JP3955490B2 - 導波路構造体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミリ波帯、サブミリ波帯で信号を伝送する導波路構造体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図15は、“A Photonic Crystal Joint(PCJ)for Metal Waveguides,” Jeffrey Hesler, IEEE MTT−S Digest,pp.783−786, 2001.に示されたマイクロ波導波路の断面図であり、図16は同じくマイクロ波導波路の分解図である。図において、1a,1bは金属ブロック、2は溝、3はフォトニックバンドギャップを形成するための突起物である。
【0003】
金属ブロック1aは特に加工が施されていない直方体の金属ブロックである。金属ブロック1bには溝2が設けられており、金属ブロック1aと張り合わせることで溝2の部分が導波路を形成する。
【0004】
金属ブロック1bの金属ブロック1aとの張り合わせ面に施された2次元的かつ周期的な突起物3は、ある範囲の周波数以上の電磁波を遮断するフォトニックバンドギャップを形成している。このため、導波路となった溝2の中を伝搬する電磁波は、金属ブロック1aと金属ブロック1bの張り合わせ面の隙間から漏れて損失となることが防止される。なお、金属ブロック1bの表面に、突起物3の代わりに、穴を設けても同様な機能を持つフォトニックバンドギャップを形成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導波路構造体は以上のように構成されているので、マイクロ波の波長は数cmであるのでフォトニックバンドギャップの加工は容易であるのに対し、ミリ波帯、サブミリ波帯の波長は数mm〜数百μmと短いため、フォトニックバンドギャップを形成するためには、機械加工上、より高い精度が要求されるという課題があった。
【0006】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ミリ波帯、サブミリ波帯の信号が低損失で伝送され、従来よりも精度の低い機械加工で製造可能な導波路構造体を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る導波路構造体は、導電性を有した第1のブロックおよび第2のブロックから構成され、第1のブロックおよび第2のブロックは、両ブロックに形成され、両ブロックを張り合わせることにより中央部に導波路を形成する溝と、溝に平行に両ブロックの両縁部に設けられ、両ブロックを張り合わせた時に相手方のブロックと接触する一対の接触部と、両ブロックを張り合わせた時に接触部および溝との間に空間を形成する一対の隙間領域と、両ブロックに形成され、所定の形状を有し、隙間領域に2次元的かつ周期的に配置され、かつ両ブロックを張り合わせた時に対向する相手方との間に隙間が形成されるように一定の高さに形成された複数の凸状部または凹状部とを備えたものである。
【0008】
この発明に係る導波路構造体は、溝の底面と、凸状部の底面が同一平面上に位置するよう構成したものである。
【0009】
この発明に係る導波路構造体は、複数の凸状部がハニカム状に配置されたものである。
【0010】
この発明に係る導波路構造体は、第1のブロックおよび第2のブロックは、誘電体ブロックを、金属メッキで覆うことにより形成したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による導波路構造体を示す分解図である。図において、1a,1bは金属ブロック(第1のブロック、第2のブロック)、2は溝、3は四角柱状の突起物(凸状部)、4は金属ブロック1aおよび金属ブロック1bの周縁突起物(接触部)である。
【0012】
図2はこの発明の実施の形態1による導波路構造体の構造を示した説明図である。図2(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図2(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図2(c)は図2(a)のx−y方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図2(c)において、5は金属ブロック1aと金属ブロック1bの張り合わせ面に形成される隙間(隙間領域)である。また、図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0013】
金属ブロック1aと金属ブロック1bは、互いの溝2を対向させ、周縁突起物4の表面でのみ、お互いが接触するように張り合わせる。これにより、対向させた溝2で構成される空洞が導波路となる。
【0014】
金属ブロック1aおよび金属ブロック1bの張り合わせ面に設けられた突起物3は、2次元的かつ周期的に配置されており、ある周波数帯の電磁波を遮断するフォトニックバンドギャップを形成しているので、導波路中を伝搬する電磁波の漏洩を防ぐことができる。実施の形態1では、張り合わせ面を導波管の中で最も電気的エネルギーが大きい面に設けるようにしているので、電磁波の電気的なエネルギーロスを抑制することが可能である。
【0015】
金属ブロック1aと金属ブロック1bの張り合わせ面に隙間5が設けられた場合でも、突起物3の配置方法と形状を最適化することで、導波路を伝搬する電磁波のエネルギーロスを抑制することが可能である。実施の形態1のように、張り合わせ面を全体的に非接触とする方式では、非接触と仮定した部分が組み立て後に接触してしまう可能性が小さく、加工や組み立てに要求される精度を低減できる。
【0016】
以上のように、この実施の形態1によれば、それぞれが導波路を構成する溝2とフォトニックバンドギャップを形成する突起物3を設けた金属ブロック1aおよび金属ブロック1bを張り合わせて導波路構造体を形成し、両金属ブロック1a,1bは、周縁突起物4でのみ接触させ、突起物3が配置された領域には隙間5が出来るように構成したので、ミリ波帯、サブミリ波帯の短い波長の信号の損失が低減され、従来よりも精度の高さを要しない機械加工で導波路構造体を製造出来るという効果が得られる。
【0017】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0018】
図4はこの発明の実施の形態2による導波路構造体の構造を示した説明図である。図4(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図4(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図4(c)は図4(a)のx−y方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0019】
ここでは、実施の形態1とは導波路が90度異なる関係にあり、金属ブロック1a、金属ブロック1bの張り合わせ面を導波路の磁気的エネルギーの最大面に設けたので、電磁波の磁気的なエネルギーロスが抑制され、従来よりも精度の高さを要しない機械加工で導波路構造体を製造出来るという効果が得られる。
【0020】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。図において、3aは円柱状の突起物(凸状部)である。
【0021】
図6はこの発明の実施の形態3による導波路構造体の構造を示した説明図である。図6(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図6(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図6(c)は図6(a)のx−y方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0022】
実施の形態3では、金属ブロック1a、金属ブロック1bの張り合わせ面に2次元的かつ周期的に配置された突起物3aは、四角柱ではなく円柱状に加工されている。このように、他の形状の突起物を設けても、突起物の形状の違いによって大きく性能が変化することはなく、実施の形態1と同様の効果が得られる。
【0023】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。図において、3bは突起物(凸状部)である。
【0024】
図8はこの発明の実施の形態4による導波路構造体の構造を示した説明図である。図8(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図8(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図8(c)は図8(a)のx−y方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0025】
実施の形態4では、金属ブロック1a、金属ブロック1bの張り合わせ面に設けた突起物3bの配置をハニカム状にしている。ハニカム状に格子を構成した場合、フォトニックバンドギャップを形成する面を60度回転させると回転させる前の形状と同一になる。実施の形態1,2,3のような突起物の場合、フォトニックバンドギャップを形成する面を90度回転させると、回転させる前の形状と同一になる。したがってハニカム状に突起物を設けた方がより多くの方向に対する電磁波の遮断効果が得られる。
【0026】
実施の形態5.
図9はこの発明の実施の形態5による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。図において、6は穴(凹状部)である。
【0027】
図10はこの発明の実施の形態5による導波路構造体の構造を示した説明図である。図10(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図10(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図10(c)は図10(a)のx−yの方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0028】
実施の形態5では、金属ブロック1a、金属ブロック1bの張り合わせ面に突起物を設ける代わりに、穴6を配置している。突起物によるフォトニックバンドギャップを用いた導波路構造体と、穴によるフォトニックバンドギャップを用いた導波路構造体の性能に大きな差はなく、より製造しやすい方法を用いて実施の形態1と同様の効果が得られる導波路構造体を作ることが可能である。
【0029】
実施の形態6.
図11はこの発明の実施の形態6による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。図において、3cは突起物(凸状部)である。
【0030】
図12はこの発明の実施の形態6による導波路構造体の構造を示した説明図である。図12(a)は金属ブロック1aの張り合わせ面を見た平面図、図12(b)は金属ブロック1aに設けた突起物の拡大図、図12(c)は図12(a)のx−y方向から見た、金属ブロック1aと金属ブロック1bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0031】
実施の形態1では、溝2の底面と突起物3の底面の深さが異なっているが、実施の形態6では、溝2の底面と突起物3cの底面が同一平面上に位置する。これにより、実施の形態1と比較して機械加工がさらに容易になる。
【0032】
以上のように、この実施の形態6によれば、金属ブロック1aおよび1bに設けた溝2と突起物3cの底面が同一平面上に位置するように構成したので、ミリ波帯、サブミリ波帯の短い波長の信号の損失を低減出来る導波路構造体の製造において、機械加工上の容易性がさらに増すという効果が得られる。
【0033】
実施の形態7.
図13はこの発明の実施の形態7による導波路構造体を示す分解図である。実施の形態1の図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。図において、7a,7bは、シリコンなどをエッチングした誘電体を金属で覆ったブロック(第1のブロック、第2のブロック)である。
【0034】
図14はこの発明の実施の形態6による導波路構造体の構造を示した説明図である。図14(a)は金属ブロック7aの張り合わせ面を見た平面図、図14(b)は金属ブロック7aに設けた突起物の拡大図、図14(c)は図14(a)のx−y方向から見た、金属ブロック7aと金属ブロック7bとを張り合わせた状態を示す断面図である。図1と同一の符号は同じ構成要素を表している。
【0035】
実施の形態1のように金属ブロックを加工する場合は、突起物によるフォトニックバンドギャップを形成する方が加工しやすい。穴によるフォトニックバンドギャップを形成する場合には、実施の形態7のようにエッチングにより凹凸を設けたシリコン基板を用いるほうが、加工が容易である。
【0036】
以上のように、この実施の形態7によれば、シリコンなどをエッチングした誘電体を金属で覆ったブロックを使用したことにより、穴を設ける加工が容易になるという効果が得られる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、導電性を有した第1のブロックおよび第2のブロックから構成され、第1のブロックおよび第2のブロックは、両ブロックに形成され、両ブロックを張り合わせることにより中央部に導波路構造体を形成する溝と、溝に平行に両ブロックの両縁部に設けられ、両ブロックを張り合わせた時に相手方のブロックと接触する一対の接触部と、両ブロックを張り合わせた時に接触部および溝との間に空間を形成する一対の隙間領域と、両ブロックに形成され、所定の形状を有し、隙間領域に2次元的かつ周期的に配置され、かつ両ブロックを張り合わせた時に対向する相手方との間に隙間が形成されるように一定の高さに形成された複数の凸状部または凹状部とを備えるようにしたので、ミリ波帯、サブミリ波帯の信号が低損失で伝送され、従来よりも精度の低い機械加工で製造可能な導波路構造体を得られるという効果がある。
【0038】
この発明によれば、溝の底面と、凸状部の底面が同一平面上に位置するよう構成したので、ミリ波帯、サブミリ波帯の信号を低損失で伝送する導波路構造体を、さらに容易な機械加工で得られるという効果がある。
【0039】
この発明によれば、複数の凸状部がハニカム状に配置されるようにしたので、より多くの方向に対する電磁波の遮断効果がある導波路構造体を得ることが可能である。
【0040】
この発明によれば、第1のブロックおよび第2のブロックは、誘電体ブロックを、金属メッキで覆うことにより形成したので、ミリ波帯、サブミリ波帯の信号を低損失で伝送する導波路構造体のフォトニックバンドギャップの形成において、穴を設ける加工が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による導波路構造体を示す分解図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による導波路構造体を示す分解図である。
【図4】 この発明の実施の形態2による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図5】 この発明の実施の形態3による導波路構造体を示す分解図である。
【図6】 この発明の実施の形態3による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図7】 この発明の実施の形態4による導波路構造体を示す分解図である。
【図8】 この発明の実施の形態4による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図9】 この発明の実施の形態5による導波路構造体を示す分解図である。
【図10】 この発明の実施の形態5による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図11】 この発明の実施の形態6による導波路構造体を示す分解図である。
【図12】 この発明の実施の形態6による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図13】 この発明の実施の形態7による導波路構造体を示す分解図である。
【図14】 この発明の実施の形態7による導波路構造体の構造を示した説明図である。
【図15】 従来の導波路を示す断面図である。
【図16】 従来の導波路を示す分解図である。
【符号の説明】
1a,1b 金属ブロック(第1のブロック、第2のブロック)、2 溝、3,3a,3b,3c 突起物(凸状部)、4 周縁突起物(接触部)、5 隙間(隙間領域)、6 穴(凹状部)、7a,7b 誘電体を金属で覆ったブロック(第1のブロック、第2のブロック)。
Claims (4)
- 導電性を有した第1のブロックおよび第2のブロックから構成され、
上記第1のブロックおよび上記第2のブロックは、
両ブロックに形成され、両ブロックを張り合わせることにより中央部に導波路を形成する溝と、
上記溝に平行に両ブロックの両縁部に設けられ、両ブロックを張り合わせた時に相手方のブロックと接触する一対の接触部と、
両ブロックを張り合わせた時に、上記接触部および上記溝との間に空間を形成する一対の隙間領域と、
両ブロックに形成され、所定の形状を有し、上記隙間領域に2次元的かつ周期的に配置され、かつ両ブロックを張り合わせた時に対向する相手方との間に隙間が形成されるように一定の高さに形成された複数の凸状部または凹状部とを備えたことを特徴とする導波路構造体。 - 溝の底面と、凸状部の底面が同一平面上に位置するよう構成したことを特徴とする請求項1記載の導波路構造体。
- 複数の凸状部がハニカム状に配置されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の導波路構造体。
- 第1のブロックおよび第2のブロックは、誘電体ブロックを、金属メッキで覆うことにより形成したことを特徴とする請求項1記載の導波路構造体。
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