JP2007235630A - 電磁波伝送線路およびアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】低損失で、量産性が確保できる電磁波伝送線路を提供すること。
【解決手段】低損失な比誘電率ε_ｒ１の充填誘電体３が充填された遮断平行平板導波管の水平対称面に、充填誘電体３の比誘電率ε_ｒ１より高い比誘電率ε_ｒ０を有する高誘電率テープ２を設置して構成され、電磁波伝送線路を伝送する伝送波の位相定数βが式（１）を満たすように設定する。ただし式（１）においてｋ_０は自由空間を伝搬する電磁波の位相定数である。電磁波のエネルギは低損失な充填誘電体３内に分布し、遮断平行平板導波管を構成する平行導体板１，１の導体損失および高誘電率テープ２の誘電体損の影響を受けにくくなり、低損失な電磁波伝送線路が提供される。また高誘電率テープ２を数ミクロンメートル程度に設定できるので、電磁波伝送線路の量産化が確保される。
０．８≦β／（ε_ｒ１×ｋ_０）^１／２≦１．２ …（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波帯、センチ波帯、ミリ波帯、テラヘルツ帯などの超高周波帯から光波に至る広い電磁波スペクトル領域における電磁波伝送線路およびそれを用いたアンテナに関する。

下記非特許文献１に記載のように、高周波帯やセンチ波帯における電磁波伝送線路としては、量産性の良さからマイクロストリップ線路やコプレーナ線路などのプリント伝送線路が多用されている。また、電磁波伝送線路によるアンテナもこれらプリント伝送線路で構成したパッチアンテナが多用されている。

また特許文献１には、ミリ波帯やテラヘルツ帯などの更に高い周波数帯における電磁波伝送線路とそれを用いたアンテナにおける低損失化のための非放射性誘電体線路が開示されている。

さらには、ミリ波帯の高効率平面アンテナとして、導体板に切った長尺状スロットアレイをオーバーサイズ導波管で励振した構造のものがＬＳＥ−ＮＲＤガイド給電６０ＧＨｚ帯平面アンテナとして非特許文献２において報告されている。
特公昭６２−３５２８１号公報 宮内一洋、山本平一、「通信用マイクロ波回路」、コロナ社 ｐｐ．２８−３４ 昭和５６年出版 黒木太司、山口倫史、我妻壽彦、米山務、"ＬＳＥ−ＮＲＤガイド給電６０ＧＨｚ帯平面アンテナ"、電子情報通信学会マイクロ波研究会，Ｖｏｌ．１０１，Ｎｏ．１００，ｐｐ．５７−６０ 平成１３年５月

ところが、上記従来の電磁波伝送線路およびそれを用いたアンテナにおいては種々の問題があることが知られている。

例えば、プリント伝送線路は、ミリ波帯やテラヘルツ帯などの高い周波数帯では導体損失が急増する。

また、ＮＲＤガイドはミリ波帯やテラヘルツ帯で低損失であるが、数ｍｍ角の断面形状からなる誘電体ストリップで線路が構成されるために、線路の量産ができない。

さらに、導体板に長尺スロットを周期配列した平面アンテナでは、導体板を利用することから、周波数が高くなるにつれて本質的に表皮効果により導体損失が増加し、またスロットの縁部分に集中する電流によりさらに導体損失は増加し、ミリ波帯で導体損失が増加し、さらにはアンテナの放射効率が低下するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、上記従来の電磁波伝送線路およびそれを用いたアンテナにおける問題の解消にある。

具体的には、本発明は、低損失で、量産性が確保できる電磁波伝送線路とともに、誘電体板に対して垂直な方向に鋭い放射ビームを有する、高効率な高周波アンテナを提供するとともに、量産化を確保するものである。

本願の第１の発明に係る電磁波伝送線路は、低損失の充填誘電体が充填された遮断平行平板導波管の水平対称面に、充填誘電体の比誘電率ε_ｒ１より高い比誘電率ε_ｒ０を有する高誘電率テープを設置して構成され、電磁波伝送線路を伝送する伝送波の位相定数βが式（１）を満たすことを特徴とする。
０．８≦β／（ε_ｒ１×ｋ_０）^１／２≦１．２ …（１）
ただし式（１）においてｋ_０は自由空間を伝搬する電磁波の位相定数を示す。

係る構成により、電磁波のエネルギは低損失の充填誘電体内に分布し、遮断平行平板導波管を構成する平行導体板の導体損失と高誘電率テープの誘電体損の影響を受けにくくなり、低損失な電磁波伝送線路が得られる。

また高誘電率テープの比誘電率ε_ｒ０を６以上と高く設定すると高誘電率テープの厚みは数１００ミクロン以下と薄くなり、この高誘電率テープを充填誘電体上に蒸着、スパッタあるいはゾルゲル法を利用し、リフトオフするという一連のエッチングプロセスにより作製することができて誘電体を用いた電磁波伝送線路の量産性が確保できる。

またこの電磁波伝送線路において、前記遮断平行平板導波管の内壁に、前記充填誘電体の比誘電率ε_ｒ１より大きな比誘電率ε_ｒ２の誘電体を、内壁に接して設置することにより、電磁波の充填誘電体への分布率を更に高め、遮断平行平板導波管を構成する平行導体板の導体損失を更に減少することにより、さらなる低損失な電磁波伝送線路が得られる。

また、本発明は、比誘電率ε_ｒ３からなる誘電体板の両面もしくは片面に形成された比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを遮断平行平板導波管の水平対称面に設置し、かつ、それぞれの比誘電率を式（２）の関係になるように設定する。
ε_ｒ１≦ε_ｒ３＜ε_ｒ０，ε_ｒ２ …（２）

これによって、比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを簡便に支持できる。

さらに、本発明においては、長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを、比誘電率ε_ｒ３の誘電体板に周期的に配置し、これを接地導体上に配置した比誘電率ε_ｒ４の充填誘電体の上に設置し、かつ、それぞれの比誘電率を式（３）の関係になるように設定することで、誘電体板を伝送する表面波が高誘電率テープにより散乱し、比誘電率ε_ｒ３の誘電体板に対して垂直な方向に鋭い放射ビームを有する高効率な高周波アンテナを提供する。
ε_ｒ４≦ε_ｒ３＜ε_ｒ０ …（３）

本発明に係る電磁波伝送線路は、電磁波のエネルギが低損失な充填誘電体内に分布し、遮断平行平板導波管を構成する平行導体板の導体損失、および高誘電率テープの誘電体損の影響を受けにくくなり、低損失である。

式（１）を満たす周波数領域を利用することから、規格化位相速度の周波数変化率が小さく低分散であり、また、低損失性であることと相俟って、超高速デジタル情報伝送時におけるパルス信号の波形劣化が無く、高品質なデジタル信号伝送を可能とする。

高誘電率テープが遮断平行平板導波管内に設置されていることから、線路の曲がりや不連続からの不要放射が皆無である。この性質により電磁波伝送線路を用い低損失な高周波帯誘電体集積回路が実現される。

高誘電率テープに比誘電率６以上の材料を用いると、これを数１００ミクロンから数ミクロンの厚みのテープ状とすることができ、この高誘電率テープを充填誘電体上に蒸着、スパッタ、あるいはゾルゲル法を利用し、リフトオフするという、一連のエッチングプロセスにより作成することができ、電磁波伝送線路の量産化を可能とする。

遮断平行平板導波管の内壁の両方に、充填誘電体の比誘電率より大きな比誘電率の誘電体材料を、内壁に接して設置することによって、電磁波のエネルギの充填誘電体への集中度を更に高め、遮断平行平板導波管を構成する平行導体板の導体損失を更に減少させ、さらに低損失、低分散な電磁波伝送線路を提供することが可能になる。

さらに、高誘電率テープの材料として、比誘電率が大きい（例えば６以上）高誘電率材料を用い、これより比誘電率が小さい（例えば４以下の）低誘電率の充填誘電体中に設置することによって、充填誘電体は高周波帯で低損失なことから、低損失、低分散の電磁波伝送線路を提供することが可能になる。

また、比誘電率ε_ｒ３からなる誘電体板の両面もしくは片面に形成された比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを遮断平行平板導波管の水平対称面に設置することによって、電磁界が分布している比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ付近から十分離れた箇所で比誘電率ε_ｒ３からなる誘電体板をスペーサーなどの支持体で固定すれば、電磁波伝送線路を伝わる伝送波の電磁界に影響を与えることなく高誘電率テープを平行平板導波管の水平対称面に容易に配置することが可能になる。

さらに、高誘電率テープの材料として、比誘電率が大きい（例えば６以上の）高誘電率材料を用い、これより比誘電率が小さい（例えば４以下の）低誘電率の誘電体板の両面もしくは片面に構成し、これを空気からなる充填誘電体中に配置することによって、電磁界は空気中に分布することから一層の低損失化が促進され、低分散な電磁波伝送線路を提供することが可能になる。また、充填誘電体が空気であることから、高誘電率テープの適当な箇所にトランジスタやＦＥＴ、ＭＭＩＣパッケージ等の半導体素子を容易に装着することが可能になる。

また、高誘電率テープを種々の形状にすることで、低損失で、かつ高性能の高周波フィルタ、高周波方向性結合器、高周波電力分配・合成器素子、高周波多分岐素子、高周波非可逆素子、高周波異種導波路間変換素子、高周波電子機能素子などが提供できる。

すなわち、本発明の電磁波伝送線路は、高誘電率テープを適当な長さにカットして構成した高誘電率テープ共振器、または、一筆書き状に閉じた形を有する高誘電率テープ共振器を、高誘電率テープ非装荷部を介して軸方向または横方向に結合させることによって、電磁波伝送線路の低損失化と相俟って高いＱ値の共振器が実現でき、低損失な高周波フィルタを提供することを可能とする。

また、本発明の電磁波伝送線路を用い、二つ以上の高誘電率テープを、テープ非装荷部を介して横方向、または、上下方向に結合させることによって、電磁波伝送線路の低損失化と相俟って、低損失なハイブリッド結合器やリング分波器などの高周波結合器を提供することが可能になる。

さらに、本発明の電磁波伝送線路を用い、入力端子を有する高誘電率テープを、一カ所を介して二つ以上の出力端子に分けることによって、電磁波伝送線路の低損失化と相俟って低損失な高周波多分岐素子を提供することが可能になる。

また、さらに、フェライト材料のような比透磁率に異方性を有する材料、あるいは固体プラズマのような比誘電率に異方性を有する材料から構成した異方性共振器を中心として、高誘電率テープを複数本配置した構造とすることによって、電磁波伝送線路の低損失化と相俟って低損失な高周波非可逆素子を提供することが可能になる。

また、さらには、本発明の電磁波伝送線路を用い、信号処理回路、バイアス回路または接地回路からなる低周波回路と、高誘電率テープからなる入力端子と、高誘電率テープからなる出力端子を有し、入力端子、出力端子、および、低周波回路の間にトランジスタやＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＭＭＩＣチップ、ダイオード等の電子素子を装荷することによって、電磁波伝送線路の低損失化と相俟って低損失、低雑音、高出力、高安定、かつ高効率な高周波電子回路を提供することが可能になる。

さらに、本発明のアンテナは、長尺状の高誘電率テープによる散乱により放射波を得ることができることから導体損失が無く、かつ電磁波伝送線路の低損失化と相俟って、誘電体板に対して垂直な方向に鋭い放射ビーム有する低損失かつ高利得・高効率な高周波アンテナとなる。

以下に実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

本発明による電磁波伝送線路の実施形態の一例を図１から図２６に基づいて以下に説明る。

図１は本発明による電磁波伝送線路の構造図であり、図２はその断面図である。比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２は、伝送波の自由空間波長の半波長以下の間隔で相対した平行導体板１，１からなる遮断平行平板導波管の水平対称面、言い換えれば平行導体板１，１の水平対称面に設置されている。遮断平行平板導波管は比誘電率ε_ｒ１の充填誘電体３で充填されている。

高誘電率テープ２の材料としては、その比誘電率ε_ｒ０が大きい（例えば６以上）高誘電率材料、具体的には、チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸カルシウム系、チタン酸マグネシウム系、チタン酸ジルコニウム系、チタン酸ランタン系、チタン酸ビスマス系、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、ＣａＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｎｄ_１／２）ＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｂｉ_１／２）ＴｉＯ_３系、タンタル酸マグネシウム系、ニオブ酸マグネシウム系、アルミナ系、マグネシア系、チタニア系、酸化タンタル系、酸化ニオブ系または希土類複合酸化物系等のセラミックスからなる高誘電率材料を使用することが好ましい。また、充填誘電体３の材料としては、その比誘電率ε_ｒ１がε_ｒ０より小さい（例えば４以下の）低誘電率材料、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分子材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の発泡高分子材料、石英、ガラス、ガラスエポキシ、フェノールまたは紙フェノールからなる低誘電率材料を使用することが好ましい。

図３の本発明による電磁波伝送線路の他の例を示す断面図であり、遮断平行平板導波管（平行導体板１，１）の内壁に比誘電率ε_ｒ２の誘電体４を設け、この遮断平行平板導波管の水平対称面に比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２が設置されている。

図４及び図５は本発明による周波数６０ＧＨｚのミリ波帯における電磁波伝送線路の断面図であり、厚み０．５ｍｍ、比誘電率４の誘電体板５の両面または片面に、比誘電率２００の高誘電率材料をスパッタリングにより貼り付け、これをリフトオフによって厚み２００ｍｍ、幅４００ｍｍの断面形状なるテープに加工して高誘電率テープ２とし、間隔２．２５ｍｍで相対した平行導体板１，１からなる遮断平行平板導波管内に挿入している。また比誘電率２００の高誘電率テープ２が遮断平行平板導波管の水平対称面に位置するよう、高誘電率テープ２から左右１０ｍｍ程度離れた場所で、誘電体板５の両端を支持体としてのスペーサー２１により固定している。高誘電率テープ２の材料としては、その比誘電率ε_ｒ０が大きい（例えば６以上の）高誘電率材料、具体的には、チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸カルシウム系、チタン酸マグネシウム系、チタン酸ジルコニウム系、チタン酸ランタン系、チタン酸ビスマス系、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、ＣａＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｎｄ_１／２）ＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｂｉ_１／２）ＴｉＯ_３系、タンタル酸マグネシウム系、ニオブ酸マグネシウム系、アルミナ系、マグネシア系、チタニア系、酸化タンタル系、酸化ニオブ系または希土類複合酸化物系等のセラミックスからなる高誘電率材料を使用することが好ましい。また、誘電体板５の材料としては、その比誘電率ε_ｒ３がε_ｒ０より小さい（例えば４以下の）低誘電率材料、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分子材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の発泡高分子材料、石英、ガラス、ガラスエポキシ、フェノールまたは紙フェノールからなる低誘電率材料を使用することが好ましい。

図６は実際に作製した周波数６０ＧＨｚのミリ波帯における電磁波伝送線路の断面図であり、この電磁波伝送線路は厚み２００ｍｍ、幅４００ｍｍの断面形状を有する比誘電率２００の高誘電体テープ２を、比誘電率１．０８の発泡ポリスチレンからなる充填誘電体３で支持し、これを２枚の平行導体板１，１で挟んで構成されている。このとき平行導体板１，１の間隔は２．２５ｍｍである。

この電磁波伝送線路の電界分布は、図７のように水平対称面に設置された高誘電率テープ２から上下左右方向に放射状に分布しているが、その分布の割合は、この電磁波伝送線路を伝送する伝送波の規格化位相定数β／（ε_ｒ１×ｋ_０）^１／２によって大きく異なる。ここでβは電磁波伝送線路を伝送する伝送波の位相定数、ｋ_０は自由空間を伝送する電磁波の位相定数である。

図８は周波数に対する規格化位相定数の変化を示す。電磁波伝送線路は遮断周波数を有することから、図中周波数Ａから伝送が可能となり、規格化位相定数が０．８あたりである周波数Ｂまで、金属導波管のように遮断特性を有する電磁波伝送線路特有の、急激な規格化位相定数の上昇を示す。このときの電界分布は図９に示すように、高誘電率テープ２の周りに広く分布する。

次に、周波数がＢを超えると、規格化位相定数が１．２あたりである周波数Ｃまでその規格化位相定数はなだらかに変化し、このときの電界分布は図１０に示すように、トリプレート伝送線路の伝送波であるＴＥＭ波に類似した分布になる。

周波数がＣを超えるとその電界分布は図１１のように高誘電率テープ２に集中し、そのため誘電体伝送線路特有の規格化位相定数の上昇を示す。

本発明による電磁波伝送線路は、規格化位相定数が０．８から１．２の間を示す、周波数ＢからＣまでを利用するものである。

図１２は、ＡＮＳＯＦＴ社製「ＨＦＳＳ・電磁界シミュレータ」を用いて、ＡからＢの間、ＢからＣの間、Ｃ以上の各周波数における伝送波の電界分布を計算したものである。ＡからＢの間、ＢからＣの間の周波数域である２０ＧＨｚ、５０ＧＨｚでは電磁界は高誘電率テープの外に広がっている。またＣ以上の周波数である７０ＧＨｚでは電磁界は高誘電率テープ内に集中していることがわかり、前記の事項は理論的に実証された。

図１３は実際に作製された図６の構造からなる電磁波伝送線路の規格化位相定数及び伝送損失の計算値である。これより３０ＧＨｚから６０ＧＨｚと広い周波数帯にわたり低分散な特性であることが示された。ここで、伝送損失は高誘電率テープの誘電正接の関数として計算されたが、誘電正接の値が０．０１と劣悪でも、電磁波伝送路の伝送損失はこの帯域内で２０ｄＢ／ｍであり、この値は同一周波数帯で多用されるマイクロストリップ線路の伝送損失６０ｄＢ／ｍと比べて格段に改善されている。

図１４に示した○印は、実際に電磁波伝送線路に、図１６に示した外径２．３ｍｍの５０Ｗセミリジッドケーブルの外導体６の一部分を、Ｈ字形状のチョーク付金属ブロック９で作製した変換器を用いてミリ波を励振し、その定在波分布を測定することにより求めた規格化位相定数である。図１４の実線は図１３に示した規格化位相定数の理論値であり、理論と実験は一致し、本発明の電磁波伝送線路が低分散性を有することが実験的にも実証された。

また図１５に示した○印は、実際に電磁波伝送線路の伝送損失を共振法により測定した結果であり、その伝送損失は低分散帯域内で１８ｄＢ／ｍと求まった。この値はマイクロストリップ線路の伝送損失６０ｄＢ／ｍと比べて格段に改善され、ミリ波帯低損失伝送線路として実績のある非放射性誘電体線路の伝送損失８ｄＢ／ｍと比べて遜色のない特性である。

図１７から図２５は、本発明の電磁波伝送線路において、比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープをパターン化し、各種機能回路素子を実現したものである。

図１７は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２を適当な長さに設定して共振器１０を構成し、これを比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２を用いないテープ非装荷部２３を介して、多段に端結合させた帯域フィルタである。帯域フィルタの中心周波数は共振器１０の長さで決定され、帯域フィルタの周波数応答はテープ非装荷部２３の長さで決定される。

図１８は共振器１１を、テープ非装荷部２３を介して、多段に側結合させた構造の帯域フィルタである。側結合構造を用いることで、フィルタの小型化が達成された。

図１９は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープでリング状などの一筆書状のリング共振器１２を構成し、これを比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路に側結合させた構造のリング共振器である。共振周波数はリングの円周長で決定される。

図２０は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路を平行に配置して構成された結合伝送線路１３からなる方向性結合器である。このほか比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープからなる電磁波伝送線路を上下方向に積層しても同様の結合伝送路ができる。一例として図４の構造を用いることで、上下方向に積層した構造の方向性結合器が実現できる。

図２１は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路において、入力端子を有する高誘電率テープ２を、一カ所を介して二つ以上の出力端子に分ける高周波多分岐素子で、一例として入力を１端子、出力を２端子としたＹ字状分岐を示している。この形状はＴ字状や、Ｘ字状でも良い。

図２２はフェライト材料のような比透磁率に異方性を有する材料、あるいは固体プラズマのような比誘電率に異方性を有する材料から構成した異方性共振器２２を中心として、比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路をＹ字状に配置したサーキュレータ（高周波非可逆素子）の一例であり、たとえば、異方性共振器２２としてＹＩＧやＮｉＺｎ等のフェライト材料を用いた場合、直流磁界をこの異方性共振器２２に印加すると、各端子に入力した電磁波は循環動作を示す。

図２３および図２４は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路の間に半導体素子１５を装着したもので、半導体素子１５の入力電極１５ａおよび出力電極１５ｂは電磁波伝送線路と軸方向に接続される。また信号処理回路、バイアス回路、接地回路等の低周波回路１４は半導体素子１５の制御電極１５ｃに接続される。半導体素子１５としては、トランジスタやＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＭＭＩＣチップ、ダイオードなどが用いられ、この部分で超高周波の発振、増幅、変調、周波数変換、復調などが行われる。

図２５は比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ２からなる電磁波伝送線路とマイクロストリップやコプレーナ線路に代表されるプリント線路との変換器であり、電磁波伝送線路の電磁界分布はＴＥＭモードに類似していることから、電磁波伝送線路と、プリント伝送線路の中心導体１６を軸方向に接続することで、両伝送線路のモード変換が容易になされる。

図２６は長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを、比誘電率ε_ｒ３の誘電体板１８上に周期的に配置して放射素子１７とし、これを接地導体板２０上に配置した比誘電率ε_ｒ４の充填誘電体１９の上に設置した構造の平面アンテナで、各比誘電率の関係は式（３）のように設定される。
ε_ｒ４≦ε_ｒ３＜ε_ｒ０ …（３）

ここで、比誘電率ε_ｒ３の誘電体板１８を伝送する表面波は長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ（放射素子１７）で散乱され、放射される。特に長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープの周期間隔を、表面波の一伝送波長に設定すると比誘電率ε_ｒ３の誘電体板１８に対して垂直な方向に鋭いビームが放射される。また、この長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープの周期間隔は自由空間波長より短いため、従来の平面アンテナにみられた不要なグレーティングローブは発生しない。

本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の構造図である。 図１に示す電磁波伝送線路の断面図である。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の断面図である。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の断面図である。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の断面図である。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の断面図である。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の典型的な電界分布を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の典型的な規格化位相定数特性を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の遮断周波数近傍の電界分布を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の使用周波数帯での電界分布を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の高域周波数帯での電界分布を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の各周波数帯での電界分布の計算値を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の規格化位相定数特性と伝送損失を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の規格化位相定数の測定値を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の伝送損失の計算値を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路の励振器を示す。 本発明の一実施形態による端結合型帯域フィルタを示す。 本発明の一実施形態による側結合型帯域フィルタを示す。 本発明の一実施形態によるリング共振器フィルタを示す。 本発明の一実施形態による方向性結合器を示す。 本発明の一実施形態による高周波多分岐素子を示す。 本発明の一実施形態による高周波多分岐素子を示す。 本発明の一実施形態による半導体機能素子を示す。 本発明の一実施形態による半導体機能素子を示す。 本発明の一実施形態による電磁波伝送線路とプリント伝送線路を示す。 本発明の一実施形態による平面アンテナを示す。

符号の説明

１ 遮断平行平板導波管を構成する平行導体板
２ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープ
３ 比誘電率ε_ｒ１の充填誘電体
４ 遮断平行平板導波管の内壁に設置する比誘電率ε_ｒ２の誘電体
５ 比誘電率ε_ｒ３の誘電体板
６ セミリジッドケーブル外導体
７ セミリジッドケーブル内導体
８ セミリジッドケーブル充填誘電体
９ チョーク付金属ブロック
１０ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープよりなる共振器
１１ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープよりなる共振器
１２ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープよりなるリング共振器
１３ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープよりなる結合伝送線路
１４ 低周波回路
１５ 半導体素子
１５ａ 半導体素子の入力電極
１５ｂ 半導体素子の出力電極
１５ｃ 半導体素子の制御電極
１６ プリント伝送線路の中心導体
１７ 比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープよりなる放射素子
１８ 比誘電率ε_ｒ３の誘電体板
１９ 比誘電率ε_ｒ４の充填誘電体
２０ 接地導体板
２１ 支持体
２２ 異方性共振器
２３ テープ非装荷部

Claims (11)

1. 伝送波の自由空間波長の半波長以下の間隔で相対した平行導体板からなる遮断平行平板導波管と、遮断平行平板導波管の水平対称面に設置した比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープと、前記遮断平行平板導波管内に比誘電率ε_ｒ０より小さい比誘電率ε_ｒ１の充填誘電体が設置された電磁波伝送線路であって、電磁波伝送線路を伝送する伝送波の位相定数βが式（１）を満たすことを特徴とする電磁波伝送線路。
   ０．８≦β／（ε_ｒ１×ｋ_０）^１／２≦１．２ …（１）
   上式（１）においてｋ_０は自由空間を伝搬する電磁波の位相定数を示す。
2. 遮断平行平板導波管の内壁の両方に、充填誘電体の比誘電率ε_ｒ１より大きな比誘電率ε_ｒ２の誘電体部材を、内壁に接して設置した請求項１に記載の電磁波伝送線路。
3. 高誘電率テープをチタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸カルシウム系、チタン酸マグネシウム系、チタン酸ジルコニウム系、チタン酸ランタン系、チタン酸ビスマス系、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、ＣａＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｎｄ_１／２）ＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｂｉ_１／２）ＴｉＯ_３系、タンタル酸マグネシウム系、ニオブ酸マグネシウム系、アルミナ系、マグネシア系、チタニア系、酸化タンタル系、酸化ニオブ系または希土類複合酸化物系等のセラミックスからなる充填誘電体より高誘電率の材料によって構成し、充填誘電体をポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分子材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の発泡高分子材料、石英、ガラス、ガラスエポキシ、フェノールまたは紙フェノールからなる高誘電率テープより低誘電率の材料によって構成した請求項１または請求項２に記載の電磁波伝送線路。
4. 比誘電率ε_ｒ３からなる誘電体板の両面もしくは片面に形成された比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを遮断平行平板導波管の水平対称面に設置し、かつ、それぞれの比誘電率を式（２）の関係になるように設定した請求項２または請求項３に記載の電磁波伝送線路。
   ε_ｒ１≦ε_ｒ３＜ε_ｒ０，ε_ｒ２ …（２）
5. 高誘電率テープをチタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸カルシウム系、チタン酸マグネシウム系、チタン酸ジルコニウム系、チタン酸ランタン系、チタン酸ビスマス系、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３系、ＣａＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｎｄ_１／２）ＴｉＯ_３−（Ｌｉ_１／２Ｂｉ_１／２）ＴｉＯ_３系、タンタル酸マグネシウム系、ニオブ酸マグネシウム系、アルミナ系、マグネシア系、チタニア系、酸化タンタル系、酸化ニオブ系または希土類複合酸化物系等のセラミックスからなる充填誘電体より高誘電率の材料によって構成し、誘電体板をポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分子材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の発泡高分子材料、石英、ガラス、ガラスエポキシ、フェノールまたは紙フェノールからなる高誘電率テープより低誘電率の材料によって構成し、比誘電率ε_ｒ１の充填誘電体を空気とした請求項４に記載の電磁波伝送線路。
6. 高誘電率テープを適当な長さに切断して構成した高誘電率テープ共振器、または、一筆書き状に閉じた形を有する高誘電率テープ共振器を、高誘電率テープ非装荷部を介して軸方向または横方向に結合させて高周波フィルタとした請求項１、請求項２または請求項４に記載の電磁波伝送線路。
7. 二つ以上の高誘電率テープを、テープ非装荷部を介して横方向、または、上下方向に結合させて高周波結合器とした請求項１、請求項２または請求項４に記載の電磁波伝送線路。
8. 入力端子を有する高誘電率テープを、一カ所を介して二つ以上の出力端子に分けて、高周波多分岐素子とした請求項１、請求項２または請求項４に記載の電磁波伝送線路。
9. フェライト等の比透磁率に異方性を有する材料、または、固体プラズマのような比誘電率に異方性を有する材料から構成した異方性共振器を中心に、高誘電率テープを複数本配置した構造を有する高周波非可逆素子とした請求項１、請求項２または請求項４に記載の電磁波伝送線路。
10. 信号処理回路、バイアス回路または接地回路からなる低周波回路と、高誘電率テープからなる入力端子と、高誘電率テープからなる出力端子を有し、入力端子、出力端子、および前記低周波回路の間にトランジスタ、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＭＭＩＣチップ、ダイオード等の電子素子を装荷し高周波電子回路とした請求項１、請求項２または請求項４に記載の電磁波伝送線路。
11. 長尺形状からなる比誘電率ε_ｒ０の高誘電率テープを比誘電率ε_ｒ３の誘電体板に周期的に配置し、これを接地導体上に配置した比誘電率ε_ｒ４の充填誘電体の上に設置し、かつ、それぞれの比誘電率を式（３）の関係になるように設定したアンテナ。
    ε_ｒ４≦ε_ｒ３＜ε_ｒ０ …（３）