、第１の電極１１と、第２の電極１２とを含む。基体１は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分、即ち、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を含んでいる。第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、互いに隣接して、周期的に配置されている。これらは、既に述べたとおりである。
【００６３】
第１の電極１１は、信号伝送路を構成するものであって、第１の分割電極１１４、第２の分割電極１１５及び第３の分割電極１１６を含んでいる。前記２の分割電極１１５は、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向に沿って延びている。第１の分割電極１１４は、第２の分割電極１１５の一端と第１のギャップＧ１を有して設けられ、第１の共振部を構成する。第３の分割電極１１６は、第２の分割電極１１５の他端と第２のギャップＧ２を有して設けられ、第２の共振部を構成している。第２の電極１２は、接地電極であって、基体１上に設けられる。
【００６４】
図示実施例の共振器は、基体１と、第１の電極１１と、第２の電極１２とを含んでおり、第１の電極１１及び第２の電極１２が基体１上に設けられているから、外部回路に対して、第１の電極１１及び第２の電極１２を介して、接続することができる。このため、外部回路に対して、容易に接続することができる。
【００６５】
基体１は、比誘電率の異なる第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４を含んでおり、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４は、互いに隣接して、周期的に配置されている。この構造を前提として、第１の電極１１に含まれる第２の分割電極１１５が、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の配置方向に沿って延びている。従って、第１の電極１１に含まれる第２の分割電極１１５の部分において、上述したＢｒａｇｇ反射を発生させ、所望の周波数帯を遮断することができる。
【００６６】
しかも、第１の電極１１は、第１の分割電極１１４及び第３の分割電極１１６を含んでいる。第１の分割電極１１４は第２の分割電極１１５の一端と第１のギャップを有し、第１の共振部を構成する。第３の分割電極１１６は、第２の分割電極１１５の他端と第２のギャップを有し、第２の共振部を構成している。従って、第１の分割電極１１４による共振特性、及び、第３の分割電極１１６による共振特性を得ることができる。
【００６７】
図１１は、図９、図１０に示した共振器の動作特性を示す図である。図において、横軸に周波数をとり、縦軸に伝送量（ｄＢ）をとってある。図は、図９、図１０に示す共振器が、基本周波数ｆにおいて第１の共振部による共振特性が得られ、基本周波数ｆの３倍（または第３高調波）の周波数３ｆにおいて、第２の共振部による共振特性が得られ、第２の分割電極１１５では、基本周波数ｆの２倍の周波数２ｆを持つ信号成分が、所定の帯域で遮断される共振器であることを示している。
【００６８】
従来は、基体１が一枚の誘電体基板で構成されていたから、第２の分割電極１１５は、比誘電率が一定の誘電体の上に形成されることになり、図１１に点線で表示する共振周波数２ｆの共振特性が生じていたが、本発明の場合は、この共振特性が抜け落ちた特性となる。
【００６９】
第１の分割電極１１４及び第３の分割電極１１６では、Ｂｒａｇｇ反射を発生させてはならない。この条件は、第１の分割電極１１４及び第３の分割電極１１６が、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１４の境界を跨いで延びないように配置することによって満たすことができる。第２の分割電極１１５に対する第１の分割電極１１４及び第３の分割電極１１６の結合は、容量結合である。
【００７０】
共振器においても、基体１の三次元形状を考慮すると、比誘電率の異なる第１及び第２の誘電体部分１３，１４の配置方向は、上述した長さ方向Ｘのほか、幅方向Ｙ及び厚み方向Ｚにもとることができる。
【００７１】
更に、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｚの単方向のみならず、Ｘ、Ｙ方向にマトリクス状に配置されていてもよいし、さらに、マトリクス状に配置したうえで、厚み方向Ｚに間隔を隔てて配列されていてもよい。マトリクス状に配置した場合は、周波数遮断特性の観点から、第１の誘電体部分１３及び第２の誘電体部分１３は、第１の電極１１の長さ方向Ｘで見た周期数の方が、幅方向Ｙで見た周期数よりも多いことが好ましい。図示はされていないが、第１〜第３の分割電極１１４〜１１６の組み合わせを、複数組備えることもできる。
【００７２】
３．電子部品
本発明に係る電子部品は、上述した伝送線路または共振器を含む。この電子部品は、伝送線路または共振器として完結した電子部品であってもよいし、伝送線路または共振器と、他の部品とをあわせ備える形態であってもよい。何れの態様を採用したとしても、本発明に係る伝送線路及び共振器の奏する作用効果を享受し得る。
【００７３】
本発明は、集積化が簡単なため、伝送線路を基本構成部として、回路基板、共振器、発振器、方向性結合器、分岐路、フィルタ、デュプレクサ、および、それらの複合回路等の高周波用電子部品へ応用することが可能である。
【００７４】
上述の低誘電率材料部と高誘電率材料部による周期的構造を形成する際は、シート積層工程、プレス成形工程、印刷工程、塗布工程、インクジェット工程、バブルジェット（登録商標）工程、スパッタリング工程、蒸着工程、ＣＶＤ工程、結晶成長工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、光造形工程、融着工程、接着工程、マウント工程等の製造方法もしくはそれらの組み合わせによる製造方法を使用する。これにより、半導体プロセスのような、非常に複雑かつ高コストな製造工程を必要としないメリットが得られる。
【００７５】
【実施例】
次に、図１２に示した伝送線路の具体的な実施例について、その設計条件とともに、シミュレーションの結果を示す。
【００７６】
まず、図１２（ａ）はシミュレーションに供された伝送線路の斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示した伝送線路の平面図である。比誘電率ε１の低い第１の誘電体部分１３には、比誘電率ε１が６．９であるＡｌ_２Ｏ_３−ガラスセラミック系材料を用いた。比誘電率ε２の高い第２の誘電体部分１４には、比誘電率ε２が２３．０であるＢａＯ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２−ガラスセラミック系材料を使用した。これらの材料による組み合わせでは、周期的構造において、３．６倍もの比誘電率の差を実現できるので、広帯域な遮断周波数帯域を実現することができる。
【００７７】
第１の誘電体部分１３の製造に当たっては、Ａｌ_２Ｏ_３−ガラスセラミック系材料を粉砕して作製した粉体材料を、有機溶剤を用いて塗料化し、この塗料をドクターブレード法によりフィルム上に塗布し、グリーンシートを作製した。
【００７８】
第２の誘電体部分１４の製造に当たっては、第１の誘電体部分１３のために用意されたグリーンシート上に、有機溶剤により希釈したＢａＯ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２−ガラスセラミック系塗料をスクリーン印刷した。第２の誘電体部分１４をスクリーン印刷することにより、ドット形のように、所望の形状が得られるとともに、その大きさも制御することができる。このように作製した何枚ものグリーンシートを金型へ投入し、熱圧着をして積層化することにより、周期的構造を得た。
【００７９】
次に、第１の電極１１と第２の電極１２とを、所望のパターンとなるようにスクリーン印刷した後、所望の形状に分割し、その後、焼成を行うことにより、伝送線路を得た。
【００８０】
得られた伝送線路の基体１は、長さ（Ｘ方向）が６０ｍｍ、幅（Ｙ方向）が８．４ｍｍ、厚み（Ｚ方向）が１．２ｍｍである。第１の電極１１は電極幅が２．８ｍｍであった。第２の誘電体部分１４の大きさは４．２×４．２ｍｍ、その占有率は０．２５であった。格子間隔は８．４ｍｍである。
【００８１】
これらの設計値は、伝送線路の特性インピーダンスが５ＧＨｚにおいて５０Ωとなるように、基体の実効比誘電率から見積もって設計されたものである。
【００８２】
図１３は図１２（ａ）、（ｂ）に示した伝送線路の伝送特性のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションにあたっては、マイクロストリップ線路における遮断周波数帯の働きを明らかにする電磁界計算法を適用した。電磁界計算法には、計算精度が高く、計算時間の短縮が図られる時間領域差分法（ＦＤ−ＴＤ法）を使用した。
【００８３】
図１３に示すように、広帯域かつ減衰が大きい遮断周波数帯域が確認された。その他の周波数帯域では伝送線路としての働きを示している。従って、周期的構造を備えたマイクロストリップ線路において、十分に実用的な遮断周波数帯と伝送特性を具備していることが分かる。
【００８４】
図１４は、図１２に示した伝送線路において、格子間隔ｄを５．６ｍｍ、８．４ｍｍ、１１．２ｍｍと変化させた伝送特性を示す。図１４において、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸に伝送量（ｄＢ）をとってある。曲線Ｌ１は格子間隔ｄ＝５．６ｍｍのときの伝送特性、曲線Ｌ２は格子間隔ｄ＝８．４ｍｍのときの伝送特性、曲線Ｌ３は格子間隔ｄ＝１１．２ｍｍのときの伝送特性をそれぞれ示している。
【００８５】
図１４に示す通り、マイクロストリップ線路において、ドットの形状を保ったまま、格子間隔を変化させることで、遮断周波数帯域の制御及び遮断周波数帯域の中心周波数を制御できることが分かる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（ａ）特定の周波数帯域を遮断することが可能で、それ以外の周波数成分を確実に伝送し得る伝送線路、共振器、及び、電子部品を提供することができる。
（ｂ）外部回路に対して確実に接続できる実用性の高い伝送線路、共振器、及び、電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る伝送線路の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１及び図２に示した伝送線路の遮断特性を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る伝送線路の別の実施例を示す図である。
【図５】三次元的な周期的配置構造を示す斜視図である。
【図６】コプレーナ線路の一例を示す断面図である。
【図７】本発明に係る伝送線路の別の実施例を示す斜視図である。
【図８】図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】本発明に係る共振器の斜視図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿った拡大断面図である。
【図１１】図９、図１０に示した共振器の動作特性を示す図である。
【図１２】シミュレーションに供された伝送線路を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図１３】図１２（ａ）、（ｂ）に図示した伝送線路の伝送特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】図１２（ａ）、（ｂ）に図示した伝送線路において、格子間隔を５．６ｍｍから８．４ｍｍ、１１．２ｍｍと変化させた伝送特性を示す。
【符号の説明】
１　　　　　　基体
１１　　　　　第１の電極
１２　　　　　第２の電極
１３　　　　　第１の誘電体部分
１４　　　　　第２の誘電体部分

Claims

基体と、第１の電極と、第２の電極とを含む伝送線路であって、
前記基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、
前記比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されており、
前記第１の電極は、信号伝送路を構成するものであって、前記誘電体部分の配置方向に沿って延びており、
前記第２の電極は、接地電極であって、前記基体の外面に設けられている
伝送線路。
請求項１に記載された伝送線路であって、前記誘電体部分は、前記基板の長さ方向及び幅方向にマトリクス状に配置されている伝送線路。
請求項２に記載された伝送線路であって、前記誘電体部分は、前記第１の電極の長さ方向で見た周期数の方が、前記第１の電極の幅方向で見た周期数よりも多い伝送線路。
請求項２または３に記載された伝送線路であって、前記誘電体部分は、前記基体の厚み方向に間隔を隔てて配置されている伝送線路。
請求項４に記載された伝送線路であって、前記第１の電極は、前記基体の内部であって、周期的構造を持たない領域に配置されている伝送線路。
請求項１に記載された伝送線路であって、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、トリプレート線路の何れかである伝送線路。
基体と、第１の電極と、第２の電極とを含む共振器であって、
前記基体は、比誘電率の異なる少なくとも２種の誘電体部分を含んでおり、
前記比誘電率の異なる誘電体部分は、互いに隣接して、周期的に配置されており、
前記第１の電極は、信号伝送路を構成するものであって、第１の分割電極、第２の分割電極及び第３の分割電極を含んでおり、
前記２の分割電極は、前記基体上において前記誘電体部分の配置方向に沿って延びており、
前記第１の分割電極は、前記第２の分割電極の一端との間に第１のギャップを有して前記基体上に設けられ、第１の共振部を構成しており、
前記第３の分割電極は、前記第２の分割電極の他端と第２のギャップを有して前記基体上に設けられ、第２の共振部を構成しており、
前記第２の電極は、接地電極であって、前記基体上に設けられている
共振器。
請求項７に記載された共振器であって、前記誘電体部分は、前記基板の長さ方向及び幅方向にマトリクス状に配置されている共振器。
請求項８に記載された共振器であって、前記誘電体部分は、前記第１の電極の長さ方向で見た周期数の方が、前記第１の電極の幅方向で見た周期数よりも多い共振器。
請求項８または９に記載された共振器であって、前記誘電体部分は、前記基体の厚み方向に間隔を隔てて配置されている共振器。
伝送線路を含む電子部品であって、
前記伝送線路は、請求項１乃至６の何れかに記載されたものである
電子部品。
共振器を含む電子部品であって、
前記共振器は、請求項７乃至１０の何れかに記載されたものである
電子部品。