JPS6232841B2 - - Google Patents
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- JPS6232841B2 JPS6232841B2 JP54091822A JP9182279A JPS6232841B2 JP S6232841 B2 JPS6232841 B2 JP S6232841B2 JP 54091822 A JP54091822 A JP 54091822A JP 9182279 A JP9182279 A JP 9182279A JP S6232841 B2 JPS6232841 B2 JP S6232841B2
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- Japan
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- dielectric
- hollow
- loss
- low
- wavelength
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 45
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 9
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Waveguides (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マイクロ波から光に至る周波数領
域、とりわけ赤外領域で低損失伝送を実現できる
低損失中空伝送線路に関するものである。
域、とりわけ赤外領域で低損失伝送を実現できる
低損失中空伝送線路に関するものである。
中空誘電体を用いてマイクロ波から光に至る周
波数領域の信号を低損失で伝送するための検討が
なされており、例えば特公昭35−11128号公報、
特開昭52−106485号公報にみられる。
波数領域の信号を低損失で伝送するための検討が
なされており、例えば特公昭35−11128号公報、
特開昭52−106485号公報にみられる。
特公昭35−11128号公報には表面波伝送線路の
一種である筒状誘電体薄膜を使用した伝送線路が
示されている。
一種である筒状誘電体薄膜を使用した伝送線路が
示されている。
この伝送線路は、Ｏガイドと呼ばれるものであ
つて、電磁波のエネルギーは誘電体部分に集中し
て伝送されるため、低損失伝送を実現するには誘
電体損失の小さいものを選び、かつ誘電体の厚さ
を十分に薄くする必要がある。
つて、電磁波のエネルギーは誘電体部分に集中し
て伝送されるため、低損失伝送を実現するには誘
電体損失の小さいものを選び、かつ誘電体の厚さ
を十分に薄くする必要がある。
しかしながら、現存する誘電体では高周波領域
での低損失伝送は不可能であり、また誘電体を薄
くするには機械的強度や製造技術の点で問題があ
り実用性に欠ける。
での低損失伝送は不可能であり、また誘電体を薄
くするには機械的強度や製造技術の点で問題があ
り実用性に欠ける。
特開昭52−106485号公報には前述したＯガイド
と同様の筒状薄膜誘電体の内部空間と外部空間と
にそれぞれ異なる誘電率の気体を閉じ込め、内部
気体の誘電率を外部気体の誘電率より大きくする
ことによつて得られる表面波の伝搬を利用した伝
送線路が示されている。
と同様の筒状薄膜誘電体の内部空間と外部空間と
にそれぞれ異なる誘電率の気体を閉じ込め、内部
気体の誘電率を外部気体の誘電率より大きくする
ことによつて得られる表面波の伝搬を利用した伝
送線路が示されている。
この伝送線路では、電磁波のエネルギーは大部
分が内外気体部分に集中して伝送されるため、誘
電体損失の小さい気体を選べば低損失伝送が可能
となるが、筒状誘電体の内外に気体を閉じ込めて
伝送線路を構成するには線路製造上の技術的困難
をはじめ、線路布設および保守の点で問題があ
る。
分が内外気体部分に集中して伝送されるため、誘
電体損失の小さい気体を選べば低損失伝送が可能
となるが、筒状誘電体の内外に気体を閉じ込めて
伝送線路を構成するには線路製造上の技術的困難
をはじめ、線路布設および保守の点で問題があ
る。
本発明は表面波の伝搬を利用するのではなく、
中空領域を囲む誘電体の厚さを規定することによ
り、誘電体の内部が空気であつても低損失伝送を
可能とする中空伝送線路の提供を目的とするもの
である。
中空領域を囲む誘電体の厚さを規定することによ
り、誘電体の内部が空気であつても低損失伝送を
可能とする中空伝送線路の提供を目的とするもの
である。
本発明の低損失誘電体線路の基本構成は、中空
誘電体の中空領域には外部媒質と誘電率がほぼ等
しい低損失気体が存在すると共に、中空誘電体の
内径は使用波長に比して十分大きく選ばれてお
り、かつ中空誘電体の誘電体肉厚を誘電体中の電
磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するように設
定してなるものである。
誘電体の中空領域には外部媒質と誘電率がほぼ等
しい低損失気体が存在すると共に、中空誘電体の
内径は使用波長に比して十分大きく選ばれてお
り、かつ中空誘電体の誘電体肉厚を誘電体中の電
磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するように設
定してなるものである。
本発明の誘電体線路により低損失伝送が可能と
なる理由は以下に説明する通りである。
なる理由は以下に説明する通りである。
本発明の誘電体線路は、中空線路内壁における
反射係数Ｒを大きくするとにより低損失化を図る
ものであり、一般に中空伝送線路の伝送損失は境
界面に対して電荷ベクトルが平行なTEモードの
伝送損失αTEと磁界ベクトルが平行なTMモード
の伝送損失αTMとによつて評価される。
反射係数Ｒを大きくするとにより低損失化を図る
ものであり、一般に中空伝送線路の伝送損失は境
界面に対して電荷ベクトルが平行なTEモードの
伝送損失αTEと磁界ベクトルが平行なTMモード
の伝送損失αTMとによつて評価される。
簡単のため、第４図に示すような導波路幅が
2d1で、ｙおよびｚ方向に一様な２次元の対称ス
ラブ導波路を用いて説明する。
2d1で、ｙおよびｚ方向に一様な２次元の対称ス
ラブ導波路を用いて説明する。
各モードの伝送損失αTEおよびαTMは、境界ｘ
＝±d1における反射係数Ｒを用いて、 と表される。
＝±d1における反射係数Ｒを用いて、 と表される。
ε１、μ１は中空領域内の誘電率、透磁率で、
それぞれ真空中での誘電率ε０、透磁率μ０とほ
ぼ等しい。u1は中空領域内の正規化横方向位相定
数で、伝搬定数βとは、 （ｕ１／ｄ１）２＝ω２ε１μ１−β２………(2
) の関係にある。
それぞれ真空中での誘電率ε０、透磁率μ０とほ
ぼ等しい。u1は中空領域内の正規化横方向位相定
数で、伝搬定数βとは、 （ｕ１／ｄ１）２＝ω２ε１μ１−β２………(2
) の関係にある。
反射係数ＲをTEモード、TMモードに対し
て、 と表わす。ＺTE、ＹTMはそれぞれ境界ｘ＝d1より
外側を見たTEモードの正規化インピーダンス、
TMモードの正規化アドミツタンスで、 と定義され、Z1、Y1は、 と表される。
て、 と表わす。ＺTE、ＹTMはそれぞれ境界ｘ＝d1より
外側を見たTEモードの正規化インピーダンス、
TMモードの正規化アドミツタンスで、 と定義され、Z1、Y1は、 と表される。
伝送損失を小さくするためには、すなわち、Ｒ
１とするためには、ＺTE≫Z1、ＹTM≫Y1ある
いはＺTE≪Z1、ＹTM≪Y1とすればよい。
１とするためには、ＺTE≫Z1、ＹTM≫Y1ある
いはＺTE≪Z1、ＹTM≪Y1とすればよい。
しかし、導波路幅2d1が使用波長に比して十分
大きく選ばれているとき、 ＺTE≪Z1、ＹTM≪Y1 ………(6) となる構造の方がより現実的で、このときu1およ
び伝送損失は、 u1ｐ＋１／２π ………(7) （ｐ＝０、１、２……） と表される。
大きく選ばれているとき、 ＺTE≪Z1、ＹTM≪Y1 ………(6) となる構造の方がより現実的で、このときu1およ
び伝送損失は、 u1ｐ＋１／２π ………(7) （ｐ＝０、１、２……） と表される。
本発明におけるような中空伝送線路において、
ＺTE、ＹTMを求める解析法としては、横方向伝送
線路表示が有効である。第５図に示した伝送線路
モデルにおいて、対応する伝送線路の二次定数は （ｕ２／ｄ１）２＝ω２ε２μ２−β２………(9
) （ｕ／ｄ１）２＝ω２εμ−β２ ………(11) で表される。ただし、ε２、μ２は誘電体の誘電
率、透磁率であり、ε、μは外部媒質の誘電率、
透磁率である。また、式(10)、(12)の各領域における
特性インピーダンスは式(4)同様正規化されてい
る。これらの値を用いれば境界より外側を見た
TEモードの表面インピーダンスＺTEは、 ＺTE＝Z2Ｚ＋ｊＺ２ｔａｎ（ｕ２ｄ２／ｄ１）／Ｚ２＋
ｊＺｔａｎ（ｕ２ｄ２／ｄ１）………（13） と書ける。
ＺTE、ＹTMを求める解析法としては、横方向伝送
線路表示が有効である。第５図に示した伝送線路
モデルにおいて、対応する伝送線路の二次定数は （ｕ２／ｄ１）２＝ω２ε２μ２−β２………(9
) （ｕ／ｄ１）２＝ω２εμ−β２ ………(11) で表される。ただし、ε２、μ２は誘電体の誘電
率、透磁率であり、ε、μは外部媒質の誘電率、
透磁率である。また、式(10)、(12)の各領域における
特性インピーダンスは式(4)同様正規化されてい
る。これらの値を用いれば境界より外側を見た
TEモードの表面インピーダンスＺTEは、 ＺTE＝Z2Ｚ＋ｊＺ２ｔａｎ（ｕ２ｄ２／ｄ１）／Ｚ２＋
ｊＺｔａｎ（ｕ２ｄ２／ｄ１）………（13） と書ける。
誘電体の肉厚d2を、
を満足するように選ぶと、
となる。従つて、ＺTEは式(11)より、
と書くことができる。ただし、以上の導出過程で
はμ０＝μ１＝μ２、ε２＞ε１ε０とし、d1
は使用波長に比べて十分大きいと仮定している。
また、λ０は自由空間波長である。
はμ０＝μ１＝μ２、ε２＞ε１ε０とし、d1
は使用波長に比べて十分大きいと仮定している。
また、λ０は自由空間波長である。
一例として、誘電体の誘電率が中空領域の誘電
率より大きく（ε２＞ε１）、外側媒質の誘電率
が中空領域の誘電率にほぼ等しい場合（εε
１）を考えると、式(10)、(12)より、 となるから、 と表される。従つて、TEモードの伝送損失αTE
は、 となる。
率より大きく（ε２＞ε１）、外側媒質の誘電率
が中空領域の誘電率にほぼ等しい場合（εε
１）を考えると、式(10)、(12)より、 となるから、 と表される。従つて、TEモードの伝送損失αTE
は、 となる。
TE0モードでは、式(7)においてｐ＝０とすれば
よく、このときの伝送損失は、 αTE（TE0モード）＝１／λ０ ε１／４（ε２−ε１）
（λ０／２ｄ１）４… ……（20） と表される。
よく、このときの伝送損失は、 αTE（TE0モード）＝１／λ０ ε１／４（ε２−ε１）
（λ０／２ｄ１）４… ……（20） と表される。
すなわち、伝送損失は誘電体の肉厚d2には無関
係となり、肉厚d2を厚くしても低損失伝送が可能
となるので機械的強度や製造上の諸問題を解決で
きる。
係となり、肉厚d2を厚くしても低損失伝送が可能
となるので機械的強度や製造上の諸問題を解決で
きる。
例えば、波長λ０＝10.6μｍ、導波路幅d1＝１
mm、ε２／ε１＝5.76とすれば、3.4×10-5dB／
ｍとなる。
mm、ε２／ε１＝5.76とすれば、3.4×10-5dB／
ｍとなる。
一方、TMモードの伝送損失αTMについても、
が得られる。
以上は、スラブ型導波路についての説明である
が、断面円形の中空導波路についても各モードの
伝送損失は式（19）および（21）と同じ形で書く
ことができる。
が、断面円形の中空導波路についても各モードの
伝送損失は式（19）および（21）と同じ形で書く
ことができる。
ただし、円形構造の場合のu1の値はスラブ導波
路の場合の式(7)とは異なり、TEpn、TMpnモード
に対しては、 u1ｊ1n ………（22） を満足する。ここで、ｊ1nはBessel関数J1のｍ番
目の零点である。
路の場合の式(7)とは異なり、TEpn、TMpnモード
に対しては、 u1ｊ1n ………（22） を満足する。ここで、ｊ1nはBessel関数J1のｍ番
目の零点である。
第１図は、本発明の低損失中空伝送線路の基本
構成例を示すものであつて、１は円筒形状の誘電
体、２は誘電体１に囲まれた中空領域である。
構成例を示すものであつて、１は円筒形状の誘電
体、２は誘電体１に囲まれた中空領域である。
誘電体１は誘電体損失が比較的小さく、誘電率
が中空領域１の誘電率よりも大きな材料からなつ
ており、内径2d1は使用波長に比して十分大きく
選ばれている。中空領域２には空気またはこれ以
外の低損失気体が存在している。
が中空領域１の誘電率よりも大きな材料からなつ
ており、内径2d1は使用波長に比して十分大きく
選ばれている。中空領域２には空気またはこれ以
外の低損失気体が存在している。
中空領域２の誘電率をε１、誘電体１の誘電率
をε２、自由空間の電磁波の波長をλ０とし、誘
電体１の肉厚d2を式（14）のように誘電体１の中
の電磁波波長の1/4の奇数倍に比例するように設
定すると、TEモードでの伝送損失は式（19）の
ようになる。
をε２、自由空間の電磁波の波長をλ０とし、誘
電体１の肉厚d2を式（14）のように誘電体１の中
の電磁波波長の1/4の奇数倍に比例するように設
定すると、TEモードでの伝送損失は式（19）の
ようになる。
以上はTEモード、TMモードについての説明
であるが、式(6)の関係が成り立つときは、低損失
なハイブリツドモードも存在する。
であるが、式(6)の関係が成り立つときは、低損失
なハイブリツドモードも存在する。
第６図は、本発明の中空伝送線路を利用した場
合における最低次のハイブリツドモードの電磁波
のエネルギーの分布状態（実線）を示したもので
あり、エネルギーの大部分は中空領域２を伝搬す
るので伝送損失が殆どなく低損失な伝送が可能と
なる。ただ、誘電体１の外部に漏洩するものもあ
る程度存在し、これが伝送損失を与えることにな
る。
合における最低次のハイブリツドモードの電磁波
のエネルギーの分布状態（実線）を示したもので
あり、エネルギーの大部分は中空領域２を伝搬す
るので伝送損失が殆どなく低損失な伝送が可能と
なる。ただ、誘電体１の外部に漏洩するものもあ
る程度存在し、これが伝送損失を与えることにな
る。
従つて、第２図に示すように誘電体１の外周に
損失層３を設けることにより、外部への漏洩を少
なくできる。損失層３としては、適当な誘電体損
失を有する材料が適当であり、厚さd3は表皮厚さ
に比して十分大きくすることが好ましい。
損失層３を設けることにより、外部への漏洩を少
なくできる。損失層３としては、適当な誘電体損
失を有する材料が適当であり、厚さd3は表皮厚さ
に比して十分大きくすることが好ましい。
第３図は多層構造とした例を示すものであり、
誘電体１の外周には順次異なる誘電率ε３、ε４
を有する誘電体４および５が同心状に積層されて
いる。
誘電体１の外周には順次異なる誘電率ε３、ε４
を有する誘電体４および５が同心状に積層されて
いる。
各誘電体４，５の肉厚は、各誘電体の電磁波の
波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するように設定さ
れている。
波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するように設定さ
れている。
このように、誘電率の異なる誘電体４，５を積
層することによつて、エネルギーを更に中空領域
２に集中できるようになり、また電気回路的には
1/4（またはその奇数倍）波長のインピーダンス
変成器と考えられるので、伝送周波数帯域を制御
することが可能となる。
層することによつて、エネルギーを更に中空領域
２に集中できるようになり、また電気回路的には
1/4（またはその奇数倍）波長のインピーダンス
変成器と考えられるので、伝送周波数帯域を制御
することが可能となる。
また、誘電体の外周に前述したと同様の損失層
を設けてもよい。
を設けてもよい。
以上説明してきたように、本発明は、中空誘電
体の中空領域に外部媒質と誘電率がほぼ等しい低
損失気体を存在させると共に中空誘電体の内径を
使用波長に比して十分大きくし、かつ誘電体肉厚
を誘電体中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比
例するように設定して構成したものであり、電磁
波のエネルギーの大部分は誘電体内部の中空領域
を伝搬するようになり、低損失伝送が能となる。
なお、本発明では中空誘電体の中空領域および外
部媒質を共に空気とすることができ、かつ誘電体
肉厚をある程度厚くすることができるので、実用
性のある低損失中空伝送線路を実現できようにな
る。
体の中空領域に外部媒質と誘電率がほぼ等しい低
損失気体を存在させると共に中空誘電体の内径を
使用波長に比して十分大きくし、かつ誘電体肉厚
を誘電体中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比
例するように設定して構成したものであり、電磁
波のエネルギーの大部分は誘電体内部の中空領域
を伝搬するようになり、低損失伝送が能となる。
なお、本発明では中空誘電体の中空領域および外
部媒質を共に空気とすることができ、かつ誘電体
肉厚をある程度厚くすることができるので、実用
性のある低損失中空伝送線路を実現できようにな
る。
第１図は本発明の基本構成例の説明図、第２図
は外周に損失層を設けた例の説明図、第３図は誘
電体層を多層構造とした例の説明図、第４図およ
び第５図は本発明の原理説明図、第６図は本発明
の伝送線路におけるエネルギー分布の説明図であ
る。 １，４，５：誘電体、２：中空領域、３：損失
層。
は外周に損失層を設けた例の説明図、第３図は誘
電体層を多層構造とした例の説明図、第４図およ
び第５図は本発明の原理説明図、第６図は本発明
の伝送線路におけるエネルギー分布の説明図であ
る。 １，４，５：誘電体、２：中空領域、３：損失
層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中空誘電体の中空領域には外部媒質と誘電率
がほぼ等しい低損失気体が存在すると共に、中空
誘電体の内径は使用波長に比して十分大きく選ば
れており、かつ中空誘電体の誘電体肉厚を誘電体
中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するよ
うに設定してなることを特徴とする低損失中空伝
送線路。 ２ 中空誘電体の中空領域には空気またはこれと
誘電率がほぼ等しい気体が存在すると共に、中空
誘電体の内径は使用波長に比して十分大きく選ば
れており、かつ中空誘電体の誘電体肉厚を誘電体
中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例するよ
うに設定し、この中空誘電体の外周に損失層を設
けてなることを特徴とする低損失誘電体線路。 ３ それぞれ異なる誘電率の誘電体を複数層積層
してなる中空誘電体の中空領域には外部媒質と誘
電率がほぼ等しい低損失気体が存在すると共に、
中空誘電体の内径は使用波長に比して十分大きく
選ばれており、かつ中空誘電体の各誘電体肉厚を
誘電体中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例
するように設定してなることを特徴とする低損失
中空伝送線路。 ４ それぞれ異なる誘電率の誘電体を複数層積層
してなる中空誘電体の中空領域には空気またはこ
れと誘電率がほぼ等しい気体が存在すると共に、
中空誘電体の内径は使用波長に比して十分大きく
選ばれており、かつ中空誘電体の各誘電体肉厚を
誘電体中の電磁波波長の1/4の奇数倍にほぼ比例
するように設定し、この中空誘電体の外周に損失
層を設けてなることを特徴とする低損失中空伝送
線路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9182279A JPS5616303A (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | Low-loss leakage transmission line |
| US06/400,818 US4441091A (en) | 1979-07-18 | 1982-07-22 | Low loss leakage transmission line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9182279A JPS5616303A (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | Low-loss leakage transmission line |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5616303A JPS5616303A (en) | 1981-02-17 |
| JPS6232841B2 true JPS6232841B2 (ja) | 1987-07-17 |
Family
ID=14037305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9182279A Granted JPS5616303A (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | Low-loss leakage transmission line |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4441091A (ja) |
| JP (1) | JPS5616303A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61163704A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-24 | Junkosha Co Ltd | 誘電体線路 |
| US4785268A (en) * | 1987-07-30 | 1988-11-15 | W. L Gore & Associates, Inc. | Dielectric waveguide delay line |
| US4875026A (en) * | 1987-08-17 | 1989-10-17 | W. L. Gore & Associates, Inc. | Dielectric waveguide having higher order mode suppression |
| JP4062928B2 (ja) * | 2002-02-06 | 2008-03-19 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| US7924121B2 (en) * | 2007-06-21 | 2011-04-12 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Dispersion-free radial transmission lines |
| US8772980B2 (en) | 2010-12-08 | 2014-07-08 | Compact Particle Acceleration Corporation | Blumlein assembly with solid state switch |
| US8598813B2 (en) | 2012-01-17 | 2013-12-03 | Compact Particle Acceleration Corporation | High voltage RF opto-electric multiplier for charge particle accelerations |
| US9478840B2 (en) * | 2012-08-24 | 2016-10-25 | City University Of Hong Kong | Transmission line and methods for fabricating thereof |
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