JP6981233B2 - 電磁波伝送路、共振器、アンテナ、およびフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、誘電体を用いた電磁波伝送路、共振器、アンテナ、およびフィルタに関する。

近年では、通信スピードの高速化に伴い、ミリ波の信号を用いて高速通信を行うことが検討されている。しかし、導体を含む構造の伝送路や共振器等を高速通信に用いた場合、周波数が高くなると表皮効果により、流れる電流が極薄い導体表面に制限され、実質的に導体の断面積が減るため、導体損失が大きくなってしまう。また、通常のＴＥＭ線路も、線路の断面の幅を波長オーダー以下にしなければいけないため、線路幅を細くしなければならず、導体損失が大きくなる。

特開平１０−０７５１０８号公報 特開平１０−１０７５１８号公報

特許文献１、および特許文献２に記載されるように、誘電体を導体で挟み込んだ構造の導波管を用いることで、実効的断面が増えるため損失を低減することができる。しかし、ミリ波になると表皮厚みが著しく薄くなるため、相対的に導体損失が大きくなってしまう。

損失の少ない電磁波伝送路、共振器、アンテナ、およびフィルタを提供することが望ましい。

本発明の一実施の形態に係る電磁波伝送路は、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、第２の層と第３の層との間において電磁波が伝搬する領域を形成する列状の第１および第２の側壁部とを備え、第２および第３の層の少なくとも一部分が、所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成され、第１および第２の側壁部がそれぞれ、第２および第３の層に接続された複数のビアホールで構成されているものである。

本発明の一実施の形態に係る共振器は、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、第２の層と第３の層との間において電磁波が共振する領域を形成する側壁部とを備え、第２および第３の層の少なくとも一部分が、所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されているものである。

本発明の一実施の形態に係るアンテナは、複数の端面を有し、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、第２の層と第３の層との間において電磁波が伝搬する領域を形成する列状の第１および第２の側壁部とを備え、第１の層の１つの端面、第２の層の表面、および第３の層の表面のうち、少なくとも一部に、電磁波を放射する開放領域が形成され、第２および第３の層の少なくとも一部分が、所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されているものである。

本発明の一実施の形態に係るフィルタは、複数の共振器と、複数の共振器のうち隣接する共振器同士を結合する少なくとも１つの結合窓とを含み、複数の共振器はそれぞれ、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、第２の層と第３の層との間において電磁波が共振する領域を形成する側壁部とを有し、第２および第３の層の少なくとも一部分が、所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されているものである。

本発明の一実施の形態に係る電磁波伝送路、共振器、アンテナ、およびフィルタによれば、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層の少なくとも一部分が、所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されているので、導体で形成されている場合に比べて損失を低減することができる。

比較例に係る導波管の一構成例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る疑似導波管の一構成例を示す断面図である。 一実施の形態に係る電磁波伝送路の要部の一構成例を示す斜視図である。 図３に示した電磁波伝送路の一変形例の要部を示す斜視図である。 一実施の形態に係る共振器の第１の構成例を示す斜視図である。 図５に示した共振器の第１の変形例を示す斜視図である。 図５に示した共振器の第２の変形例を示す斜視図である。 図５に示した共振器の第３の変形例を示す斜視図である。 図５に示した共振器の第４の変形例を示す斜視図である。 図５に示した共振器の第５の変形例を示す斜視図である。 一実施の形態に係る共振器の第２の構成例を示す斜視図である。 一実施の形態に係るアンテナの第１の構成例の要部を示す斜視図である。 図１２に示したアンテナの第１の変形例の要部を示す斜視図である。 一実施の形態に係るアンテナの第２の構成例の要部を示す斜視図である。 図１４に示したアンテナの要部の構成を示す平面図である。 図１２に示したアンテナの第２の変形例の要部を示す斜視図である。 一実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 図１７に示したフィルタの一構成例を示す平面図である。 図１７に示したフィルタの一変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１．１ 導波管の構成例（図１〜図２）
１．２ 電磁波伝送路の構成例（図３）
１．２．１ 電磁波伝送路の構成の変形例
１．３ 共振器の構成例（図５〜図１１）
１．３．１ 共振器の構成の変形例
１．４ アンテナの構成例（図１２〜図１６）
１．４．１ アンテナの構成のその他の変形例
１．５ フィルタの構成例（図１７〜図１９）
１．５．１ フィルタの構成の変形例
２．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 導波管の構成例］
図１は、比較例に係る導波管１０１の断面構成例を示している。

比較例に係る導波管１０１は、第１の層１１１と、第１の層１１１を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１１２，１１３と、第１の層１１１を貫通し、第２および第３の層１１２，１１３に接続された複数のビアホール１１４とを備えている。

比較例に係る導波管１０１において、第１の層１１１は、誘電率ε_rの誘電体からなる。第２および第３の層１１２，１１３は、導体からなる。複数のビアホール１１４はそれぞれ、内部に導体が充填されている。

比較例に係る導波管１０１では、第２および第３の層１１２，１１３と、複数のビアホール１１４との導体で囲まれた第１の層１１１の領域内を電磁波が伝搬する。

一般に、空間の波動インピーダンス（特性インピーダンス）Ｚ_Wは、以下の式（１）で表される。ε₀は真空の誘電率、μ₀は真空の透磁率を示す。ε_rはその空間の比誘電率、μ_rは、その空間の比透磁率を示す。また、一般的な導波管における反射係数Γは、以下の式（２）で表される。ここで、Ｚ_W1は、導波管における電磁波の伝搬領域の波動インピーダンス（特性インピーダンス）、Ｚ_W2は、電磁波の伝搬領域を囲む領域の波動インピーダンス（特性インピーダンス）を示す。比較例に係る導波管１０１のように、電磁波の伝搬領域の周囲が導体で囲まれている場合、Ｚ_W2＝０となり、反射係数Γは、以下の式（３）で表される。

図２は、本発明の一実施の形態に係る疑似導波管１０２の断面構成例を示している。

疑似導波管１０２は、第１の層１２１と、第１の層１２１を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１２２，１２３と、第１の層１２１を貫通し、第２および第３の層１２２，１２３に接続された複数のビアホール１２４とを備えている。

疑似導波管１０２において、第１の層１２１は、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体からなる。第２および第３の層１２２，１２３は、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体からなる。複数のビアホール１２４はそれぞれ、内部に第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されている。

このように、疑似導波管１０２は、比較例に係る導波管１０１の構成に対して、第２および第３の層１２２，１２３と、複数のビアホール１２４とが、導体に代えて、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で構成されている。これにより、第２および第３の層１２２，１２３と、複数のビアホール１２４との第２の誘電体で囲まれた第１の層１２１の領域内を電磁波が伝搬する。

この疑似導波管１０２のように、電磁波の伝搬領域の周囲が、導体に代えて誘電体で囲まれている場合における、第１の誘電体の部分と、第２の誘電体の部分との波動インピーダンス（特性インピーダンス）Ｚ_W1，Ｚ_W2は、式（１）に基づいて、以下の式（４）で表される。また、疑似導波管１０２における反射係数Γは、以下の式（５）で表される。なお、式（４）は、式（１）における比透磁率をμ_r＝１と近似した場合、すなわち第１の誘電体および第２の誘電体の比透磁率を共に１と近似した場合の式である。第１の誘電体および第２の誘電体が共に非磁性体の場合は、比透磁率は共に１と近似される。また、第１の誘電体および第２の誘電体が共に磁性体であっても、電磁波の周波数が高周波数領域（例えば１ＧＨｚ以上の周波数領域）では、実質的に比透磁率が１とみなせる。

ここで、式（５）は、Ｚ_W1がＺ_W2に対して十分に大きい場合（Ｚ_W1＞＞Ｚ_W2）、すなわち、第２の比誘電率ε_r2が第１の比誘電率ε_r1に対して十分に大きい場合（ε_r2＞＞ε_r1）の近似式である。ただし、第２の比誘電率ε_r2が第１の比誘電率ε_r1に対して十分に大きくなくても、第２の比誘電率ε_r2が第１の比誘電率ε_r1に対して大きければ、ε_r2＞ε_r1、Ｚ_W1＞Ｚ_W2となり、式（２）から反射係数ΓがΓ＜０となる。このように、比較例に係る導波管１０１の構成に対して、電磁波の伝搬領域の周囲が誘電体で囲まれた構造であっても、電磁波の伝搬領域の周囲が導体で囲まれている場合に近い反射特性を得ることができる。またこの場合、比較例に係る導波管１０１の構成に対して、全ての部分が誘電体で構成されているので、導体損失を実質的にゼロに近付けることができる。

以下、このような特性を利用した、本発明の一実施の形態に係る電磁波伝送路、共振器、アンテナ、およびフィルタの具体的な構成例を説明する。なお、以下の構成例では、実質的に同一の構成要素には、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

［１．２ 電磁波伝送路の構成例］
図３は、一実施の形態に係る電磁波伝送路１の要部の一構成例を示している。

電磁波伝送路１は、第１の層１１と、第１の層１２を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１２，１３と、第１の層１１を貫通し、第２および第３の層１２，１３に接続された複数のビアホール１４とを備えている。

電磁波伝送路１において、第１の層１１は、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体からなる。電磁波伝送路１において、第１の比誘電率ε_r1は、本発明の電磁波伝送路における「所定の比誘電率」の一具体例に相当する。

複数のビアホール１４は、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとを有している。電磁波伝送路１において、第１のビアホール列１４Ａは、本発明の電磁波伝送路における「第１の側壁部」の一具体例に相当する。電磁波伝送路１において、第２のビアホール列１４Ｂは、本発明の電磁波伝送路における「第２の側壁部」の一具体例に相当する。第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂは、第２の層１２と第３の層１３との間において電磁波１０が伝搬する領域を形成する。

電磁波伝送路１では、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとの列間を電磁波１０が伝搬する。より詳しくは、第２および第３の層１２，１３と、複数のビアホール１４（第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂ）とで囲まれた第１の層１１の領域内を電磁波が伝搬する。電磁波伝送路１は、例えば全体として平板状（６面体形状）に形成され、第１の層１１の１つの端面２１から電磁波１０が出力される。

なお、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとのそれぞれにおいて、隣り合うビアホール１４同士の間隔（ギャップ）をｇ、ビアホール１４の直径をｄとすると、ｇ＜ｄの関係となるように、ビアホール１４が配置されていることが望ましい。これにより、隣り合うビアホール１４の間から漏れ出す電磁波１０を減らすことができる。以降で説明する共振器、アンテナ、およびフィルタの具体的な構成例におけるビアホール１４の配置についても同様である。

電磁波伝送路１では、全体として第２および第３の層１２，１３が占める面積が大きいので、第２および第３の層１２，１３を第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成すると、導体損失を低減する効果が大きい。

そこで、電磁波伝送路１において、第２および第３の層１２，１３の少なくとも一部分が、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第２および第３の層１２，１３の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、第２および第３の層１２，１３の全てを、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第２および第３の層１２，１３における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、第２および第３の層１２，１３の一部分を第２の誘電体で形成する場合、第２および第３の層１２，１３の他の部分は導体であってもよい。

また、電磁波伝送路１において、複数のビアホール１４の少なくとも一部分に、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されていることが望ましい。これにより、複数のビアホール１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、複数のビアホール１４の全てに、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されているとよい。これにより、複数のビアホール１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、複数のビアホール１４のうち一部分を第２の誘電体を充填したビアホールとする場合、複数のビアホール１４のうち他の部分は導体を充填したビアホールであってもよい。

［１．２．１ 電磁波伝送路の構成の変形例］
図４は、図３に示した電磁波伝送路１の一変形例の要部を示している。

図３に示した電磁波伝送路１では、複数のビアホール１４からなる第１および第２のビアホール列１４Ａ，１４Ｂによって、列状の第１および第２の側壁部を形成している。これに対して、例えば図４に示した電磁波伝送路１Ａのように、第１のビアホール列１４Ａおよび第２のビアホール列１４Ｂに代えて、連続的な壁部によって形成された列状の第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂを有する構成にしてもよい。

図４に示した電磁波伝送路１Ａにおいて、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの少なくとも一部分は、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの全体を、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂにおける導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂのうち一部分を第２の誘電体で形成した場合、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂのうち他の部分は導体であってもよい。

また、以上の電磁波伝送路の構成例および変形例では、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体と、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体との２種類の誘電体を用いる例で説明したが、３種類以上の誘電体を用いた構成であってもよい。すなわち、第１の比誘電率ε_r1を所定の比誘電率とすると、この所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体を２種類以上用いた構成であってもよい。例えば、第２および第３の層１２，１３のそれぞれに誘電体を用いる場合、第２の層１２に用いる誘電体と、第３の層１３に用いる誘電体とが、それぞれ所定の比誘電率よりも大きい、互いに異なる比誘電率の誘電体であってもよい。さらに、第１および第２のビアホール列１４Ｂ，１４Ａ、または第１および第２の側壁部２１４Ａ，２１４Ｂに誘電体を用いる場合、その誘電体は、所定の比誘電率よりも大きく、かつ第２および第３の層１２，１３に用いる誘電体とは異なる比誘電率の誘電体であってもよい。

［１．３ 共振器の構成例］
図５は、一実施の形態に係る共振器の第１の構成例を示している。

図５に示した共振器２は、第１の層１１と、第１の層１２を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１２，１３と、第１の層１１を貫通し、第２および第３の層１２，１３に接続された複数のビアホール１４とを備えている。

共振器２において、第１の層１１は、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体からなる。共振器２において、第１の比誘電率ε_r1は、本発明の共振器における「所定の比誘電率」の一具体例に相当する。

複数のビアホール１４は、第２の層１２と第３の層１３との間において電磁波１０が共振する領域を形成するように配置されている。共振器２において、複数のビアホール１４は、本発明の共振器における「側壁部」の一具体例に相当する。

共振器２は、例えば全体として円柱状に形成され、第２および第３の層１２，１３と、複数のビアホール１４とで囲まれた第１の層１１の領域内で、電磁波１０が共振する。複数のビアホール１４は、全体として円形状に配置されている。

共振器２では、全体として第２および第３の層１２，１３が占める面積が大きいので、第２および第３の層１２，１３を第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成すると、導体損失を低減する効果が大きい。

そこで、共振器２において、第２および第３の層１２，１３の少なくとも一部分が、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第２および第３の層１２，１３の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、第２および第３の層１２，１３の全てを、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第２および第３の層１２，１３における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、第２および第３の層１２，１３の一部分を第２の誘電体で形成する場合、第２および第３の層１２，１３の他の部分は導体であってもよい。

また、共振器２において、複数のビアホール１４の少なくとも一部分に、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されていることが望ましい。これにより、複数のビアホール１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、複数のビアホール１４の全てに、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されているとよい。これにより、複数のビアホール１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、複数のビアホール１４のうち一部分を第２の誘電体を充填したビアホールとする場合、複数のビアホール１４のうち他の部分は導体を充填したビアホールであってもよい。

［１．３．１ 共振器の構成の変形例］
なお、共振器２において、以下の変形例のように、電磁波１０の入出力部を設けることができる。図６は、図５に示した共振器２の第１の変形例を示している。図７は、図５に示した共振器２の第２の変形例を示している。

例えば図６に示した共振器２Ａのように、側壁部の一部の領域に電磁波１０が入力または出力される開放領域が形成されていてもよい。すなわち、例えば図６に示した共振器２Ａのように、複数のビアホール１４の一部を取り除き開放領域とすることで、入出力部２２および入出力部２３を形成してもよい。

また、例えば図７に示した共振器２Ｂのように、第２の層１２の一部の領域、または第３の層１３の一部の領域に、電磁波１０が入力または出力される開放窓が形成されていてもよい。すなわち、例えば図７に示した共振器２Ｂのように、第２および第３の層１２，１３の一部分に開放窓を形成することで、入出力部２４および入出力部２５を形成してもよい。

図８は、図５に示した共振器２の第３の変形例を示している。側壁部の一部の領域に開放領域を形成する場合、少なくとも開放領域の周囲の領域に対応する部分が、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体によって形成されていてもよい。すなわち、例えば図８に示した共振器２Ｃのように、側壁部における入出力部２２の周囲の領域のビアホール２２２と、側壁部における入出力部２３の周囲の領域のビアホール２２３とに、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されていてもよい。この場合、側壁部におけるその他の領域のビアホール１４には、導体が充填されていてもよい。

図９は、図５に示した共振器２の第４の変形例を示している。第２および第３の層１２，１３の一部分に開放窓を形成する場合、第２および第３の層１２，１３における、少なくとも開放窓の周囲の領域に対応する部分が、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体によって形成されていてもよい。すなわち、例えば図９に示した共振器２Ｄのように、開放窓によって形成された入出力部２４の周囲の領域２２４および入出力部２５の周囲の領域２２５が、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体によって形成されていてもよい。この場合、第２および第３の層１２，１３におけるその他の領域は、導体で形成されていてもよい。

図１０は、図５に示した共振器２の第５の変形例を示している。

図５に示した共振器２では、複数のビアホール１４によって側壁部を形成している。これに対して、例えば図１０に示した共振器２Ｅのように、複数のビアホール１４に代えて、連続的な壁部によって形成された側壁部２１４を有する構成にしてもよい。

図１０に示した共振器２Ｅにおいて、側壁部２１４の一部分は、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、側壁部２１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、側壁部２１４の全体を、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、側壁部２１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、側壁部２１４の一部分を第２の誘電体で形成した場合、側壁部２１４の他の部分は導体であってもよい。

図１０に示した共振器２Ｅの場合にも、上述の変形例（図６〜図９）と同様にして、電磁波１０の入出力部を設けることができる。

図１１は、一実施の形態に係る共振器の第２の構成例を示している。

図５では、全体として円柱状の共振器２の構成例を示したが、全体の形状は円柱状に限らず、図１１に示した共振器３のように、全体の形状を平板状（６面体形状）にしてもよい。共振器３では、複数のビアホール１４は、例えば全体として矩形状に配置されている。

図１１に示した共振器３の場合にも、上述の変形例（図６〜図９）と同様にして、電磁波１０の入出力部を設けることができる。

以上の共振器の構成例および変形例では、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体と、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体との２種類の誘電体を用いる例で説明したが、３種類以上の誘電体を用いた構成であってもよい。すなわち、第１の比誘電率ε_r1を所定の比誘電率とすると、この所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体を２種類以上用いた構成であってもよい。例えば、第２および第３の層１２，１３のそれぞれに誘電体を用いる場合、第２の層１２に用いる誘電体と、第３の層１３に用いる誘電体とが、それぞれ所定の比誘電率よりも大きい、互いに異なる比誘電率の誘電体であってもよい。さらに、複数のビアホール１４、または側壁部２１４に誘電体を用いる場合、その誘電体は、所定の比誘電率よりも大きく、かつ第２および第３の層１２，１３に用いる誘電体とは異なる比誘電率の誘電体であってもよい。

［１．４ アンテナの構成例］
図１２は、一実施の形態に係るアンテナの第１の構成例の要部を示している。図１３は、図１２に示したアンテナの第１の変形例の要部を示している。

図１２に示したアンテナ４は、第１の層１１と、第１の層１２を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１２，１３と、第１の層１１を貫通し、第２および第３の層１２，１３に接続された複数のビアホール１４とを備えている。

アンテナ４において、第１の層１１は、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体からなる。アンテナ４において、第１の比誘電率ε_r1は、本発明のアンテナにおける「所定の比誘電率」の一具体例に相当する。

複数のビアホール１４は、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとを有している。アンテナ４において、第１のビアホール列１４Ａは、本発明のアンテナにおける「第１の側壁部」の一具体例に相当する。アンテナ４において、第２のビアホール列１４Ｂは、本発明のアンテナにおける「第２の側壁部」の一具体例に相当する。第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂは、第２の層１２と第３の層１３との間において電磁波１０が伝搬する領域を形成する。

アンテナ４では、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとの列間を電磁波１０が伝搬する。より詳しくは、第２および第３の層１２，１３と、複数のビアホール１４（第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂ）とで囲まれた第１の層１１の領域内を電磁波が伝搬する。アンテナ４は、例えば全体として平板状（６面体形状）に形成され、第１の層１１の１つの端面４１から電磁波１０が入力される。

アンテナ４には、第２の層１２の表面、および第３の層１３の表面のうち、少なくとも一部に、電磁波１０を放射する開放領域が形成されている。例えば、第２の層１２の一部の領域に形成された開放窓４２によって、開放領域が形成されている。なお、第３の層１３の一部の領域に開放窓４２を形成してもよい。

アンテナ４では、全体として第２および第３の層１２，１３が占める面積が大きいので、第２および第３の層１２，１３を第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成すると、導体損失を低減する効果が大きい。

そこで、アンテナ４において、第２および第３の層１２，１３の少なくとも一部分が、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。

このような構成のアンテナ４において、第２の層１２および第３の層１３を導体で構成した場合、共振状態において、開放窓４２の周囲の領域４３での導体損失が大きくなる。

そこで、図１３の第１の変形例のアンテナ４Ａのように、第２の層１２および第３の層１３における、少なくとも開放窓４２の周囲の領域４３に対応する部分が、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第２および第３の層１２，１３の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失をより低減することができる。なお、アンテナ４，４Ａにおいて、第２および第３の層１２，１３の一部分を第２の誘電体で形成する場合、第２および第３の層１２，１３の他の部分は導体であってもよい。

より好ましくは、アンテナ４において、第２および第３の層１２，１３の全てを、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第２および第３の層１２，１３における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。

図１４は、一実施の形態に係るアンテナの第２の構成例の要部を示している。図１５は、図１４に示したアンテナ５の要部の平面構成例を示している。

図１４に示したアンテナ５では、第１の層１１の１つの端面５１に、電磁波１０を放射する開放領域が形成されている。

アンテナ５では、第１のビアホール列１４Ａと第２のビアホール列１４Ｂとの列間隔が、開放領域に向かうに従い、広がるように構成されている。

アンテナ５では、全体として第２および第３の層１２，１３が占める面積が大きいので、第２および第３の層１２，１３を第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成すると、導体損失を低減する効果が大きい。

そこで、アンテナ５において、第２および第３の層１２，１３の少なくとも一部分が、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。

このような構成のアンテナ５では、第２の層１２および第３の層１２，１３における、少なくとも列間隔が広がり始める領域５２（図１４）に対応する部分５３（図１５）が、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第２および第３の層１２，１３の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失をより低減することができる。なお、アンテナ５において、第２および第３の層１２，１３の一部分を第２の誘電体で形成する場合、第２および第３の層１２，１３の他の部分は導体であってもよい。

より好ましくは、アンテナ５において、第２および第３の層１２，１３の全てを、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第２および第３の層１２，１３における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。

また、アンテナ５では、複数のビアホール１４における、少なくとも列間隔が広がり始める領域５２（図１４）に対応する部分５３（図１５）に形成されたビアホール１４に、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されていることが望ましい。これにより、複数のビアホール１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失をより低減することができる。なお、複数のビアホール１４のうち一部分を第２の誘電体を充填したビアホールとする場合、複数のビアホール１４のうち他の部分は導体を充填したビアホールであってもよい。

より好ましくは、アンテナ５において、複数のビアホール１４の全てに、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されているとよい。これにより、複数のビアホール１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。

［１．４．１ アンテナの構成のその他の変形例］
図１６は、図１２に示したアンテナ４の第２の変形例の要部を示している。

図１２に示したアンテナ４では、複数のビアホール１４からなる第１および第２のビアホール列１４Ａ，１４Ｂによって、列状の第１および第２の側壁部を形成している。これに対して、例えば図１６に示したアンテナ４Ｂのように、第１のビアホール列１４Ａおよび第２のビアホール列１４Ｂに代えて、連続的な壁部によって形成された列状の第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂを有する構成にしてもよい。

図１６に示したアンテナ４Ｂにおいて、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの少なくとも一部分は、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂの全体を、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂにおける導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂのうち一部分を第２の誘電体で形成した場合、第１の側壁部２１４Ａおよび第２の側壁部２１４Ｂのうち他の部分は導体であってもよい。

また、以上のアンテナの構成例および変形例では、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体と、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体との２種類の誘電体を用いる例で説明したが、３種類以上の誘電体を用いた構成であってもよい。すなわち、第１の比誘電率ε_r1を所定の比誘電率とすると、この所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体を２種類以上用いた構成であってもよい。例えば、第２および第３の層１２，１３のそれぞれに誘電体を用いる場合、第２の層１２に用いる誘電体と、第３の層１３に用いる誘電体とが、それぞれ所定の比誘電率よりも大きい、互いに異なる比誘電率の誘電体であってもよい。さらに、第１および第２のビアホール列１４Ｂ，１４Ａ、または第１および第２の側壁部２１４Ａ，２１４Ｂに誘電体を用いる場合、その誘電体は、所定の比誘電率よりも大きく、かつ第２および第３の層１２，１３に用いる誘電体とは異なる比誘電率の誘電体であってもよい。

［１．５ フィルタの構成例］
図１７は、一実施の形態に係るフィルタ６の一構成例を示している。図１８は、図１７に示したフィルタ６の平面構成例を示している。

フィルタ６は、複数の共振器６１，６２，…６ｎと、複数の共振器のうち隣接する共振器同士を結合する少なくとも１つの結合窓７１，７２，…７ｎとを含んでいる。

複数の共振器６１，６２，…６ｎはそれぞれ、第１の層１１と、第１の層１２を挟み込むように対向配置された第２および第３の層１２，１３と、第１の層１１を貫通し、第２および第３の層１２，１３に接続された複数のビアホール１４とを備えている。

複数の共振器６１，６２，…６ｎはそれぞれ、所定の同じ周波数で共振するように構成されている。複数の共振器６１，６２，…６ｎの長さは、中央部の共振器の長さＬ２に対して、外側に行くほど長さが短くなっている。両端部の共振器６１，６ｎの長さＬ１が最も短くなっている。

複数の共振器６１，６２，…６ｎのそれぞれにおいて、複数のビアホール１４は、第２の層１２と第３の層１３との間において電磁波１０が共振する領域を形成するように配置されている。複数の共振器６１，６２，…６ｎのそれぞれにおいて、複数のビアホール１４は、本発明のフィルタにおける「側壁部」の一具体例に相当する。

複数の結合窓７１，７２，…７ｎの幅は、中央部の結合窓の幅Ｗ２に対して、外側に行くほど幅が大きくなっている。両端部の結合窓７１，７ｎの幅Ｗ１が最も大きくなっている。

フィルタ６において、第１の層１１は、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体からなる。フィルタ６において、第１の比誘電率ε_r1は、本発明のフィルタにおける「所定の比誘電率」の一具体例に相当する。

フィルタ６では、全体として第２および第３の層１２，１３が占める面積が大きいので、第２および第３の層１２，１３を第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成すると、導体損失を低減する効果が大きい。

そこで、フィルタ６において、第２および第３の層１２，１３の少なくとも一部分が、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、第２および第３の層１２，１３の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。なお、第２および第３の層１２，１３の一部分を第２の誘電体で形成する場合、第２および第３の層１２，１３の他の部分は導体であってもよい。

より好ましくは、フィルタ６において、第２および第３の層１２，１３の全てを、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、第２および第３の層１２，１３における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。

また、図１８に示したように、複数の共振器６１，６２，…６ｎのそれぞれにおいて、複数のビアホール１４における、少なくとも複数の結合窓７１，７２，…７ｎの周囲の領域２７１，２７２，…２７ｎに形成されたビアホール１４に、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されていることが望ましい。これにより、複数のビアホール１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失をより低減することができる。なお、複数のビアホール１４のうち一部分を第２の誘電体を充填したビアホールとする場合、複数のビアホール１４のうち他の部分は導体を充填したビアホールであってもよい。

より好ましくは、複数の共振器６１，６２，…６ｎのそれぞれにおいて、複数のビアホール１４の全てに、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体が充填されているとよい。これにより、複数のビアホール１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。

［１．５．１ フィルタの構成の変形例］
図１９は、図１７に示したフィルタ６の一変形例を示している。

図１７に示したフィルタ６では、複数のビアホール１４によって側壁部を形成している。これに対して、例えば図１９に示したフィルタ６Ａのように、複数のビアホール１４に代えて、連続的な壁部によって形成された側壁部２１４を有する構成にしてもよい。

図１９に示したフィルタ６Ａにおいて、側壁部２１４の一部分は、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成されていることが望ましい。これにより、側壁部２１４の全てを導体で構成した場合に比べて、導体損失を低減することができる。より好ましくは、側壁部２１４の全体を、第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体で形成するとよい。これにより、側壁部２１４における導体損失を、実質的にゼロに近付けることができる。なお、側壁部２１４の一部分を第２の誘電体で形成した場合、側壁部２１４の他の部分は導体であってもよい。

以上のフィルタの構成例および変形例では、第１の比誘電率ε_r1の第１の誘電体と、第１の比誘電率ε_r1よりも大きい第２の比誘電率ε_r2の第２の誘電体との２種類の誘電体を用いる例で説明したが、３種類以上の誘電体を用いた構成であってもよい。すなわち、第１の比誘電率ε_r1を所定の比誘電率とすると、この所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体を２種類以上用いた構成であってもよい。例えば、第２および第３の層１２，１３のそれぞれに誘電体を用いる場合、第２の層１２に用いる誘電体と、第３の層１３に用いる誘電体とが、それぞれ所定の比誘電率よりも大きい、互いに異なる比誘電率の誘電体であってもよい。さらに、複数のビアホール１４、または側壁部２１４に誘電体を用いる場合、その誘電体は、所定の比誘電率よりも大きく、かつ第２および第３の層１２，１３に用いる誘電体とは異なる比誘電率の誘電体であってもよい。

＜２．その他の実施の形態＞
本発明による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、上記実施の形態で説明した電磁波伝送路や共振器等の全体の形状は、平板状（６面体形状）や円柱形状に限らず、他の形状であってもよい。

１，１Ａ…電磁波伝送路、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ…共振器、３…共振器、４，４Ａ，４Ｂ…アンテナ、５…アンテナ、６，６Ａ…フィルタ、１０…電磁波、１１…第１の層、１２…第２の層、１３…第３の層、１４…ビアホール、１４Ａ…第１のビアホール列、１４Ｂ…第２のビアホール列、２１…端面、２２…入出力部、２３…入出力部、２４…入出力部、２５…入出力部、１…端面、４２…開放窓、４３…開放窓４２の周囲の領域、５１…端面、５２…列間隔が広がり始める領域、５２…列間隔が広がり始める領域５２に対応する部分、６１，６２，…６ｎ…共振器、７１，７２，…７ｎ…結合窓、１０１…導波管、１０２…疑似導波管、１１１…第１の層、１１２…第２の層、１１３…第３の層、１１４…ビアホール（導体）、１２１…第１の層（第１の誘電体）、１２２…第２の層、１２３…第３の層、１２４…ビアホール（第２の誘電体）、２１４…側壁部、２１４Ａ…第１の側壁部、２１４Ｂ…第２の側壁部、２２２…入出力部２２の周囲の領域のビアホール、２２３…入出力部２３の周囲の領域のビアホール、２２４…入出力部２４の周囲の領域、２２５…入出力部２５の周囲の領域、２７１，２７２，…２７ｎ…結合窓の周囲の領域、ε_r1…第１の比誘電率、ε_r2…第２の比誘電率、Ｌ１，Ｌ２…共振器の長さ、Ｗ１，Ｗ２…結合窓の幅。

Claims (20)

1. 所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、
   前記第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、
   前記第２の層と前記第３の層との間において電磁波が伝搬する領域を形成する列状の第１および第２の側壁部と
   を備え、
   前記第２および第３の層の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成され、
   前記第１および第２の側壁部がそれぞれ、前記第２および第３の層に接続された複数のビアホールで構成されている
   電磁波伝送路。
2. 前記第１および第２の側壁部の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
   請求項１に記載の電磁波伝送路。
3. 前記複数のビアホールの少なくとも一部分に、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体が充填されている
   請求項１または２に記載の電磁波伝送路。
4. 前記第２および第３の層の全てが、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁波伝送路。
5. 所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、
   前記第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、
   前記第２の層と前記第３の層との間において電磁波が共振する領域を形成する側壁部と
   を備え、
   前記第２および第３の層の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
   共振器。
6. 前記側壁部の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
   請求項５に記載の共振器。
7. 前記側壁部は、前記第２および第３の層に接続された複数のビアホールで構成されている
   請求項５または６に記載の共振器。
8. 前記複数のビアホールの少なくとも一部分に、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体が充填されている
   請求項７に記載の共振器。
9. 前記第２および第３の層の全てが、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
   請求項５ないし８のいずれか１つに記載の共振器。
10. 前記側壁部の一部の領域に、前記電磁波が入力または出力される開放領域が形成され、少なくとも前記開放領域の周囲の領域に対応する部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項５ないし８のいずれか１つに記載の共振器。
11. 前記第２の層の一部の領域、または前記第３の層の一部の領域に、前記電磁波が入力または出力される開放窓が形成され、
    前記第２の層および前記第３の層における、少なくとも前記開放窓の周囲の領域に対応する部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項５ないし８のいずれか１つに記載の共振器。
12. 複数の端面を有し、所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、
    前記第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、
    前記第２の層と前記第３の層との間において電磁波が伝搬する領域を形成する列状の第１および第２の側壁部と
    を備え、
    前記第１の層の１つの端面、前記第２の層の表面、および前記第３の層の表面のうち、少なくとも一部に、電磁波を放射する開放領域が形成され、
    前記第２および第３の層の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    アンテナ。
13. 前記第１および第２の側壁部はそれぞれ、前記第２および第３の層に接続された複数のビアホールで構成されている
    請求項１２に記載のアンテナ。
14. 前記開放領域として、前記第２の層の一部の領域、または前記第３の層の一部の領域に開放窓が形成され、
    前記第２の層および前記第３の層における、少なくとも前記開放窓の周囲の領域に対応する部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項１２または１３に記載のアンテナ。
15. 前記第１の層の１つの端面に前記開放領域が形成され、
    前記第１の側壁部と前記第２の側壁部との列間隔が、前記開放領域に向かうに従い、広がるように構成され、
    前記第２の層および前記第３の層における、少なくとも前記列間隔が広がり始める領域に対応する部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成され、
    前記第１および第２の側壁部における、少なくとも前記列間隔が広がり始める領域が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項１２または１３に記載のアンテナ。
16. 前記第２および第３の層の全てが、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載のアンテナ。
17. 複数の共振器と、
    前記複数の共振器のうち隣接する共振器同士を結合する少なくとも１つの結合窓と
    を含み、
    前記複数の共振器はそれぞれ、
    所定の比誘電率の誘電体からなる第１の層と、
    前記第１の層を挟み込むように対向配置された第２および第３の層と、
    前記第２の層と前記第３の層との間において電磁波が共振する領域を形成する側壁部と
    を有し、
    前記第２および第３の層の少なくとも一部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    フィルタ。
18. 前記側壁部は、前記第２および第３の層に接続された複数のビアホールで構成されている
    請求項１７に記載のフィルタ。
19. 前記複数の共振器のそれぞれにおいて、前記側壁部における、少なくとも前記結合窓の周囲の領域に対応する部分が、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項１７または１８に記載のフィルタ。
20. 前記第２および第３の層の全てが、前記所定の比誘電率よりも大きい比誘電率の誘電体によって形成されている
    請求項１７ないし１９のいずれか１つに記載のフィルタ。

Images