JPH09246814A

JPH09246814A - 高周波用伝送線路

Info

Publication number: JPH09246814A
Application number: JP8049680A
Authority: JP
Inventors: Genichi Tsuzuki; 玄一都築
Original assignee: IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU; IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU; IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP2983169B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導体内の部分的な電界集中を緩和して当該部
分の電流密度を下げることにより、例えば、導体材料に
超伝導体を利用して伝送損失の大幅な低減を図る際の障
害をなくす。【解決手段】誘電体基板と該誘電体基板の表面に設け
られた導体とを有する高周波用伝送線路において、前記
誘電体基板の前記導体縁部に接する部分に溝を形成す
る。誘電体基板と導体縁部との間に空気が介在し、この
空気の誘電率が誘電体基板の誘電率よりも必ず小さいた
め、当該縁部の電束密度が引き下げられ、当該縁部にお
ける電流密度が小さくなり、例えば、導体材料に超伝導
体を利用して伝送損失の大幅な低減を図る際の障害が解
消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体基板の少な
くとも一方面に導体を有する構造の高周波用伝送線路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップ線路は、誘電体基板
の少なくとも一方面に導体を有する構造の高周波伝送線
路の典型例であり、図５及び図６に示すように、誘電体
基板１の両面に所定幅Ｗのストリップ導体２と接地導体
３とをそれぞれ設けて構成されている。マイクロストリ
ップ線路は、一種の平行２導体線路として機能する。す
なわち、ストリップ導体２と接地導体３の間に電界、そ
れに垂直に磁界（磁界はストリップ導体２を伝わる高周
波信号の伝播方向にも垂直）が存在し、伝送モードはほ
ぼＴＥＭ波（電波の進行方向に対して電界と磁界が垂直
な波）で、伝送エネルギーの大部分は誘電体基板１の内
部を伝わる。

【０００３】なお、図６において、ストリップ導体２と
接地導体３の間の矢印線は、電界の状態を表す指力線で
ある。矢印の向きはストリップ導体２を正電荷、接地導
体３を負電荷と仮定したときの電界の向きである。電界
の強さは指力線の密度（電束密度）で表され、密度が高
くなるほど電界が強くなる。マイクロストリップ線路
は、同軸線路並みの小さな伝送損失が得られると共に、
半導体集積技術を応用できるため、再現性や量産性及び
経済性に優れ、しかも、小形・軽量化を図ることができ
ることから、マイクロ波・ミリ波用伝送線路に用いられ
るほか、周波数フィルタや電力分配器、方向性結合器な
どの各種受動回路デバイスにも多用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来構造の高周波伝送線路にあっては、図６に示すよう
に、ストリップ導体２のエッジ２ａ、２ｂの部分の電束
密度が他の部分の電束密度よりも高いため、エッジ２
ａ、２ｂの部分に電界が集中し、その結果、このエッジ
２ａ、２ｂの部分の電流密度が他の部分に比べて大きく
なるという不都合がある。

【０００５】特に、下側のエッジ２ｂは、空気よりも高
誘電率の誘電体基板１に接しているため、この下側のエ
ッジ２ｂの部分の電流密度がストリップ導体２のあらゆ
る部分の電流密度よりもはるかに大きいという傾向があ
る。このことは、例えば、ストリップ導体２を超伝導体
で構成した場合に、下側のエッジ２ｂの部分で臨界電流
（超伝導状態を維持できる上限電流）を越えやすくなる
ことを示唆しているから、特に、超伝導体を利用して伝
送損失の大幅な低減を達成しようとする際の障害とな
り、早急に解決すべき技術課題である。

【０００６】なお、この技術課題は、マイクロストリッ
プ線路だけでなく、図７に示すように、誘電体基板４の
同一面に複数の導体５、６を取り付けた構造（コプレー
ナ構造）を有する高周伝送波線路、例えば、スロット線
路、共平面形導波線路、共平面ストリップ線路、２重層
スロット線路などにあっても同じく存在する。誘電体基
板４を通る指力線は、誘電体基板４に接する導体５、６
のエッジ部分５ａ、６ａにも同様に集中するからであ
る。

【０００７】そこで、本発明は、導体内の部分的な電界
集中を緩和して当該部分の電流密度を下げることによ
り、例えば、導体材料に超伝導体を利用して伝送損失の
大幅な低減を図る際の障害をなくすことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、誘電体基板と該誘電体基板の表面に設け
られた導体とを有する高周波用伝送線路において、前記
誘電体基板の前記導体縁部に接する部分に溝を形成した
ことを特徴とするものである。これによれば、誘電体基
板と導体縁部との間に溝が介在し、この溝内の空気の誘
電率（dielectric constant ）が誘電体基板の誘電率よ
りも必ず小さいため、当該縁部の電束密度が引き下げら
れ、当該縁部における電流密度が小さくなる。したがっ
て、例えば、導体材料に超伝導体を利用して伝送損失の
大幅な低減を図る際の障害が解消される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明に係る高周波用伝送線路
の一実施例を示す図であり、マイクロストリップ線路へ
の適用例である。なお、本実施例において、従来例（図
５、図６）と共通する構成要素には同一の符号を付して
ある。

【００１０】図１において、１０は本実施例の特徴的な
事項を備えた誘電体基板である。すなわち、本実施例の
誘電体基板１０は、その下側の面１０ａに接地導体２を
有し、上側の面１０ｂに所定幅Ｗのストリップ導体２
（発明の要旨に記載の導体に相当）を有する点で従来例
と共通するが、発明の要旨に記載の表面に相当する上側
の面１０ｂに溝１１、１２を有する点で相違する。

【００１１】溝１１、１２の間隔Ｄは、ストリップ導体
２の幅Ｗよりも狭く、かつ、間隔Ｄの中心は幅Ｗの中心
にほぼ一致し、さらに、溝１１、１２の幅Ｗ₁₁、Ｗ
₁₂は、少なくともストリップ導体２の幅Ｗと間隔Ｄとの
差（Ｗ−Ｄ）よりも大きくなるよう設定（Ｗ−Ｄ＜Ｗ₁₁
及びＷ−Ｄ＜Ｗ₁₂）されている。このような構造におい
て、ストリップ導体２の縁部２ｃ、２ｄは、溝１１、１
２を間にして誘電体基板１０と対向し、マイクロストリ
ップ線路の使用環境は多くの場合、大気中であるから、
結局、両者は溝１１、１２内部の“空気”を誘電体層と
して対向することになる。なお、宇宙環境における真空
の誘電率も大気のそれと大差なく、空気の誘電率＝真空
の誘電率と考えても差し支えない。

【００１２】ここで、空気の誘電率は空気以外の物質の
誘電率よりも小さく、アルミナセラミック、溶融石英、
サファイアまたはチタン酸ストロンチウム（Ｓ_rＴ_iＯ
₃ ）などの物質からなる誘電体基板１０の誘電率よりも
当然小さい。したがって、誘電率εは、次式に示すよ
うに、Ｄ＝εＥ ……… 電場Ｅと電束密度Ｄとの線形関係を表す比例定数である
から、ストリップ導体２の縁部２ｃ、２ｄと誘電体基板
１０との間に“空気”（または真空）を介在させ、両者
の間の誘電率εを小さくすることにより、電束密度Ｄを
引き下げて電界集中を緩和でき、ストリップ導体２の縁
部２ｃ、２ｄの電流密度を小さくすることができる。そ
の結果、例えば、ストリップ導体２の材料に超伝導体を
利用して伝送損失の大幅な低減を図る際の障害を解消す
ることができるという従来技術にない格別有利な効果が
得られる。

【００１３】図２は、上記実施例のマイクロストリップ
線路に適用して好ましい製造工程図である。まず、図２
（ａ）に示すように、下側の面１０ａに接地導体３を形
成し、かつ、上側の表面１０ｂにストリップ導体２を形
成した誘電体基板１０の上側の面１０ｂに図１の溝１
１、１２の幅Ｗ₁₁、Ｗ₁₂より若干狭い幅Ｗ₁₃の開口パタ
ーン１３ａを有するフォトレジスト１３を塗布する。次
いで、図２（ｂ）に示すように、イオンビームなどの荷
電粒子ビームをフォトレジスト１３に照射して誘電体基
板１０に開口パターン１３ａとほぼ同一形状の深穴１０
ｅを掘り込み、そして、図２（ｃ）に示すように、少な
くとも深穴１０ｅの部分を所定の溶液に浸して深穴１０
ｅを化学的エッチングすれば、深穴１０ｅの内壁がほぼ
均一にエッチングされ、その結果、ストリップ導体２の
縁部２ｃ（または２ｄ）に接する誘電体基板１０の一部
が除去されて所望断面形状の溝１１（または１２）が作
られるから、後は、フォトレジスト１３を取り除くだけ
で、図２（ｄ）の構造のマイクロストリップ線路が得ら
れる。

【００１４】図３は、上記実施例のマイクロストリップ
線路に適用して好ましい他の製造工程図であり、特に、
超伝導体材を用いてストリップ導体を形成する場合に、
その超伝導体材の結晶性を良好にすることができ、伝送
損失の一層大幅な低減を達成できる有益な製造例であ
る。この製造例では、まず、図３（ａ）に示すように、
下側の面１０ａに接地導体３を形成した誘電体基板１０
の上側の面１０ｂに、イオンビームなどの荷電粒子ビー
ムを照射して図１の溝１１、１２の幅Ｗ₁₁、Ｗ₁₂とほぼ
同一幅Ｗ₁₄の深穴１４を掘り込む。なお、誘電体基板１
０は単結晶の基板であり、その結晶格子定数が所定の超
伝導体材（例えばＹＢＣＯ系）の結晶格子定数に近い基
板材料を用いる。

【００１５】次いで、図３（ｂ）に示すように、誘電体
基板１０の上側の面１０ｂに、誘電体基板１０の結晶格
子定数に一致し又は近い結晶格子定数を持つ材料（好ま
しくは金）を用いたバッファ層１５をエピタキシャル成
長（単結晶成長）させた後、このバッファ層１５を研磨
して、図３（ｃ）に示すように、深穴１４内のバッファ
層１５だけを残して他は除去し、誘電体基板１０の上側
の面１０ｂを平滑化する。次いで、図３（ｄ）に示すよ
うに、誘電体基板１０の上側の面１０ｂ及び残されたバ
ッファ層１５の表面に、所定の超伝導体材をエピタキシ
ャル成長させて超伝導膜１６を形成する。そして、図３
（ｅ）に示すように、この超伝導膜１６をパターニング
してストリップ導体２を形成し、最後に、図３（ｆ）に
示すように、深穴１４内のバッファ層１５を所定の溶液
（例えば金の場合にはヨウ化カリウム溶液）で溶融する
ことにより、上記実施例に用いて好適な構造のマイクロ
ストリップ線路が得られる。しかも、この製造例では、
図３（ｄ）に示すように、何れも単結晶の誘電体基板１
０とバッファ層１５の上に、格子定数の近い超伝導膜１
６をエピタキシャル成長させるため、結晶性のよい（す
なわち単結晶の）超伝導膜１６を得ることができ、スト
リップ導体２の電気的抵抗を局限して伝送損失の一層大
幅な低減を達成できるという格別有利な効果が得られ
る。

【００１６】なお、この製造例において、ストリップ導
体２を通常の金属で形成してもよいことは勿論であり、
この場合、誘電体基板１０やバッファ層１５の結晶性を
考慮する必要はなく、超伝導膜１６を通常の金属膜と読
み替えればよい。また、上記実施例はマイクロストリッ
プ線路への適用例であるが、本発明はこの例に限らず、
コプレーナ構造を有する高周伝送波線路（図７参照）に
も適用できる。

【００１７】さらに、上記実施例では、誘電体基板の両
面にそれぞれ接地導体とストリップ導体を形成したもの
を例にしたが、例えば、図４に示すように、一方面に接
地導体２０を形成すると共に他方面に溝２１、２２を形
成した誘電体基板２３と、一方面にストリップ導体２４
を形成した他の基板２５とを用意し、誘電体基板２３の
溝２１、２２の上にストリップ導体２４の縁部２４ａ、
２４ｂが来るように両基板２３、２５を位置合わせして
積み重ね、両者を接着してもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、誘電体基板と導体縁部
との間に空気が介在し、この空気の誘電率は誘電体基板
の誘電率よりも小さいので、当該縁部の電束密度を引き
下げることができ、当該縁部における電流密度を小さく
することができる。したがって、例えば、導体材料に超
伝導体を利用する際の障害を解消でき、マイクロ波・ミ
リ波用伝送線路や各種受動回路デバイスの伝送損失を大
幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の概念構造図である。

【図２】一実施例の製造工程図である。

【図３】一実施例の他の製造工程図である。

【図４】一実施例の他の概念構造図である。

【図５】従来例の要部概略外観図である。

【図６】従来例の概念構造図である。

【図７】従来例のコプレーナ構造の概念構造図である。

【符号の説明】

２：ストリップ導体（導体）２ｃ、２ｄ：縁部１０：誘電体基板１１、１２：溝２１、２２：溝２３：誘電体基板２４：ストリップ導体（導体）２４ａ、２４ｂ：縁部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板と該誘電体基板の表面に設けら
れた導体とを有する高周波用伝送線路において、前記誘電体基板の前記導体縁部に接する部分に溝を形成
したことを特徴とする高周波用伝送線路。