JP7072470B2 - 電磁波伝送路、電磁波伝送路の製造方法、および電子デバイス - Google Patents
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図1は、本発明の実施の形態であるマイクロストリップ線路1の構成を示す断面図である。マイクロストリップ線路1は、所定の間隔を隔てて構成される第1の導体(以下、導体10という)および第2の導体(以下、導体11という)を有し、所定の周波数の電磁波を伝送する電磁波伝送路であって、導体10と導体11との間に、導体10および導体11よりも電気抵抗率の高い絶縁体が配されている。電磁波は、電界と磁界の相互作用によってマイクロストリップ線路1を伝搬してゆく。電界と磁界は、互いに直交している。
ここで、マイクロストリップ線路1の位相速度vおよび特性インピーダンスZ0は、絶縁体20の比透磁率μrと比誘電率εrに依存する。マイクロストリップ線路1のインダクタンスLは、(1)式
L=μ・h/W ・・・(1)
で表され、透磁率μが小さくなることによってインダクタンスLは小さくなる。一方、位相速度vは、(2)式
v=1/√(L・C) ・・・(2)
で表される。したがって、インダクタンスLが小さくなると、位相速度vは大きくなる。
f0=1/(2π√(C・L)) ・・・(3)
インダクタンスLを小さくすると、無損失周波数f0を大きくすることができる。通常、無損失周波数f0は、25MHz程度であるが、マイナス透磁率に設定することによって、100GHz以上になる。したがって、マイクロストリップ線路1が発振器の共振器に接続される場合、無損失周波数f0を発振周波数に近づけることができる。この結果、発振周波数の電磁波を低損失で伝送することができる。
Z0=√(L/C) ・・・(4)
したがって、インダクタンスLを小さくすると特性インピーダンスZ0を小さくすることができる。
つぎに、マイクロストリップ線路1の製造方法について説明する。図7は、マイクロストリップ線路1の製造手順を示すフロー図である。図7に示すように、まず、基板30上に、下部の導体11をスパッタリングなどによって成膜する(図7(a))。その後、微粒子の磁性体22を生成する(図7(b))。この磁性体22の微粒子化は、スパッタリング法、研磨法、アーク加熱法、プラズマCVD法などによって行うことができる。
つぎに、マイクロストリップ線路1の変形例1の製造方法について説明する。図7に示したマイクロストリップ線路1では、絶縁体20内の磁性体22が絶縁体20内で均一に分散させるものであったが、この変形例1では、絶縁体20内の磁性体22を厚さ方向(Z方向)に向けて層状に形成するようにしている。
上記の実施の形態及び変形例1では、絶縁体20をポリイミド21に磁性体22を混入させて絶縁体20の透磁率が所定の周波数及び温度において一時的または定常的に0またはマイナスになるようにしていたが、これに限らず、分子量または密度の異なる2種類の樹脂(例えば、ポリイミドとエポキシ)を混ぜる構成でもよい。この構成の場合、分子量または密度の異なる2種類の樹脂それぞれの磁気分極が、ある周波数で正反対の関係になり、透磁率を相殺し、絶縁体20全体の透磁率を0またはマイナスにすることができる。なお、透磁率は、温度依存性があるため、使用する環境に応じて設計する必要がある。
また、磁性体22でなくても、重さ(分子量または密度)の異なる二つの物質(半導体および樹脂)が混入されていてもよい。例えば、ポリイミドとシリコン微粒子の組み合わせなどである。
図9は、マイクロストリップ線路1の絶縁体20に能動素子としてのガンダイオード40を設けた電子デバイス2の一例を示す図である。ガンダイオード40は、電子双極子を周期的に走行させるガン効果を用いた発振器である。このような能動素子と、マイクロストリップ線路1との組み合わせにより、図5に示した無損失周波数f0をガンダイオード40の発振周波数に近づけることができる。
上記の実施の形態及び変形例では、電磁波伝送路の一例としてマイクロストリップ線路1を中心に説明したが、マイクロストリップ線路1に限らず、コプレーナ線路または同軸ケーブル線路であってもよい。
図13は、マイクロストリップ線路1の変形例6の構成を示す断面図である。図13に示すように、変形例6のマイクロストリップ線路1は、ガラス製のセル60内に、磁性体22が混入されたポリイミド21である絶縁体20が密封される。この絶縁体20が密封された状態で、磁石M1,M2を用いて磁性体22の磁気分極の方向を一定方向に配向した後、ポリイミド21が硬化される。一定方向とは、電磁波が伝送される方向に対して直交するとともに、導体10と導体11とが対向する方向に対して直交する方向である。直交とは、直角に交わること、および、直角に交わっているとみなせる誤差の範囲を含むことをいう。なお、導体10,11は、例えばアルミテープで形成される。この変形例6によれば、マイクロストリップ線路1を簡易に製造することができる。
図14は、マイクロストリップ線路1の絶縁体20にガンダイオード40を配置した電磁波発振器の構成を示す断面図である。図14に示すように、変形例7では、絶縁体20及びガンダイオード40がガラス製のセル60内に配される。その他の構成及び製造方法は、変形例6と同じである。変形例7によれば、電磁波発振器を簡易に製造することができる。
2 電子デバイス
3 コプレーナ線路
4 同軸ケーブル線路
10,11 導体
20,42,53 絶縁体
21 ポリイミド
22 磁性体
30 基板
40 ガンダイオード
41 導体線路
44 絶縁体
50 内部導体線路
51 外部導体線路
54 基準媒質
55 調整媒質
60 セル
C キャパシタンス
f0 無損失周波数
H 磁界
L インダクタンス
M1,M2 磁石
v 位相速度
W 幅
Z インピーダンス
Z0 特性インピーダンス
ε 誘電率
εr 比誘電率
μ 透磁率
μr 比透磁率
Claims (14)
- 所定の間隔を隔てて構成される第1の導体および第2の導体を有し、所定の周波数の電磁波を伝送する電磁波伝送路であって、
前記第1の導体と前記第2の導体との間に、前記第1の導体および前記第2の導体よりも電気抵抗率の高い絶縁体が配されており、
前記絶縁体は、第1媒質に前記所定の周波数において透磁率が0またはマイナスになる第2媒質が含まれて構成されることを特徴とする電磁波伝送路。 - 前記第2媒質は、軟磁性体または反磁性体を含む磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の電磁波伝送路。
- 前記絶縁体は、複数の粒子で構成される前記第2媒質が前記第1媒質内に分散されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝送路。
- 前記第2媒質の磁気分極の方向は、前記電磁波が伝送される方向に対して直交するとともに、前記第1の導体と前記第2の導体とが対向する方向に対して直交するように構成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁波伝送路。
- 前記第2媒質は、前記第1の導体と前記第2の導体に対して層状に形成されることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の電磁波伝送路。
- 前記第1媒質に対する前記第2媒質の体積比は、前記第1媒質の透磁率の絶対値に対する前記第2媒質の透磁率の絶対値の比の逆数であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の電磁波伝送路。
- 前記体積比は、1/20以下であることを特徴とする請求項6に記載の電磁波伝送路。
- 前記第2媒質の分子量または密度は、前記第1媒質の分子量または密度より大きいことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の電磁波伝送路。
- 所定の間隔を隔てて構成される第1の導体および第2の導体を有し、前記第1の導体と前記第2の導体との間に、前記第1の導体および前記第2の導体よりも電気抵抗率の高い絶縁体が配されており、前記絶縁体が、第1媒質に所定の周波数において透磁率が0またはマイナスになる磁性体である第2媒質が含まれて構成され、前記所定の周波数の電磁波を伝送する電磁波伝送路の製造方法であって、
基板上に前記第1の導体を形成する第1導体形成工程と、
磁性体を微粒子化し、微粒子化された磁性体である前記第2媒質を前記第1媒質に混入して拡散した絶縁材を前記第1の導体上に塗布し、前記第2媒質の磁化方向を調整した後、前記絶縁材を硬化する処理を1回以上繰り返して前記絶縁体を生成する絶縁体生成工程と、
前記絶縁体上に前記第2の導体を形成する第2導体形成工程と、
を含むことを特徴とする電磁波伝送路の製造方法。 - 所定の間隔を隔てて構成される第1の導体および第2の導体を有し、前記第1の導体と前記第2の導体との間に、前記第1の導体および前記第2の導体よりも電気抵抗率の高い絶縁体が配されており、前記絶縁体が、第1媒質に所定の周波数において透磁率が0またはマイナスになる磁性体である第2媒質が含まれて構成され、前記所定の周波数の電磁波を伝送する電磁波伝送路の製造方法であって、
基板上に前記第1の導体を形成する第1導体形成工程と、
前記第1の導体上に前記第1媒質を塗布して硬化し、該硬化した第1媒質上に前記第2媒質を成膜し、該成膜した前記第2媒質の磁化方向を調整する処理を1以上繰り返し、その後、磁化方向が調整された前記第2媒質上に前記第1媒質を塗布し硬化して前記絶縁体を生成する絶縁体生成工程と、
前記絶縁体上に前記第2の導体を形成する第2導体形成工程と、
を含むことを特徴とする電磁波伝送路の製造方法。 - 所定の間隔を隔てて構成される第1の導体および第2の導体を有し、前記第1の導体と前記第2の導体との間に、前記第1の導体および前記第2の導体よりも電気抵抗率の高い絶縁体が配されており、前記絶縁体が、第1媒質に所定の周波数において透磁率が0またはマイナスになる磁性体である第2媒質が含まれて構成され、前記所定の周波数の電磁波を伝送する電磁波伝送路の製造方法であって、
前記第1媒質に微粒子化された前記第2媒質が拡散された絶縁材を、絶縁材で形成されたセル内に密封する密封工程と、
前記セル内の前記第2媒質の磁化方向を調整した後、前記第1媒質を硬化して前記絶縁体を生成する絶縁体生成工程と、
前記絶縁体を包む前記セルの表面及び裏面にそれぞれ前記第1の導体および前記第2の導体を形成する導体形成工程と、
を含むことを特徴とする電磁波伝送路の製造方法。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の電磁波伝送路を構成する絶縁体に電磁波発振器または電磁波増幅器を配することを特徴とする電子デバイス。
- 前記電磁波発振器または前記電磁波増幅器は、一つ以上の端面に金属の反射鏡が形成されていることを特徴とする請求項12に記載の電子デバイス。
- 前記電磁波発振器は、ガンダイオードまたはインパットダイオードであることを特徴とする請求項13に記載の電子デバイス。
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