JP5184562B2

JP5184562B2 - フィンライン型導波管構造、偏波分離器およびフィンライン型導波管構造の製造方法

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Publication number: JP5184562B2
Application number: JP2010021511A
Authority: JP
Inventors: 淳竹内; 明彦枚田; 直哉久々津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011160293A

Description

本発明は、フィンライン型導波管構造、偏波分離器およびフィンライン型導波管構造の製造方法に関するものである。

単方向通信や双方向通信の伝送容量増を実現する偏波多重方式では、水平偏波と垂直偏波を分離し異なるポートに出力する偏波分離器が必要となる。

図１７（ａ）は、従来の偏波分離器の構造を示す断面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の符号Ｍで示す部分の拡大図である。

同図の偏波分離器は、フィンライン型導波管構造を有するものであり、フィン体（フィン１０、２０）を導波管用の溝が形成された金属ブロック１、２で挟み込んだ構成である。例えば、水平偏波はフィン間に閉じ込められ、垂直偏波に対して分離される。

IEEE microwave magazine Volume: 7 Issue: 6 Date: Dec. 2006 Page(s): 74-84, Low-noise 6-8 GHz receiver, Pandian, J.D, Baker, L, Cortes, G, Goldsmith, P.F, Deshpande, A.A, Ganesan, R, Hagen, J, Locke, L, Wadefalk, N, Weinreb, S IRE Transactions on microwave theory and techniques Date:October.1956 Page(s): 263-267 Recent Advances in Finline Circuits Sloan D. Robertson

ところで、図１７（ｂ）に示すように各フィンの位置が互いにずれることがある。偏波分離器を組み立てる時にフィンへ不用意な外力が加わったことや、偏波分離器を装置へ組み込む時などに偏波分離器に衝撃が加わったことで、フィンが曲がり、各フィンの位置が互いにずれるのである。

この位置ずれにより、従来の偏波分離器にあっては、水平偏波をフィン間に閉じ込める効果が低下し、分離特性（アイソレーション）が悪化する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィンライン型導波管構造を有する導波管部品の特性を向上させる技術を提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明に係るフィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、前記フィン体は金属パターンであり、前記フィンライン型導波管構造は、前記フィン体が設けられているフィルムと、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とする。

第２の本発明に係るフィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、前記フィン体は金属パターンであり、且つ、前記フィン体が２つ設けられ、前記フィンライン型導波管構造は、前記２つのフィン体に挟まれるフィルムと、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とする。

第３の本発明に係るフィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、前記フィン体は金属パターンであり、前記フィンライン型導波管構造は、前記金属パターンを挟む２つのフィルムと、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とする。

例えば、偏波分離器に上記のフィンライン型導波管構造を備えることを特徴とする。

第４の本発明に係るフィンライン型導波管構造の製造方法は、フィンライン型導波管構造の製造方法であって、前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、前記製造方法は、前記フィン体である金属パターンを前記フィルムに設ける工程と、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とする。

第５の本発明に係るフィンライン型導波管構造の製造方法は、フィンライン型導波管構造の製造方法であって、前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、前記製造方法は、２つの前記フィン体である２つの金属パターンで前記フィルムを挟む工程と、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とする。

第６の本発明に係るフィンライン型導波管構造の製造方法は、フィンライン型導波管構造の製造方法であって、前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、前記製造方法は、前記フィン体である金属パターンを２つの前記フィルムで挟む工程と、前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とする。

本発明によれば、フィン体を金属パターンとし、フィルムにフィン体を設けるまたは、フィルムでフィン体を挟むまたは、フィン体をフィルムで挟むことで、フィルムによりフィンの位置ズレが防止され、特性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第１段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第２段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第３段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第４段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第５段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第６段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る偏波分離器の製造方法の第７段階を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態の変形例に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す断面図である。従来の偏波分離器の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各実施の形態において同等の機能を有する部材には同一符号を付与し、重複説明を適宜省略する。

［第１の実施の形態］
図１、２は、本発明の第１の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す図である。図１は、図２のＢＢ線で示す面を矢印の方向に見た平面図である。図２は、図１のＡＡ線で示す面を見た断面図である。以下、かかる偏波分離器を単に偏波分離器という。偏波分離器は、金属ブロック１、２と、フィン１０、２０（フィン体と総称する）と、フィルムＵ、Ｌと、複数のピンＰを備える。フィンは電気的抵抗を有する金属板などである。

偏波分離器は、フィンライン型導波管構造を有するものであり、フィン１０、２０と、フィルムＵ、Ｌと、複数のピンＰとからなるものを導波管用の溝が形成された金属ブロック１、２で挟み込んだ構成である。

フィン１０、２０は、それぞれ金属パターンである。フィン１０、２０からなるフィン体はフィルムＵ、Ｌに挟まれ、フィルムによりフィンの位置ズレが防止される。

フィン１０とフィン２０の間の箇所には、最も強い電界が発生するので、その箇所にフィルムが存在しない領域が生じて誘電率が不均一になると、伝播特性が劣化する可能性がある。

そこで、フィルムには流動性の高い材質を用い、そのフィルムでフィン１０、２０を強く挟むことで、フィン１０、２０の間の空隙にフィルムの材料を流れ込ませ、その結果、図２に示すように、フィン１０、２０の間において、フィルムが存在しない領域が生じないようにするのが好ましい。

フィルムＵ、Ｌに挟まれることで、フィン体とフィルムは一体化され、これらを１部品として扱うことができる。よって、フィンを不用意に落下させ、フィンが曲げるというような事故の防止を図ることができる。

フィルムは、例えば、低誘電率（例えば、比誘電率３以下）、且つ、低ｔａｎδ（例えば、０．００１以下）の誘電体である。フィルムは、例えば、ポリイミド系の５０μｍの厚さのものである。後述する他のフィルムも同様である。

各ピンＰは、金属であり、フィルムＵ、Ｌにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される。各ピンＰの上端は金属ブロック２に接し、各ピンＰの下端は金属ブロック１に接している。

図１において、符号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示す導波管内部の空間をそれぞれポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３という。各ポートの幅は、ミリ波を扱う場合、数ミリメートルである。後述する他の実施の形態でも同様である。

次に、偏波分離器の作用を説明する。

図１のポートＰ１には、方向Ｈの電界を有する水平偏波と方向Ｈに垂直な電界を有する垂直偏波とを含むミリ波などが導入される。垂直偏波は、フィン１０、２０を透過し、ポートＰ２へ伝播される。一方、水平偏波は、フィン１０、２０の間の隙間に閉じ込められ、ポートＰ３へ伝播される。フィルムによりフィンの位置ズレが防止されるので、水平偏波は、フィン１０、２０の間の隙間に確実に閉じ込められ、ポートＰ３へ伝播される。したがって、分離特性を向上させることができる。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る偏波分離器のフィンライン型導波管構造によれば、フィン体は金属パターンであり、金属パターンを挟む２つのフィルムを備えることで、フィンの位置ズレが防止され、分離特性を向上させることができる。

また、フィルムＵ、Ｌにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される金属のピンＰを備えることで、フィルムを介して外部に漏れようとする電波がピンで反射し、かかる漏れが防止されるので、分離特性の低下を防止することができる。なお、かかる作用に鑑み、ピンの位置は導波管内部に近いのが好ましい。

なお、図３に示すように、ピンＰは、フィン１０、２０がない箇所に設けてもよい。ピンの位置は導波管内部に近いのが好ましいので、例えば、フィン１０、２０を導波管内部に設け、ピンをフィン１０、２０の近くに設けることで、ピンの位置を導波管内部に近くできる。

［第２の実施の形態］
図４、５は、本発明の第２の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す図である。図４は、図５のＤＤ線で示す面を矢印の方向に見た平面図である。図５は、図４のＣＣ線で示す面を見た断面図である。以下、かかる偏波分離器を単に偏波分離器という。

偏波分離器は、金属ブロック１、２と、フィン１０、２０（フィン体と総称する）と、フィルムＵ、Ｌと、金属板１０１、１０２、１０３を備える。

偏波分離器は、フィン１０、２０と、フィルムＵ、Ｌと、金属板１０１、１０２、１０３とからなるものを金属ブロック１、２で挟み込んだ構成である。

フィン１０、２０からなるフィン体はフィルムＵ、Ｌに挟まれ、フィルムによりフィンの位置ズレが防止される。

また、フィン体とフィルムは一体化され、これらを１部品として扱うことができる。よって、フィンを不用意に落下させ、フィンが曲げるというような事故の防止を図ることができる。

なお、第１の実施の形態と同様に、フィン１０、２０の間において、フィルムが存在しない領域が生じないようにするのがが好ましい。

各金属板は、フィルムＵ、Ｌにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される。

各金属板の厚さは、フィンとフィルムの厚さに等しく、フィンとフィルムと金属板とで、１つの平板形状が構成される。

金属板１０１は、フィン１０の外周の一部分に接するように配置されている。金属板１０２は、フィン１０の外周の他の一部分に接するように配置されている。金属板１０３は、フィン２０の外周の一部分に接するように配置されている。

偏波分離器の作用は、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る偏波分離器のフィンライン型導波管構造によれば、第１の実施の形態と同様に、フィンの位置ズレが防止され、分離特性を向上させることができる。

また、フィルムＵ、Ｌにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される金属板１０１、１０２、１０３を備えることで、第１の実施の形態のピンＰの作用と同様に、フィルムを介して外部に電波が漏れるのが防止されるので、分離特性の低下を防止することができる。なお、かかる作用に鑑み、金属板の位置は導波管内部に近いのが好ましい。

第１、第２の実施の形態における２つのフィルムに関しては、例えば、その一方だけを設けるようにしてもよいが、両方を設けた方が好ましい。両方のフィルムを設けることで、導波管内部を構造的に対称にできる。フィルムは導波管内部の伝播特性に影響を与える誘電体などであるが、導波管内部が構造的に対称ならば、分離特性への影響を少なくできる。

［第３の実施の形態］
図６、７は、本発明の第２の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す図である。図６は、図７のＦＦ線で示す面を矢印の方向に見た平面図である。図７は、図６のＥＥ線で示す面を見た断面図である。以下、かかる偏波分離器を単に偏波分離器という。

偏波分離器は、金属ブロック１、２と、フィン１０Ｕ、２０Ｕ（フィン体と総称する）、１０Ｌ、２０Ｌ（フィン体と総称する）と、フィルムＦと、複数のピンＰとを備える。

偏波分離器は、２つのフィン体と、フィルムＦと、複数のピンＰとからなるものを金属ブロック１、２で挟み込んだ構成である。

フィルムＦは、２つのフィン体に挟まれ、フィルムによりフィンの位置ズレが防止される。

各ピンＰは、金属であり、フィルムＦにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される。各ピンＰは、一方のフィン体の一方のフィン、フィルム、他方のフィン体の一方のフィンを貫き、上端は金属ブロック２に接し、各ピンＰの下端は金属ブロック１に接している。

次に、偏波分離器の製造方法を説明する。

図８に示すように、まず、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）膜を形成した基板１００の上に、金属蒸着、スパッタリング、エッチングなどの半導体露光プロセスにより、金属パターンであるフィン１０Ｌ、２０Ｌを形成する。フィンの厚さは、偏波分離器に導入される電波の周波数における表皮効果が問題とならないような厚さであることが好ましい。フィンの厚さは、ミリ波の場合、ナノメートルのオーダーである。

図９に示すように、次に、フィン１０Ｌ、２０Ｌを形成した基板１００の上に、フィルムＦを設ける。例えば、基板１００の上にフィルムを圧着し熱処理する。

図１０に示すように、次に、フィルムＦの上に、フィン１０Ｌ、２０Ｌと同じ大きさ形状のフィン１０Ｕ、２０Ｕをずれないように形成する。

図１１に示すように、次に、ピンＰ用の孔を、例えば、３００μｍ間隔で設け、孔を金属のピンＰで埋める。

図１２に示すように、次に、基板１００をダイシングなどにより取り除き、フィン１０Ｌ、２０Ｌなどに残ったＳｉＯ２（二酸化シリコン）をフッ酸で除去する。

こうして、フィン体とフィルムは一体化される。

図１３に示すように、次に、一体化されたフィンとフィルムを金属ブロック１に載置する。

図７に示すように、次に、一体化されたフィンとフィルムに金属ブロック２を載置する。こうして、偏波分離器が完成する。

偏波分離器の作用は、第１の実施の形態などと同様なので、説明を省略する。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る偏波分離器のフィンライン型導波管構造によれば、フィン体は金属パターンであり、金属パターンにより挟まれるフィルムを備えることで、フィンの位置ズレが防止され、分離特性を向上させることができる。

また、フィルムＦにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される金属のピンＰを備えることで、第１の実施の形態のピンＰの作用と同様に、フィルムを介して外部に電波が漏れるのが防止されるので、分離特性の低下を防止することができる。なお、かかる作用に鑑み、ピンＰの位置は導波管内部に近いのが好ましい。

なお、図１４に示すように、ピンＰは、フィン１０、２０がない箇所に設けてもよい。ピンの位置は導波管内部に近いのが好ましいので、例えば、フィン１０、２０を導波管内部に設け、ピンをフィン１０、２０の近くに設けることで、ピンの位置を導波管内部に近くできる。

［第４の実施の形態］
図１５、１６は、本発明の第４の実施の形態に係る偏波分離器の概略的な構造を示す図である。図１５は、図１６のＨＨ線で示す面を矢印の方向に見た平面図である。図１６は、図１５のＧＧ線で示す面を見た断面図である。以下、かかる偏波分離器を単に偏波分離器という。

偏波分離器は、金属ブロック１、２と、フィン１０Ｕ、２０Ｕ（フィン体と総称する）、１０Ｌ、２０Ｌ（フィン体と総称する）と、フィルムＦと、金属板１０１、１０２、１０３とを備える。

偏波分離器は、各フィン体と、フィルムＵ、Ｌと、金属板１０１、１０２、１０３とからなるものを金属ブロック１、２で挟み込んだ構成である。

各金属板は、フィルムＦにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される。

金属板１０１は、フィルムの外周の一部分に接するように配置されている。金属板１０２は、フィルムの外周の他の一部分に接するように配置されている。金属板１０３は、フィルムの外周の一部分に接するように配置されている。

以上説明したように、第４の実施の形態に係る偏波分離器のフィンライン型導波管構造によれば、第３の実施の形態と同様に、フィンの位置ズレが防止され、分離特性を向上させることができる。

また、フィルムＦにおける導波管内部の部分を取り囲むように配置される金属板１０１、１０２、１０３を備えることで、第２の実施の形態の各金属板の作用と同様に、フィルムを介して外部に電波が漏れるのが防止されるので、分離特性の低下を防止することができる。なお、かかる作用に鑑み、金属板の位置は導波管内部に近いのが好ましい。

第３、第４の実施の形態における２つのフィン体に関しては、例えば、その一方だけを設けるようにしてもよいが、両方を設けた方が好ましい。両方のフィン体を設けることで、導波管内部を構造的に対称にできる。フィン体は導波管内部の伝播特性に影響を与えるが、導波管内部が構造的に対称ならば、分離特性への影響を少なくできる。

１、２…金属ブロック
１０、１０Ｕ、１０Ｌ、２０、２０Ｕ、２０Ｌ…フィン（金属パターン）
１０１、１０２、１０３…金属板
Ｕ、Ｌ、Ｆ…フィルム
Ｐ…ピン
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…ポート

Claims

２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、
前記フィン体は金属パターンであり、
前記フィンライン型導波管構造は、前記フィン体が設けられているフィルムと、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造。
２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、
前記フィン体は金属パターンであり、且つ、前記フィン体が２つ設けられ、
前記フィンライン型導波管構造は、前記２つのフィン体に挟まれるフィルムと、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造。
２つのフィンを含むフィン体を備えるフィンライン型導波管構造であって、
前記フィン体は金属パターンであり、
前記フィンライン型導波管構造は、前記金属パターンを挟む２つのフィルムと、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように配置される金属板を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造。
請求項１ないし３のいずれかに記載のフィンライン型導波管構造を備えることを特徴とする偏波分離器。
フィンライン型導波管構造の製造方法であって、
前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、
前記製造方法は、前記フィン体である金属パターンを前記フィルムに設ける工程と、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造の製造方法。
フィンライン型導波管構造の製造方法であって、
前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、
前記製造方法は、２つの前記フィン体である２つの金属パターンで前記フィルムを挟む工程と、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造の製造方法。
フィンライン型導波管構造の製造方法であって、
前記フィンライン型導波管構造は、２つのフィンを含むフィン体とフィルムと金属板を備え、
前記製造方法は、前記フィン体である金属パターンを２つの前記フィルムで挟む工程と、
前記フィルムにおける導波管の内部の部分を取り囲むように金属板を配置する工程を備えることを特徴とするフィンライン型導波管構造の製造方法。