(57)【要約】      （修正有）【課題】表皮深さに起因する挿入損失を抑止することができる導波管を提供する。【解決手段】導波管１Ａにおいて、中空の管２Ａと、管２Ａの全内周面上に設けられた導波層３とを備え、導波層３は、導体３ａと、導体３ａ内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子３ｂとにより構成されている。導波管において、中空の管を備え、管は、導体と、導体内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子とにより構成されている。配線基板において、基板と、基板の表面上に設けられた導波層とを備え、導波層は、導体と、導体内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子とにより構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の管と、
前記管の全内周面上に設けられた導波層と、
を備え、
前記導波層は、
導体と、
前記導体内に分散し、負の透磁率を有する複数の磁性微粒子と、
により構成されていることを特徴とする導波管。
【請求項２】
中空の管を備え、
前記管は、
導体と、
前記導体内に分散し、負の透磁率を有する複数の磁性微粒子と、
により構成されていることを特徴とする導波管。
【請求項３】
前記複数の磁性微粒子はそれぞれ球状の粒子であることを特徴とする請求項１又は２記載の導波管。
【請求項４】
基板と、
前記基板の表面上に設けられた導波層と、
を備え、
前記導波層は、
導体と、
前記導体内に分散し、負の透磁率を有する複数の磁性微粒子と、
により構成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項５】
前記基板における前記導波層と反対側の表面に設けられた接地層を備え、
前記接地層は、
導体と、
前記導体内に分散し、負の透磁率を有する複数の磁性微粒子と、
により構成されていることを特徴とする請求項４記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管及び配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を伝送する伝送線路としては、金属の鋼管である導波管、あるいは、誘電体である配線基板上に設けられたストリップ線路や表面波線路等が開発されている（例えば、特許文献１参照）。これらの伝送線路は、通信や放送などの送受信機（例えば、航空路監視レーダ）に用いられており、一般的に導体のみで形成されている。
【０００３】
このような伝送線路では、電磁波の周波数が高くなればなるほど、電流は導体表面に集中し、その電流が流れる表皮深さδ（δ＝√１／πｆμσ、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率）は小さくなる。これは、高周波において実質的に伝送線路の抵抗が増加すること、さらに、伝送線路を太くすることによる抵抗の低減が直流や低周波の場合のように効果的でなくなることを意味する。
【特許文献１】特開２００１−５３５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように導体のみで形成された伝送線路を用いた場合には、導体の透磁率（比透磁率）μが１であるため、表皮深さδは周波数ｆ及び導電率σにより決定され、周波数ｆが高くなるほど小さくなる。したがって、周波数ｆが高くなるほど、電気抵抗が高くなり、挿入損失が大きくなってしまう。例えば、高い導電率を有する導体である銅を用いた場合でも、周波数が１０ＧＨｚで表皮深さは０．６５μｍとなるため、導体のほとんどの部分に電流が流れない。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、表皮深さに起因する挿入損失を抑止することができる導波管及び配線基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、導波管において、中空の管と、管の全内周面上に設けられた導波層とを備え、導波層は、導体と、導体内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子とにより構成されていることである。
【０００７】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、導波管において、中空の管を備え、管は、導体と、導体内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子とにより構成されていることである。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、配線基板において、基板と、基板の表面上に設けられた導波層とを備え、導波層は、導体と、導体内に分散し負の透磁率を有する複数の磁性微粒子とにより構成されていることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、表皮深さに起因する挿入損失を抑止することができる導波管及び配線基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図８を参照して説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る導波管１Ａは、中空の管２Ａと、その管２Ａの全内周面上に設けられた導波層３とを備えている。
【００１２】
管２Ａは、中空構造の直方体形状に形成されており、その全内周面上に導波層３を有している。この管２Ａとしては、例えば鋼管等を用いる。
【００１３】
導波層３は、電気を通す導体３ａと、その導体３ａ内に分散して負の透磁率を有する複数の磁性微粒子３ｂとにより構成されている（図２参照）。この導波層３が電磁波を伝送する伝送線路として機能する。
【００１４】
導体３ａとしては、例えば、ＡｇやＣｕ、Ａｌ等の非磁性体である金属を用いる。また、磁性微粒子３ｂとしては、例えば、ＦｅやＮｉ、Ｃｏ等の単体、あるいはＦｅやＮｉ、Ｃｏ等を含む酸化物と、アモルファス合金とからなる磁性微粒子を用いる。例えば、導体３ａとしてＡｇを用いる場合には、多数の磁性微粒子３ｂを含むＡｇペーストを管２Ａの全内周面に塗布し、その全内周面上に導波層３を形成する。なお、磁性微粒子３ｂとしては、例えば、ほぼ球体の磁性微粒子（球状の粒子）を用いる。
【００１５】
ここで、磁性微粒子３ｂの透磁率は、図３に示すように、周波数の変化に応じて変化する。この磁性微粒子３ｂの透磁率は、高周波である１ＧＨｚ以上で負となる。このように高周波帯域において負の透磁率を有する磁性微粒子３ｂが用いられる。
【００１６】
このような導波層３は、導体３ａに磁性微粒子３ｂを所定の割合で混合することにより形成されている。導体３ａ中に磁性微粒子３ｂを混合した場合には、伝送線路である導波層３全体の透磁率の平均値μａｖは、μａｖ＝（μＮＶＮ＋μＦＶＦ）／（ＶＮ＋ＶＦ）で与えられる（μＮ：導体３ａの透磁率、μＦ：磁性微粒子３ｂの透磁率、ＶＮ：導体３ａの体積比率、ＶＦ：磁性微粒子３ｂの体積比率）。このとき、透磁率μＦが負である磁性微粒子３ｂを用いると、導波層３全体の透磁率の平均値μａｖは真空の透磁率よりも小さくなる。なお、導体３ａに磁性微粒子３ｂを混合する際には、導体３ａに磁性微粒子３ｂをμＦ／μＮ＝−ＶＮ／ＶＦの割合で添加し、導波層３全体の透磁率の平均値μａｖが０（ゼロ）に近づくようにする。
【００１７】
このように負の透磁率を有する磁性微粒子３ｂを導体３ａに混合することによって、その磁性微粒子３ｂの透磁率が導体３ａの透磁率に影響し、伝送線路である導波層３全体の透磁率の平均値μａｖの絶対値が１よりも小さくなる。これにより、表皮深さδ（δ＝√１／πｆμσ、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率）が増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなるので、電気抵抗値が低くなり、低損失化を実現することができる。
【００１８】
また、磁性微粒子３ｂとしてほぼ球体の磁性微粒子を用いることによって、磁性微粒子３ｂに印加される磁界の方向に関わらず反磁界係数がほぼ一定になるので、その透磁率もほぼ一定となる。これにより、伝送線路である導波層３内に透磁率の分布が発生せずに均一となり、表皮深さδが増大しやすくなる。したがって、電流が流れる伝送線路の断面積を容易に大きくすることが可能になるので、電気抵抗値を確実に低くすることができる。
【００１９】
ここで、前述の導波層３と同じ構成の信号線路Ｓ１と比較例の信号線路Ｓ２、Ｓ３に対して高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）による解析を行い、信号線路Ｓ１と比較例の信号線路Ｓ２、Ｓ３との差異について説明する。
【００２０】
高周波電磁界シミュレータによる解析では、図４に示すように、信号線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が誘電体である基板Ｋ１上に設けられたシミュレーションモデルが用いられる。このモデルでは、信号線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の長さは１１μｍであり、基板Ｋ１の誘電体損は無視される。
【００２１】
信号線路Ｓ１は、図５に示すように、前述の導波層３と同じ構成であり、導体３ａ及び多数の磁性微粒子３ｂにより構成されている。また、信号線路Ｓ２は、図６に示すように、導体３ａのみで構成されている（マイクロストリップ構造）。信号線路Ｓ３は、図７に示すように、導体３ａ及びその導体３ａ内に所定間隔で積層された複数の磁性層３ｃにより構成されている。この磁性層３ｃは基板Ｋ１の表面である載置面に対して平行に設けられている。
【００２２】
このような信号線路Ｓ１と比較例の信号線路Ｓ２、Ｓ３に対して高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）による解析を行うことにより、図８に示すような解析結果（挿入損失と周波数との関係）が得られる。図８では、信号線路Ｓ１の挿入損失波形は波形Ａ１であり、信号線路Ｓ２の挿入損失波形は波形Ｂ１であり、信号線路Ｓ３の挿入損失波形は波形Ｃ１である。
【００２３】
図８に示すように、信号線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の挿入損失は周波数の増加に応じて大きくなるが、信号線路Ｓ１の挿入損失（図８中の波形Ａ１参照）は、比較例の信号線路Ｓ２、Ｓ３の各挿入損失（図８中の波形Ｂ１及び波形Ｃ１参照）に比べ同じ周波数で小さいことがわかる。ここで、周波数が２０ＧＨｚである場合には、信号線路Ｓ１の挿入損失は比較例の信号線路Ｓ２の挿入損失に対して２０％程度減少している。
【００２４】
なお、比較例の信号線路Ｓ３の挿入損失（図８中の波形Ｃ１参照）も、比較例の信号線路Ｓ２の挿入損失（図８中の波形Ｂ１参照）に比べ、周波数が９ＧＨｚ付近から小さくなることがわかるが、損失低減の効果は信号線路Ｓ１に比べ小さい。さらに、信号線路Ｓ３の挿入損失は周波数が１ＧＨｚ〜９ＧＨｚ付近の周波数帯域で信号線路Ｓ２の挿入損失に比べ大きい。
【００２５】
したがって、負の透磁率を有する磁性微粒子３ｂを導体３ａに混合して信号線路Ｓ１を構成することによって、信号線路Ｓ１の挿入損失が比較例の信号線路Ｓ２、Ｓ３の各挿入損失に比べ同じ周波数で小さくなることがわかる。すなわち、表皮深さδが増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなるので、電気抵抗値が低くなり、低損失化を実現することができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、負の透磁率を有する磁性微粒子３ｂを導体３ａに混合して導波層３を形成することによって、その磁性微粒子３ｂの透磁率が導体３ａの透磁率に影響し、伝送線路である導波層３全体の透磁率の平均値μａｖの絶対値が１よりも小さくなる。これにより、表皮深さδが増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなり、電気抵抗値が低くなるので、表皮深さに起因する挿入損失を抑止することができる。また、例えば導波層３の厚さを厚くすることによって電気抵抗値を低くすることが可能になるので、直流や低周波の場合のように伝送線路を太くすることによる抵抗の低減を効果的に行うことができる。
【００２７】
なお、本発明の第１の実施の形態においては、導波管１Ａの導波層３を導体３ａと複数の磁性微粒子３ｂとにより構成しているが、これに限るものではなく、例えば、図９に示すように、導波管１Ｂの管２Ｂ自体を導体３ａと複数の磁性微粒子３ｂとにより構成するようにしてもよい。この導波管１Ｂでは、管２Ｂが導体３ａと複数の磁性微粒子３ｂとにより構成されている。この場合でも、前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図１０ないし図１２を参照して説明する。
【００２９】
図１０及び図１１に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る配線基板１１Ａは、基板１２と、その基板１２の第１表面上に設けられた導波層１３とを備えている。
【００３０】
基板１２は、平板状に形成されており、その第１表面上に直線状の導波層１３を有している。この基板１２としては、例えば誘電体である樹脂基板等を用いる。
【００３１】
導波層１３は、電気を通す導体１３ａと、その導体１３ａ内に分散して負の透磁率を有する複数の磁性微粒子１３ｂとにより構成されている（図１１参照）。この導波層１３が電磁波を伝送する伝送線路として機能する。
【００３２】
この導波層１３は、第１の実施の形態と同様、導体１３ａに磁性微粒子１３ｂを所定の割合で混合することにより形成されている。導体１３ａ及び磁性微粒子１３ｂとしては、第１の実施の形態と同じ導体や磁性微粒子を用いることが可能である。例えば、導体１３ａとして金属を用い、磁性微粒子１３ｂとしてＦｅ粒子を用いる場合には、酸化皮膜を有するＦｅ粒子を所定の割合で金属溶液に混合したメッキ液を用いて、電気メッキ法により基板１２上に導波層１３を形成する。
【００３３】
このように負の透磁率を有する磁性微粒子１３ｂを導体１３ａに混合することによって、その磁性微粒子１３ｂの透磁率が導体１３ａの透磁率に影響し、伝送線路である導波層１３全体の透磁率の平均値μａｖの絶対値が１よりも小さくなる。これにより、表皮深さδ（δ＝√１／πｆμσ、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率）が増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなるので、電気抵抗値が低くなり、低損失化を実現することができる。
【００３４】
また、磁性微粒子１３ｂとしてほぼ球体の磁性微粒子を用いることによって、磁性微粒子１３ｂに印加される磁界の方向に関わらず反磁界係数がほぼ一定になるので、その透磁率もほぼ一定となる。これにより、伝送線路である導波層１３内に透磁率の分布が発生せずに均一となり、表皮深さδが増大しやすくなる。したがって、電流が流れる伝送線路の断面積を容易に大きくすることが可能になるので、電気抵抗値を確実に低くすることができる。
【００３５】
ここで、前述の第１の実施の形態においては、高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）による解析を行う場合、基板Ｋ１の誘電体損を無視しているが、第２の実施の形態では、その誘電体損を考慮して信号線路Ｓ１と比較例の信号線路Ｓ２に対して高周波電磁界シミュレータによる解析を行う。これにより、図１２に示すような解析結果（挿入損失と周波数との関係）が得られる。
【００３６】
図１２では、誘電体損を無視した信号線路Ｓ１の挿入損失波形は波形Ａ１であり（図８と同様）、誘電体損を無視した信号線路Ｓ２の挿入損失波形は波形Ｂ１であり（図８と同様）、誘電体損を考慮した信号線路Ｓ１の挿入損失波形は波形Ａ２であり、誘電体損を考慮した信号線路Ｓ２の挿入損失波形は波形Ｂ２である。
【００３７】
図１２に示すように、誘電体損を無視した場合には、周波数が２０ＧＨｚであるとき、信号線路Ｓ１の挿入損失（図１２中の波形Ａ１参照）は比較例の信号線路Ｓ２の挿入損失（図１２中の波形Ｂ１参照）に対して２０％程度減少している。また、誘電体損を考慮した場合でも、周波数が２０ＧＨｚであるとき、信号線路Ｓ１の挿入損失（図１２中の波形Ａ２参照）は比較例の信号線路Ｓ２の挿入損失（図１２中の波形Ｂ２参照）に対して５％程度減少している。
【００３８】
したがって、負の透磁率を有する磁性微粒子１３ｂを導体１３ａに混合して信号線路Ｓ１を構成することによって、基板Ｋ１の誘電体損を考慮した場合でも、信号線路Ｓ１の挿入損失が比較例の信号線路Ｓ２の挿入損失に比べ同じ周波数で小さくなることがわかる。すなわち、表皮深さδが増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなるので、電気抵抗値が低くなり、低損失化を実現することができる。
【００３９】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、負の透磁率を有する磁性微粒子１３ｂを導体１３ａに混合して導波層１３を形成することによって、その磁性微粒子１３ｂの透磁率が導体１３ａの透磁率に影響し、伝送線路である導波層１３全体の透磁率の平均値μａｖの絶対値が１よりも小さくなる。これにより、表皮深さδが増大し、電流が流れる伝送線路の断面積が大きくなり、電気抵抗値が低くなるので、表皮深さに起因する挿入損失を抑止することができる。また、例えば導波層１３の厚さを厚くすることによって電気抵抗値を低くすることが可能になるので、直流や低周波の場合のように伝送線路を太くすることによる抵抗の低減を効果的に行うことができる。
【００４０】
なお、本発明の第２の実施の形態においては、基板１２の第１表面上に導波層１３を設けているが、これに限るものではなく、例えば、図１３に示すように、基板１２において第１表面に対向する第２表面（基板１２における導波層１３と反対側の表面）上に接地層（グランド層）１４を設けるようにしてもよい。この接地層１４は第２表面の全面に設けられる。配線基板１１Ｂでは、接地層１４も、前述の導波層１３と同じように導体１４ａ及び複数の磁性微粒子１４ｂとにより構成されている。この場合でも、前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００４２】
例えば、前述の実施の形態においては、各種の材料を挙げているが、それらの材料は例示であり、限定されるものではない。また、各種の数値を挙げているが、これらの数値は例示であり、限定されるものではない。加えて、磁性微粒子３ｂ、１３ｂ、１４ｂの形状は球体に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る導波管の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１の導波管を示す断面図である。
【図３】磁性微粒子の透磁率と周波数との関係を説明するための説明図である。
【図４】高周波電磁界シミュレータによる解析に用いるシミュレーションモデルを説明するための模式図である。
【図５】導体及び磁性微粒子により構成された信号線路を示す断面図である。
【図６】導体のみにより構成された信号線路を示す断面図である。
【図７】導体及び磁性層により構成された信号線路を示す断面図である。
【図８】高周波電磁界シミュレータによる解析結果を説明するための説明図である。
【図９】図１及び図２に示す導波管の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る配線基板の概略構成を示す外観斜視図である。
【図１１】図１０の配線基板を示す断面図である。
【図１２】高周波電磁界シミュレータによる解析結果を説明するための説明図である。
【図１３】図１０及び図１１に示す配線基板の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ，１Ｂ…導波管、２Ａ，２Ｂ…管、３…導波層、３ａ…導体、３ｂ…磁性微粒子、１１Ａ，１１Ｂ…配線基板、１３…導波層、１３ａ…導体、１３ｂ…磁性微粒子、１４…接地層、１４ａ…導体、１４ｂ…磁性微粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010021703.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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