JP2018182386A

JP2018182386A - 方向性結合器の製造方法

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Publication number: JP2018182386A
Application number: JP2017074317A
Authority: JP
Inventors: 雄介上道; Yusuke Uemichi
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】２つの矩形導波路の高さ及び幅を変更することなく、動作帯域の中心周波数が所望の値に一致するよう、方向性結合器を設計すること。【解決手段】第２の狭壁（ポスト壁１３，１４）が第１の狭壁（ポスト壁１１）及び開口（１２）に向かって突出した突出部（１３ｂ、１４ｂ）を有する方向性結合器（１）の製造方法である。本製造法が含む決定工程は、所望の中心周波数が前記基準中心周波数よりも高い場合に、第２の方向性結合器の突出量を基準突出量を上回るように定め、所望の中心周波数が基準中心周波数よりも低い場合に、第２の方向性結合器の突出量を基準突出量を下回るように定める。【選択図】図３

Description

本発明は、開口によって互いに結合した２つの矩形導波路を備えた方向性結合器の製造方法に関する。

マイクロ波やミリ波などの高周波信号を扱う技術分野では、このような高周波信号を分波する又は合波する方向性結合器が広く利用されている。このような方向性結合器の一例として、両面が金属膜によって覆われた誘電体製の基板を用いて製造された方向性結合器（特許文献１ではショートスロット方向性結合器と称される）が特許文献１の図１に記載されている。

特許文献１の図１に記載の方向性結合器は、基板の両面を覆う金属膜を一対の広壁として、基板を貫通するスルーホール列を一対の狭壁とする矩形導波路を２つ備えている。これらのスルーホール列は、ポスト壁を構成する。この方向性結合器において、２つの矩形導波路の各々は、互いに並走するように配置されており、一対の狭壁のうち一方の狭壁である第１の狭壁を共有している。

第１の狭壁を構成するスルーホール列は、一部においてスルーホールが省略されており、このスルーホールが省略された部分は、２つの矩形導波路を互いに電磁気的に結合する開口として機能する。また、この方向性結合器は、第１の狭壁が第２の狭壁に向かって突出した突出区間を含んでいる。

特開２００９−２９６３７６号公報（２００９年１２月１７日公開）

手代木扶, 米山務編著, 新ミリ波技術, オーム社, 1999年11月

このように構成された方向性結合器は、動作帯域の中心周波数が所望の値となるよう、設計する必要がある。方向性結合器の動作帯域の中心周波数を変更する場合、方向性結合器の多岐に亘る設計パラメータのうち、矩形導波路の幅を変更することが一つの案として考えられる。矩形導波路の一態様である導波管において、導波管のカットオフ周波数は、導波管の幅に依存するためである。

例えば、非特許文献１の付録２である「導波管とフランジの規格」と題された表には、日本の国内規格及び国際規格で定められた導波管の寸法と、周波数帯とが記載されている。導波管が導波する電磁波の周波数が高くなればなるほど、導波管の高さ及び幅が小さくなっていくことは、この表からも明らかである。

したがって、導波管の高さ及び幅を変更することによって方向性結合器の中心周波数を変更することができると期待される。しかし、方向性結合器において矩形導波路の高さ及び幅を変更することは、容易でない。なぜなら、方向性結合器の高さ及び幅は、方向性結合器と他の高周波デバイスとの結合損失を抑制するための重要な設計パラメータであるためである。

特に、特許文献１に記載されているようにポスト壁導波路の技術を利用した方向性結合器の場合、矩形導波路の高さは、使用する基板の厚さにより決定される。したがって、矩形導波路の高さは、単独で変更可能な設計パラメータではない。

一方、ポスト壁導波路の技術を利用した方向性結合器において、矩形導波路の幅は、第１の狭壁と第２の狭壁との間隔を変更することにより変更可能である。しかし、幅のみを変更することにより矩形導波路のアスペクト比が変わるため、上述した方向性結合器の複数の設計パラメータを定める工程を改めてやり直すことになる。複数の設計パラメータを定める工程には、多大な労力を要するため、幅を変更することによって中心周波数を変更することは、好ましくない。

本発明の一態様は、２つの矩形導波路の高さ及び幅を変更することなく、動作帯域の中心周波数が所望の値に一致するよう、方向性結合器を設計することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る方向性結合器の製造方法は、開口が形成された第１の狭壁を共有する第１の矩形導波路及び第２の矩形導波路を備え、前記第１の矩形導波路及び前記第２の矩形導波路の各々は、第２の狭壁が前記第１の狭壁及び前記開口に向かって所定の突出量だけ突出した突出部を有する方向性結合器の製造方法である。

本製造方法は、第１の方向性結合器の突出量及び中心周波数を基準突出量及び基準中心周波数として用い、所望の中心周波数を有する第２の方向性結合器の突出量を定める決定工程を含む。当該決定工程は、前記所望の中心周波数が前記基準中心周波数よりも高い場合に、前記第２の方向性結合器の突出量を前記基準突出量を上回るように定め、前記所望の中心周波数が前記基準中心周波数よりも低い場合に、前記第２の方向性結合器の突出量を前記基準突出量を下回るように定める、ことを特徴とする。

本製造方法によれば、第２の方向性結合器の突出量を基準突出量及び基準中心周波数に基づき定めることによって、第２の方向性結合器の中心周波数を所望の中心周波数に一致させることができる。したがって、本製造方法によれば、２つの矩形導波路の高さ及び幅を変更することなく、第２の方向性結合器の中心周波数を所望の値に一致させることができる。

また、本発明の一態様に係る方向性結合器の製造方法において、前記決定工程は、前記第１の方向性結合器の前記突出量及び前記中心周波数を第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数とし、且つ、第３の方向性結合器の突出量及び中心周波数を第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数として用い、前記第１の基準突出量及び前記第１の基準中心周波数、並びに、前記第２の基準突出量及び前記第２の基準中心周波数によって定められる突出量と中心周波数との相関関係に基づき前記所望の中心周波数に対応する前記第２の方向性結合器の突出量を定める、ことが好ましい。

本製造方法によれば、突出量と中心周波数との相関関係に基づき、第２の方向性結合器の中心周波数が所望の値に一致するように、第２の方向性結合器の突出量を定めることができる。したがって、第２の方向性結合器の中心周波数を所望の値に一致させるときの精度を高めることができる。

また、本発明の一態様に係る方向性結合器の製造方法において、前記第１の方向性結合器、前記第２の方向性結合器、及び前記第３の方向性結合器の各々は、前記突出量のみが異なるように構成されている、ことが好ましい。

方向性結合器を構成するパラメータであって、２つの矩形導波路の高さ及び幅以外のパラメータとしては、開口の幅や、突出部の長さなどが上げられる。本製造方法においては、これら開口の幅や、突出部の長さなどのパラメータを変更しない。したがって、本製造方法によって定めた第２の突出量を有する第２の方向性結合器の動作帯域を検証するためにシミュレーションを実施する場合に、そのシミュレーションを容易に実行できる。このように、第２の突出量を容易に検証することができるため、本製造方法を用いることによって、第２の突出量を容易に最適化することができる。

また、本発明の一態様に係る方向性結合器の製造方法において、前記第１の方向性結合器の前記突出量、前記第２の方向性結合器の前記突出量、及び前記第３の方向性結合器の前記突出量の各々は、何れも、前記第１の狭壁の厚さよりも大きい、ことが好ましい。

上記の構成によれば、より高周波側へ移動した第２の中心周波数を得ることができる。すなわち、より高い動作帯域を有する方向性結合器を得ることができる。

本発明の一態様によれば、２つの矩形導波路の高さ及び幅を変更することなく、動作帯域の中心周波数が所望の値に一致するよう、方向性結合器を設計することができる。

本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器の製造方法を用いて製造する方向性結合器の斜視図である。図１に示した方向性結合器が備えている基板の平面図である。本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器の製造方法のフローチャートである。図３に示した方向性結合器の製造方法において用いる、方向性結合器の中心周波数と突出量との相関関係を示すグラフである。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例である方向性結合器の製造方法において用いた方向性結合器の反射特性を示すグラフである。本発明の実施例である方向性結合器の製造方法において用いた、方向性結合器の中心周波数と突出量との相関関係を示すグラフである。図１に示した方向性結合器の変形例を示す斜視図である。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器の製造方法について、図１〜図４を参照して説明する。以下では、方向性結合器の製造方法のことを単に製造方法とも称する。図１は、本実施形態の製造方法を用いて製造する方向性結合器１の斜視図である。図２は、方向性結合器１が備えている基板２の平面図である。図３は、本実施形態の製造方法のフローチャートである。図４は、図３に示した製造方法において用いる、方向性結合器１の中心周波数と突出量との相関関係を示すグラフである。

（方向性結合器１の構成）
本実施形態の製造方法の説明を行う前に、本製造方法を用いて製造する方向性結合器１の構成について説明する。図１に示すように、方向性結合器１は、基板２と、導体板３と、導体板４とを備えている。

基板２は、誘電体により構成された板状部材である。以下において、基板２を構成する６つの表面のうち、面積が最も大きな２つの表面を基板２の主面と称す。本実施形態では、基板２を構成する誘電体として石英を採用するが、他の誘電体（例えばガラスエポキシ樹脂などの樹脂）であってもよい。

導体板３及び導体板４は、基板２の２つの主面上に設けられた一対の導体板である。すなわち、基板２、導体板３、及び導体板４は、基板２が導体板３，４によって挟まれたサンドウィッチ構造を有する。本実施形態では、導体板３，４を構成する導体として銅を採用するが、他の導体（例えばアルミニウムなどの金属）であってもよい。導体板３，４の各々は、後述する導波路２１，２２の一対の広壁を構成する。

図２に示すように、基板２には、主面を平面視した場合に柵状に配列した、複数の貫通孔が設けられている。これら複数の貫通孔において、貫通孔同士の間隔は、貫通孔の直径と同程度である。複数の貫通孔は、基板２の一方の主面から他方の主面まで貫通している。貫通孔の内壁には、筒状の導体膜が形成されている。したがって、この筒状の導体膜は、誘電体製の基板２の中に形成された導体ポストとして機能する。また、この筒状の導体膜は、基板２の両主面に設けられた導体板３と導体板４とを短絡させる。このような方向性結合器１は、ポスト壁導波路の技術を利用して実現可能である。

複数の導体ポストを所定の間隔で柵状に配列したものをポスト壁と呼ぶ。基板２には、導体ポスト１１ｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数を一般化した表記）が柵状に配列したポスト壁１１と、導体ポスト１３ｉ（ｉは１以上ｍ以下の整数を一般化した表記）が柵状に配列したポスト壁１３と、導体ポスト１４ｉ（ｉは１以上ｍ以下の整数を一般化した表記）が柵状に配列したポスト壁１４と、が設けられている。

＜ポスト壁１１＞
導体ポスト１１ｉの各々は、同一平面上に配列されている。本実施形態では、図１及び図２に示すように、基板２の主面がｘｙ平面と平行になり、導体ポスト１１ｉの各々が配列されている同一平面がｙｚ平面と平行になるように、座標系を定義する。

ポスト壁１１は、その中途区間１１ｂにおいて一部の導体ポスト１１ｉが省略されている。したがって、ポスト壁１１は、中途区間１１ｂによって、第１区間１１ａと第２区間１１ｃとに分断されている。

第１区間１１ａを構成する導体ポスト１１ｉの各々に外接する直線を用いてこれらの導体ポスト１１ｉを囲んだ結果を二点鎖線１１ｄで図２に示す。同様に、第２区間１１ｃを構成する導体ポスト１１ｉの各々に外接する直線を用いてこれらの導体ポスト１１ｉを囲んだ結果を二点鎖線１１ｅで図２に示す。柵状に配列した導体ポスト１１ｉにより構成されたポスト壁である第１区間１１ａ及び第２区間１１ｃは、電磁波を反射する導体壁として機能する。二点鎖線１１ｄ及び二点鎖線１１ｅの各々は、それぞれ、第１区間１１ａ及び第２区間１１ｃの仮想的な反射面を示す。

中途区間１１ｂにおいては導体ポスト１１ｉが省略されている。そのため、電磁波は、中途区間１１ｂにおいて反射されず透過することができる。したがって、中途区間１１ｂは、ポスト壁１１によって隔てられたｘ軸正方向側の空間と、ｘ軸負方向側の空間とを電磁気的に結合する窓として機能する。よって、中途区間１１ｂのことをポスト壁１１に形成された窓１２とも称する。

＜ポスト壁１３＞
図２に示すように、ポスト壁１３は、柵状に配列された複数の導体ポスト１３ｉにより構成されている。導体ポスト１３ｉの各々は、ｙｚ平面に対して平行に配列されており、その中途に設けられた突出部１３ｂを構成する導体ポスト１３ｉは、他の導体ポスト１３ｉと比較して、ポスト壁１１に向かって突出している。すなわち、ポスト壁１３は、第１のｙｚ平面上に配列された第１区間１３ａ及び第２区間１３ｃ、並びに、第２のｙｚ平面上に配列された突出部１３ｂにより構成されている。

突出部１３ｂは、ポスト壁１３のうちポスト壁１１の開口１２に対向する区間であって、開口１２を包含する区間に設けられている。したがって、突出部１３ｂの長さＬ_１は、窓１２の幅Ｗ_ａより長い。また、基板２を平面視した場合に、開口１２の中点と突出部１３ｂの中点とは、同じｘ軸上に位置する。

図２に示すように、ポスト壁１１と第１区間１３ａ及び第２区間１３ｃとは、間隔Ｗ_１だけ離間している。また、第２のｙｚ平面は、第１のｙｚ平面を所定の間隔だけポスト壁１１側に移動することにより得られる。この所定の間隔は、突出部１３ｂの突出量Ｐ_１に対応する。

ポスト壁１３を構成する導体ポスト１３ｉの各々に外接する直線を連続的につないだ結果を二点鎖線１３ｄで図２に示す。ポスト壁１１の場合と同様に、二点鎖線１３ｄは、ポスト壁１３の仮想的な反射面を示す。導体ポスト１３ｉの各々が配列した形状に対応して、二点鎖線１３ｄの形状も突出部１３ｂにおいてポスト壁１１に向かって突出量Ｐ_１だけ突出している。

基板２のうち、導体板３及び導体板４、並びに、ポスト壁１１及びポスト壁１３によって四方を囲まれた部分は、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を導波する導波路２１として機能する。導波路２１は、電磁波の伝搬方向に直交する断面の形状が長方形である矩形導波路であり、請求の範囲に記載の第１の矩形導波路である。方向性結合器１において導波路２１は、中心周波数が５０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数帯域に含まれるように設計されている。

導波路２１において、導体板３及び導体板４は、一対の広壁として機能し、ポスト壁１１及びポスト壁１３は、一対の狭壁として機能する。ポスト壁１１及びポスト壁１３の各々は、それぞれ、請求の範囲に記載の第１の狭壁及び第２の狭壁である。

導波路２１の幅（内寸幅）は、図２に示すように、ポスト壁１１と第１区間１３ａ及び第２区間１３ｃとの間隔Ｗ_１で定義され、導波路２１の高さ（内寸高さ）は、図１に示すように、導体板３と導体板４との間隔ｔで定義される。以下において、間隔Ｗ_１及び間隔ｔのことを幅Ｗ_１及び高さｔとも記載する。

＜ポスト壁１４＞
ポスト壁１４は、ポスト壁１３に対応するポスト壁であって、柵状に配列された複数の導体ポスト１４ｉにより構成されている。導体ポスト１４ｉの各々は、導体ポスト１１ｉの各々の中心軸を通るｙｚ平面を対称面として、導体ポスト１３ｉの各々と面対称に配置されている。したがって、ポスト壁１４は、第１区間１４ａと、突出部１４ｂと、第２区間１４ｃとにより構成されている。第１区間１４ａ、突出部１４ｂ、及び第２区間１４ｃの各々は、それぞれ、ポスト壁１３の第１区間１３ａ、突出部１３ｂ、及び第２区間１３ｃに対応する。

したがって、基板２のうち、導体板３及び導体板４、並びに、ポスト壁１１及びポスト壁１４によって四方を囲まれた部分は、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を導波する導波路２２として機能する。導波路２２は、導波路２１と同様に矩形導波路であり、請求の範囲に記載の第２の矩形導波路である。方向性結合器１において導波路２２は、中心周波数が５０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数帯域に含まれるように設計されている。

導波路２２において、導体板３及び導体板４は、一対の広壁として機能し、ポスト壁１１及びポスト壁１４は、一対の狭壁として機能する。ポスト壁１１及びポスト壁１４の各々は、それぞれ、請求の範囲に記載の第１の狭壁及び第２の狭壁である。導波路２２は、導波路２１と並走するように設けられており、ポスト壁１１を導波路２１と共有する。

導波路２２の幅（内寸幅）は、図２に示すように、ポスト壁１１と第１区間１４ａ及び第２区間１４ｃとの間隔Ｗ_２で定義され、導波路２２の高さ（内寸高さ）は、図１に示すように、導体板３と導体板４との間隔ｔで定義される。以下において、間隔Ｗ_２及び間隔ｔのことを幅Ｗ_２及び高さｔとも記載する。

上述したように、ポスト壁１４は、導体ポスト１１ｉの各々の中心軸を通るｙｚ平面を対称面として、ポスト壁１３と面対称に配置されている。したがって、（１）突出量Ｐ_２は、突出量Ｐ_１と等しく、（２）幅Ｗ_２は、幅Ｗ_１と等しく、（３）突出部１４ｂの長さＬ_２は、長さＬ_１と等しい。以下では、突出量Ｐ_１とＰ_２とを区別しない場合は、単に突出量Ｐと称し、幅Ｗ_１と幅Ｗ_２とを区別しない場合は、単に幅Ｗと称し、長さＬ_１と長さＬ_２とを区別しない場合は、単に長さＬと称する。なお、高さｔは、導波路２１及び導波路２２において共通である。

（方向性結合器１の機能）
以上のように構成された方向性結合器１において、基板２のｚｘ平面に沿った端面のうち、ポスト壁１１とポスト壁１３とによって挟まれた領域、及び、ポスト壁１１とポスト壁１４とによって挟まれた領域は、それぞれ、方向性結合器１の入出力ポートであるポートＰ１〜Ｐ４として機能する。ポートＰ１〜Ｐ４は、方向性結合器１の前段あるいは後段に配置される高周波デバイスと方向性結合器１とを結合する入出力ポートである。

例えば、前段の高周波デバイスから導波路２１のｙ軸正方向側の入出力ポートであるポートＰ１に結合された電磁波は、導波路２１内をｙ軸負方向に向かって伝搬する。ポスト壁１１に形成された窓１２は、導波路２１と導波路２２とを電磁気的に結合している。そのため、導波路２１内を伝搬してきた電磁波の一部は、窓１２を透過して導波路２２内をｙ軸負方向に向かって伝搬する。導波路２１内を伝搬してきた電磁波の残りは、そのまま導波路２１内をｙ軸負方向に向かって伝搬する。その結果、ポートＰ１に結合された電磁波は、ｙ軸負方向側の入出力ポートであるポートＰ２及びポートＰ４において後段の高周波デバイスに結合される。

ポートＰ２及びポートＰ４の各々に至った電磁波のパワー比は、方向性結合器１の設計に応じて変更することができる。本実施形態の方向性結合器１は、ポートＰ１に結合された電磁波をパワーがおよそ等しい２つの電磁波に分割したうえで、ポートＰ２及びポートＰ４に供給する。したがって、本実施形態の方向性結合器１は、結合度３ｄＢの方向性結合器である。

（方向性結合器１の製造方法）

本発明の一態様に係る製造方法は、図１及び図２に示した方向性結合器１の製造方法であって、すでに複数の設計パラメータを最適化してある１又は複数の方向性結合器１の突出量及び中心周波数を基準突出量及び基準中心周波数として用い、所望の中心周波数を有する第２の方向性結合器の突出量を定める決定工程を含む。以下では、設計パラメータのことを単にパラメータと称する。

本実施形態では、２つの方向性結合器１を基準にする。これらの２つの方向性結合器１は、請求の範囲に記載の第１の方向性結合器及び第３の方向性結合器に対応する。また、新たに設計する方向性結合器１は、請求の範囲に記載の第２の方向性結合器に対応する。請求の範囲の記載と整合させるために、以下でも、基準とする２つの方向性結合器１のことを第１の方向性結合器１及び第３の方向性結合器１と称し、新たに設計する方向性結合器１のことを第２の方向性結合器１と称する。

また、第１の方向性結合器１の突出量及び中心周波数のことを、それぞれ、第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数と称する。同様に、第３の方向性結合器１の突出量及び中心周波数のことを、それぞれ、第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数と称する。第２の方向性結合器１の突出量のことを第２の突出量と称し、第２の方向性結合器１の中心周波数が所望の値と一致するように第２の突出量を定める。

本実施形態において、第１の基準突出量は２００μｍであり、第２の基準突出量は３００μｍである。また、第２の方向性結合器１の所望の中心周波数を６５ＧＨｚとする。なお、本製造方法は、第１の基準突出量に対応する第１の基準中心周波数、並びに、第２の基準突出量に対応する第２の基準中心周波数が既知であることを前提としている。したがって、後述する工程Ｓ１１及び工程Ｓ１２は、何れも本製造方法において必須の工程ではない。

図３に示すように、本製造方法は、工程Ｓ１１及び工程Ｓ１２に加えて決定工程Ｓ１３を含んでいる。

工程Ｓ１１は、第１の方向性結合器１の突出量及び中心周波数を取得し、第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数として取得する工程である。本実施形態において第１の基準突出量は、上述のとおり２００μｍである。

第１の方向性結合器１の中心周波数は、（１）第１の方向性結合器１の１つのポート（本実施形態ではポートＰ１）における反射特性（Ｓ１１の周波数依存性）をシミュレーションあるいは測定により取得し、（２）得られた反射特性に基づきＳ１１が所定の値以下となる帯域を動作帯域として、その動作帯域の下限値と上限値との平均地を算出することにより得られる。その結果得られた中心周波数を第１の基準中心周波数とする。なお、本実施形態では、Ｓ１１が−１５ｄＢ以下となる帯域を動作帯域とする。

工程Ｓ１２は、第３の方向性結合器１の突出量及び中心周波数を取得し、第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数として取得する工程である。本実施形態において、第２の基準突出量は、上述のとおり３００μｍである。

第３の方向性結合器の中心周波数は、工程Ｓ１１の場合と同様に、第３の方向性結合器１の反射特性を取得し、その結果得られる動作帯域から算出することにより得られる。

過去の経験などに基づき第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数、並びに、第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数が既知である場合には、本製造方法において、工程Ｓ１１及び工程Ｓ１２を省略してもよい。

決定工程Ｓ１３は、第２の中心周波数が所望の中心周波数である６５ＧＨｚとなるように、第２の突出量を定める工程である。決定工程Ｓ１３において、第２の突出量は、突出量と中心周波数との相関関係に基づき定められる。突出量と中心周波数Ｐとの相関関係は、例えば、第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数、並びに、第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数を二次元の座標軸上にプロットすることにより得られる（図４参照）。

図４のグラフには、第１の方向性結合器１（Ｐ＝２００μｍ）及び第３の方向性結合器１（Ｐ＝３００μｍ）について得られた突出量と中心周波数とをプロットした。図４に示す破線は、これら２つのプロットを直線でフィッティングした結果を示す。図４によれば、方向性結合器１において突出量と中心周波数との間には、正の相関がある。したがって、図４に示した相関関係に基づき、第２の方向性結合器１の中心周波数が所望の値に一致するように第２の突出量を定めることができる。具体的には、第２の中心周波数を６３ＧＨｚとしたい場合、第２の突出量を２４６μｍに定めればよい。

（本製造方法の効果）
本製造方法によれば、突出量と中心周波数との相関関係に基づき第２の方向性結合器１の中心周波数が所望の値に一致するように、第２の突出量を定めることができる。したがって、本製造方法は、２つの導波路２１及び導波路２２の高さｈ及び幅Ｗを変更することなく、動作帯域の中心周波数が所望の値に一致するよう、第２の方向性結合器１を設計することができる。

また、本製造方法によれば、突出量と中心周波数との相関関係に基づき、第２の突出量を定めることができる。したがって、後述する変形例の製造方法と比較して、第２の方向性結合器１の中心周波数を所望の値に一致させるときの精度を高めることができる。

また、本製造方法において、第１の方向性結合器１、第２の方向性結合器１、及び第３の方向性結合器１の各々は、突出量のみが異なるように構成されている。

方向性結合器１を構成するパラメータであって、高さｈ及び幅Ｗ以外のパラメータとしては、開口１２の幅Ｗ_ａや、突出部１３ｂ，１４ｂの長さＬなどが上げられる。本製造方法においては、これら幅Ｗ_ａや、長さＬなどのパラメータを変更しない。したがって、本製造方法によって定めた第２の突出量を有する第２の方向性結合器１の動作帯域を検証するためにシミュレーションを実施する場合に、そのシミュレーションを容易に実行できる。このように、第２の突出量を容易に検証することができるため、本製造方法を用いることによって、第２の突出量を容易に最適化することができる。

また、本製造方法において、第１の方向性結合器１の突出量、第２の方向性結合器１の突出量、及び第３の方向性結合器１の突出量の各々は、何れも、ポスト壁１１の厚さよりも大きいことが好ましい。本実施形態において、第１の方向性結合器１の突出量、第２の方向性結合器１の突出量、及び第３の方向性結合器１の突出量の各々は、何れも２００μｍ以上３００μｍ以下の範囲に含まれており、ポスト壁１１の厚さは、１００μｍである。この構成によれば、より高周波側へ移動した第２の中心周波数を得ることができる。すなわち、より高い動作帯域を有する方向性結合器１を得ることができる。

（製造方法の変形例）

上述した製造方法においては、基準とする方向性結合器１を２つ用いた。しかし、基準とする方向性結合器１の数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

上述した製造方法の変形例として、基準とする方向性結合器の数が１つである場合の製造方法について説明する。本変形例の製造方法は、基準となる第１の方向性結合器１の突出量及び中心周波数を基準突出量及び基準中心周波数として用い、所望の中心周波数を有する第２の方向性結合器の突出量を定める決定工程を含む。

決定工程は、第２の方向性結合器１の所望の中心周波数が基準中心周波数よりも高い場合に、第２の方向性結合器１の突出量を基準突出量を上回るように定め、所望の中心周波数が基準中心周波数よりも低い場合に、第２の方向性結合器１の突出量を基準突出量を下回るように定める。

図４に示したように、方向性結合器１において、突出量と中心周波数との間には正の相関があることが分かっている。したがって、上記の決定工程によれば、動作帯域の中心周波数が所望の値に一致するよう、第２の方向性結合器１を設計することができる。

本変形例によれば、図３に示した製造方法と比較して、より容易に第２の方向性結合器１の突出量を定めることができる。

なお、基準とする方向性結合器１の数を３つ以上とする場合には、各方向性結合器１の突出量及び中心周波数を基準突出量及び基準中心周波数として取得したうえで、図４に示した相関関係上に追加してプロットすればよい。

〔実施例〕
図３に示した製造方法の実施例について、図５〜図６を参照して説明する。図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の製造方法において用いた方向性結合器１の反射特性を示すグラフである。図５の（ａ）は、突出量Ｐ＝２００μｍである方向性結合器１の反射特性を示し、図５の（ｂ）は、突出量Ｐ＝３００μｍである方向性結合器１の反射特性を示す。これらの反射特性は、シミュレーションにより得た物である。なお、本実施例では、突出部１３ｂ，１４ｂの長さＬがＬ＝６．０ｍｍ，９．４ｍｍ，１３．０ｍｍの３つの場合について実施した。図６は、本実施例の製造方法において用いた、方向性結合器１の中心周波数と突出量との相関関係を示すグラフである。

本実施例の方向性結合器１は、図１及び図２に示した方向性結合器１の各パラメータを以下のように定めたものである。
・幅ＷとしてＷ＝１．９４ｍｍを採用した。
・高さｈとしてｈ＝０．５ｍｍを採用した。
・基板２を構成する誘電体の比誘電率として３．８２３を採用した。
・幅Ｗ_ａとしてＷ_ａ＝２．８５ｍｍを採用した。
・長さＬとしてＬ＝６．０ｍｍ，９．４ｍｍ，１３．０ｍｍを採用した。
・突出量としてＰ＝２００μｍ，３００μｍを採用した。
・ポスト壁１１の厚さとして１００μｍを採用した。
なお、このように構成した方向性結合器１における管内波長λ_ｇは６０ＧＨｚにおいて３．４ｍｍである。

図５の（ａ）によれば、Ｐ＝２００μｍである方向性結合器１の動作帯域は、Ｌ＝６．０ｍｍの場合に５３．８ＧＨｚ以上６６．８ＧＨｚ以下であり、Ｌ＝９．４ｍｍの場合に、５６．６ＧＨｚ以上６６．７ＧＨｚ以下であり、Ｌ＝１３．０ｍｍの場合、５７．７ＧＨｚ以上６６．６ＧＨｚ以下であることが分かった。したがって、Ｐ＝２００μｍである方向性結合器１の動作帯域の中心周波数は、Ｌ＝６．０ｍｍの場合に６０．３ＧＨｚであり、Ｌ＝９．４ｍｍの場合に６１．７ＧＨｚであり、Ｌ＝１３．０ｍｍの場合に６２．２ＧＨｚであることが分かった。

図５の（ｂ）によれば、Ｐ＝３００μｍである方向性結合器１の動作帯域は、Ｌ＝６．０ｍｍの場合に５６．０ＧＨｚ以上７０．３ＧＨｚ以下であり、Ｌ＝９．４ｍｍの場合に、５８．８ＧＨｚ以上７０．３ＧＨｚ以下であり、Ｌ＝１３．０ｍｍの場合、５９．８ＧＨｚ以上７０．５ＧＨｚ以下であることが分かった。したがって、Ｐ＝３００μｍである方向性結合器１の動作帯域の中心周波数は、Ｌ＝６．０ｍｍの場合に６３．２ＧＨｚであり、Ｌ＝９．４ｍｍの場合に６４．６ＧＨｚであり、Ｌ＝１３．０ｍｍの場合に６５．２ＧＨｚであることが分かった。

これらの結果に基づき得られた中心周波数と突出量との相関関係が図６である。図６に基づけば、長さＬ＝６．０ｍｍ，９．４ｍｍ，１３．０ｍｍの何れの場合であっても、中心周波数と突出量との間には正の相関があることが分かった。

例えば、第２の周波数が６３ＧＨｚである第２の方向性結合器１を得たい場合には、Ｌ＝６．０ｍｍの方向性結合器１であれば第２の突出量をＰ＝２９３μｍと定めればよいし、Ｌ＝９．４ｍの方向性結合器１であれば第２の突出量をＰ＝２４６μｍと定めればよいし、Ｌ＝１３．０ｍｍの方向性結合器１であれば第２の突出量をＰ＝２２８μｍと定めればよい。

以上のように、本製造方法を用いることによって、導波路２１，２２の高さｈ及び幅Ｗを変更することなく、方向性結合器１の中心周波数を変更可能なことが分かった。

（方向性結合器の変形例）

図１，図２に示した方向性結合器１の変形例について図７を参照して説明する。図７は、本変形例である方向性結合器１０１の斜視図である。方向性結合器１は、ポスト壁導波路の技術を用いて実現されていたが、上述した製造方法を用いて製造する方向性結合器は、導波管の技術を用いて実現されるものであってもよい。本変形例の方向性結合器１０１は、方向性結合器が備えている２つの導波路として金属製の導波管を採用したものである。

図７に示すように、方向性結合器１０１は、２つの矩形導波路である導波管１２１と導波管１２２とを備えている。導波管１２１は、方向性結合器１の導波路２１に対応し、請求の範囲に記載の第１の矩形導波路である。導波管１２２は、方向性結合器１の導波路２２に対応し、請求の範囲に記載の第２の矩形導波路である。

導波管１２１は、広壁１０３ａと、広壁１０４ａと、狭壁１１１と、狭壁１１３とにより四方を囲まれている。広壁１０３ａと広壁１０４ａとは一対の広壁であり、狭壁１１１と狭壁１１３とは一対の狭壁である。

導波管１２２は、広壁１０３ｂと、広壁１０４ｂと、狭壁１１１と、狭壁１１４とにより四方を囲まれている。広壁１０３ｂと広壁１０４ｂとは一対の広壁であり、狭壁１１１と狭壁１１４とは一対の狭壁である。

導波管１２１及び導波管１２２は、第１の狭壁である狭壁１１１を共有している。また、狭壁１１１には開口１１２が形成されている。

導波管１２１は、第２の狭壁である狭壁１１３が狭壁１１１及び開口１１２に向かって突出量Ｐ_１だけ突出した突出部１１３ｂを有する。すなわち、突出部１１３ｂは、第１部分１１３ａ及び第２部分１１３ｃより狭壁１１１側に突出している。

導波管１２２は、第２の狭壁である狭壁１１４が狭壁１１１及び開口１１２に向かって突出量Ｐ_２だけ突出した突出部１１４ｂを有する。すなわち、突出部１１４ｂは、第１部分１１４ａ及び第２部分１１４ｃより狭壁１１１側に突出している。

以上のように構成された方向性結合器１０１において、導波管１２１及び導波管１２２のｙ軸正方向側の端部及びｙ軸負方向側の端部は、開放されている。この開放された端部は、それぞれ方向性結合器１０１の入出力ポートであるポートＰ１０１〜Ｐ１０４として機能する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１，１０１方向性結合器（第１〜第３の方向性結合器）
２基板
３，４導体板（一部が広壁を構成）
１１ポスト壁（第１の狭壁）
１１ｉ導体ポスト
１２開口
１３，１４ポスト壁（第２の狭壁）
１３ｂ，１４ｂ突出部
１３ｉ，１４ｉ導体ポスト
２１導波路（第１の矩形導波路）
２２導波路（第２の矩形導波路）
１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ広壁
１１１狭壁（第１の狭壁）
１１３，１１４狭壁（第２の狭壁）
１２１導波管（第１の矩形導波路）
１２２導波管（第２の矩形導波路）

Claims

開口が形成された第１の狭壁を共有する第１の矩形導波路及び第２の矩形導波路を備え、前記第１の矩形導波路及び前記第２の矩形導波路の各々は、第２の狭壁が前記第１の狭壁及び前記開口に向かって所定の突出量だけ突出した突出部を有する方向性結合器の製造方法であって、
第１の方向性結合器の突出量及び中心周波数を基準突出量及び基準中心周波数として用い、所望の中心周波数を有する第２の方向性結合器の突出量を定める決定工程を含み、
前記所望の中心周波数が前記基準中心周波数よりも高い場合に、前記第２の方向性結合器の突出量を前記基準突出量を上回るように定め、
前記所望の中心周波数が前記基準中心周波数よりも低い場合に、前記第２の方向性結合器の突出量を前記基準突出量を下回るように定める、
ことを特徴とする方向性結合器の製造方法。
前記決定工程は、前記第１の方向性結合器の前記突出量及び前記中心周波数を第１の基準突出量及び第１の基準中心周波数とし、且つ、第３の方向性結合器の突出量及び中心周波数を第２の基準突出量及び第２の基準中心周波数として用い、
前記第１の基準突出量及び前記第１の基準中心周波数、並びに、前記第２の基準突出量及び前記第２の基準中心周波数によって定められる突出量と中心周波数との相関関係に基づき前記所望の中心周波数に対応する前記第２の方向性結合器の突出量を定める、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器の製造方法。
前記第１の方向性結合器、前記第２の方向性結合器、及び前記第３の方向性結合器の各々は、前記突出量のみが異なるように構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の方向性結合器の製造方法。
前記第１の方向性結合器の前記突出量、前記第２の方向性結合器の前記突出量、及び前記第３の方向性結合器の前記突出量の各々は、何れも、前記第１の狭壁の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項３に記載の方向性結合器の製造方法。