(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なるサイズの貫通孔が形成された誘電体層を複数積層し、当該各誘電体層の表面に導体層を設け、前記各誘電体層を積層方向に貫通する導体柱を設け、前記貫通孔が形成された誘電体層の貫通孔側の端面まで導体層を設け、
前記貫通孔のサイズを下層から上層に向けて２以上の誘電体層毎に大きくすることを特徴とするコルゲートホーン。
【請求項２】
前記積層方向での一方端に位置する誘電体層または当該誘電体層を含んで順次に積層された２以上の誘電体層ならびに当該各誘電体層に設けた導体層に代えて金属層を設けたことを特徴とする請求項１記載のコルゲートホーン。
【請求項３】
前記各導体柱の中心と当該導体柱により貫通された誘電体層の貫通孔側の端面との距離を、前記貫通孔を通過する電磁波の中心周波数に対応する波長の１／４の奇数倍としたことを特徴とする請求項１または２記載のコルゲートホーン。
【請求項４】
前記導体柱の断面が長円状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のコルゲートホーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲートホーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のコルゲートホーンは、図９に示すように、ホーンの内壁面に一定間隔で複数のコルゲート溝３０を有する。ホーンの底の部分に導波管７が配置される。コルゲート溝３０のピッチ、深さを適切に設計することで、放射パターンの軸対称性、優れたサイドローブ特性が得られる（特許文献１参照）。
【０００３】
コルゲートホーンの作製法としては、スペース層とフィン層を交互に積み重ねて、メッキする方法がある。その他には、金属切削によりコルゲート溝を作成する方法、溝の型を形成した後に電鋳により作成する方法等があり、いずれも高い寸法精度が求められる（特許文献２参照）。
【０００４】
また、ホーンの作製法としては、セラミックス基板の多層構造と貫通ビアにより作製する方法がある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２７２２０５号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４８４０８号公報
【特許文献３】特許第３４２０４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、テラヘルツ帯では波長がサブミリのオーダとなるため、コルゲート溝の深さが浅く、ピッチ間隔が狭くなる。そのようなコルゲートホーンを作製するには、数十ミクロンオーダの高い寸法精度が求められるため、低コストに作製するのは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで作製可能なコルゲートホーンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、第１の本発明に係るコルゲートホーンは、異なるサイズの貫通孔が形成された誘電体層を複数積層し、当該各誘電体層の表面に導体層を設け、前記各誘電体層を積層方向に貫通する導体柱を設け、前記貫通孔が形成された誘電体層の貫通孔側の端面まで導体層を設け、前記貫通孔のサイズを下層から上層に向けて２以上の誘電体層毎に大きくすることを特徴とする。
【０００９】
例えば、前記コルゲートホーンは、前記積層方向での一方端に位置する誘電体層または当該誘電体層を含んで順次に積層された２以上の誘電体層ならびに当該各誘電体層に設けた導体層に代えて金属層を設けたものとすることができる。
【００１０】
例えば、前記各導体柱の中心と当該導体柱により貫通された誘電体層の貫通孔側の端面との距離を、前記貫通孔を通過する電磁波の中心周波数に対応する波長の１／４の奇数倍とすることができる。
【００１１】
例えば、前記導体柱の断面を長円状とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異なるサイズの貫通孔が形成された誘電体層を複数積層し、当該各誘電体層の表面に導体層を設け、前記各誘電体層を積層方向に貫通する導体柱を設け、前記貫通孔が形成された誘電体層の貫通孔側の端面まで導体層を設けることで、低コストで作製可能なコルゲートホーンを提供することができる。また、前記各導体柱の中心と当該導体柱により貫通された誘電体層の貫通孔側の端面との距離を、前記貫通孔を通過する電磁波の中心周波数に対応する波長の１／４の奇数倍とすることで、その電磁波に適したコルゲートホーンを提供できる。また、前記積層方向での一方端に位置する誘電体層または当該誘電体層を含んで順次に積層された２以上の誘電体層ならびに当該各誘電体層に設けた導体層に代えて金属層を設けることで、ゲインを平坦化（広帯域化）することができる。また、前記導体柱の断面を長円状とすることで、電磁波の漏れの影響による損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係るコルゲートホーンの平面図である。
【図２】図１のＡＡ線矢視図である。
【図３】図２の部分Ｂの拡大図である。
【図４】実施例１に係るコルゲートホーンの特性をシミュレーションで計算した計算結果を示す図である。
【図５】実施例２に係るコルゲートホーンの断面を示す図である。
【図６】図５の部分Ｃの拡大図である。
【図７】第１、第２実施例に共通な変形例に係る導体柱５の形状および配置を示す図である。
【図８】コルゲートホーン１の実装の一態様を示す図である。
【図９】従来のコルゲートホーンの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
［実施例１］
図１は、実施例１に係るコルゲートホーンの平面図であり、図２は、図１のＡＡ線矢視図であり、図３は、図２の部分Ｂの拡大図である。
【００１６】
コルゲートホーン１は、異なるサイズの貫通孔２１が形成された誘電体層２を複数積層し、各誘電体層２の表面に導体層３（図２では図示省略）を設け、各誘電体層２を積層方向に貫通する導体柱５を設けた構成である。このような構成とすることで、例えば、階段状に徐々に開口が広くなるホーン状かつ長方形のキャビティ６が形成される。コルゲートホーン１への給電のため、キャビティ６の底の部分に導波管７が配置される。例えば、導波管７を伝わった電磁波がキャビティ６を通過し、自由空間に放出される。または、キャビティ６で受信された電磁波が導波管７に導波される。
【００１７】
図２、図３では、貫通孔２１のサイズが３層ごとに広くなっており、ホーン内壁が階段状となっている。貫通孔２１のサイズは、１層、２層ごとに変えてもよく、また、３層以上でもよい。１つの誘電体層２および該誘電体層２に設けた導体層３で１層と数える場合、全体の層数は、例えば、１０〜４０層である。層数が多いほどホーン長が長くなり、ホーンの利得を増大させることができる。
【００１８】
誘電体層２は、例えば、誘電体で形成した基板であり、その厚さは、数十〜数百ミクロンである。誘電体層２の材料はセラミックスや、ガラスフィラーを混入したセラミックス混合材料や、ポリイミド等のポリマー材料でもよいが、誘電損失が小さい材料が望ましい。なお、セラミックス材料を使用する場合、積層後に高温で焼成を行う。
【００１９】
導体層３は異なるサイズの貫通孔２１が形成された誘電体層２の端面２２まで形成され、コルゲート溝のフィン部を構成している。また、各層の導体層３は導体柱５により電気的に導通されている。導体層３の厚さは、数〜数十ミクロンであり、シルクスクリーン印刷やその後のメッキ処理により形成される。導体層３の材料は金、銀、タングステン、銅などである。
【００２０】
１つの誘電体層２を複数の導体柱５が貫通しており、誘電体が充填されたコルゲート溝の底部を構成している。例えば、誘電体層２の貫通孔２１の周囲に円柱状のビアが所定の間隔で形成され、ビアに金属が充填され、これが導体柱５となる。なお、導体柱５およびビアの形状は四角柱等でもよく、間隔は必ずしも同一である必要はない。キャビティ６を伝わる電磁波の一部は、誘電体層２に侵入する。導体柱５は、その侵入した電磁波をキャビティ６へ反射する。導体柱５で反射せずに導体柱５の間を電磁波が漏れるのを抑制するためには、導体柱５の間隔は電磁波の中心周波数に対応する波長の１／１０（１／１０波長）以下であることが望ましい。
【００２１】
また、誘電体層２の貫通孔２１側の端面２２に最も近い導体柱５については、その中心と当該端面２２との距離Ｄは、電磁波（貫通孔２１（キャビティ６）を通過する電磁波）の中心周波数に対応する波長の１／４の奇数(2n+1:n=0,1,2,…)倍とすることが望ましい。誘電体層２の実効誘電率をεeff=(1+εr)/2、誘電体層２中の波長をλeff=λ/εeff0.5とすると、125umが１／４波長に相当する。実際には、電磁波の実効的な反射点は導体柱５の間隔や導体柱５の径にも依存しており、数値計算により最適な距離Ｄが求められる。例えば、誘電率6.8で誘電体層２の厚さが100um、導体柱５の径が100um、中心周波数が300GHzとすると、距離Ｄは200um程度である。
【００２２】
図４は、実施例１に係るコルゲートホーンの特性をシミュレーションで計算した計算結果を示す図である。
【００２３】
実施例１では、Ｅ面の放射パターンとＨ面の放射パターンについては軸対称性が良く、コルゲートホーンの特徴である放射パターンの軸対称性や優れたサイドローブ特性が得られる。なお、図３に示すステップ幅Ｌは、放射パターンや帯域特性が所望となるように適宜調整するパラメータであり、必ずしも全ての層で一定である必要はない。
【００２４】
［実施例２］
図５は、実施例２に係るコルゲートホーンの断面を示す図であり、図６は、図５の部分Ｃの拡大図である。
【００２５】
実施例１のコルゲートホーンとの相違点は、図３において、貫通孔２１のサイズが最小である３つの誘電体層２（積層方向での一方端に位置する誘電体層２を含んで順次に積層された３つの誘電体層２）、ならびに当該各誘電体層２に設けた導体層３に代えて、図５、図６に示すように、金属層８を設けたことである。１つの誘電体層２および該誘電体層２に設けた導体層３で１層と数える場合、３層分が金属層８に代わったことになる。なお、この層数は、３に限らず、１、２または４以上でもよい。
【００２６】
金属層８は、例えば、切削加工やエッチングにより貫通孔を形成したメタルシートである。
【００２７】
導波管７に接続される第１層付近は電界密度が高く、電磁波の周波数が高くなると、導体柱５の間からの電磁波の漏れの影響による損失が増大する。導体柱５として金属を充填するビアの間隔は、数十umが製造上限界であるため、特に電界密度が高い第１層付近に金属層８が設けられる。これにより、電磁波の漏れ防止の効果を、第１実施例に比べて高めることができる。また、損失の周波数特性を平坦化し、即ちゲインの平坦性を高めることもできる。金属層８の厚さは適宜設計する事項であるが、例えば波長の１／４程度である。金属層８の貫通孔はテーパー状である方がよい。こうすることで、第１実施例に比べて、その段差や導波管７との接続により生じるインピーダンスの不連続による反射の影響を低減できる。
【００２８】
（変形例）
さて、第１、第２実施例に共通なことであるが、導波管７の長辺側は進行方向に電流が発生し、長辺中心で電界強度が高くなる。導波管７に接続される第１層以外の層であっても、電界の漏れによる損失が生じる。
【００２９】
図７は、第１、第２実施例に共通な変形例に係る導体柱５の形状および配置を示す図である。
【００３０】
第１、第２実施例の導体柱５は、円柱または四角柱と説明したが、断面が長円状のものとしてもよい。つまり、誘電体層２には長円状のスリット孔を形成し、スリット孔内にはビアと同様に金属を充てんする。これにより、断面が長円状の導体柱５が形成される。このような形状の導体柱５により、導体柱５の間からの電磁波の漏れの影響による損失を低減できる。なお、図７では、断面が長円状の導体柱５を、貫通孔２１の長辺および短辺付近に配置したが、どちらか一方の辺の付近に配置しても効果が生じるのは明らかである。また、断面が長円状の導体柱５の間に、円柱状の導体柱５を配置してもよく、このような配置によって、より電磁波の漏れを低減することが可能である。
【００３１】
図８は、コルゲートホーン１の実装の一態様を示す図である。
【００３２】
コルゲートホーン１は、例えば、高周波集積回路（MMIC）１０を実装するために積層された複数の配線基板１１（全体としてLTCC基板１１Ａという）および各配線基板１１の表面に設けた導体層（図示せず）を、図１等の誘電体層２および導体層３として構成される。
【００３３】
MMIC１０は、電磁波の送受信に用いる増幅器等を含み、キャビティ６と高効率に結合するように構成されたカプラ１３に接続される。MMIC１０は、金属などの蓋１４で被われる。このように、MMICをLTCC基板上に実装し，コルゲートホーン１と組み合わせてモジュール化してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…コルゲートホーン
２…誘電体層
３…導体層
５…導体柱
６…キャビティ
７…導波管
８…金属層
１０…MMIC
１１…配線基板
１１Ａ…LTCC基板
１３…カプラ
１４…蓋
２１…貫通孔
２２…端面
３０…コルゲート溝
【図１】
0005580437.tif 000002
【図２】
0005580437.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005580437.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005580437.tif 000007
【図７】
0005580437.tif 000008
【図８】
0005580437.tif 000009
【図９】
0005580437.tif 000010