(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＢＧの出現周波数帯を容易に変化させることができるフォトニック結晶デバイスを提供する。【解決手段】フォトニック結晶デバイスは、第１の面内において誘電率が周期的に変化する第１の格子構造を有する第１の誘電体基板１０２と、第２の面内において誘電率が周期的に変化する第２の格子構造を有する第２の誘電体基板１０５と、第１の格子構造と第２の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、第１の格子構造および第２の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部とを備え、第１の誘電体基板１０２および第２の誘電体基板１０５が積層されている。また、第１の誘電体基板１０２には、導体線路、コプレナ線路、またはスロット線路が形成されている。【選択図】図２３
2006320015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面内において誘電率が周期的に変化する第１の格子構造を有する第１の誘電体基板と、
第２の面内において誘電率が周期的に変化する第２の格子構造を有する第２の誘電体基板と、
前記第１の格子構造と前記第２の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、前記第１の格子構造および前記第２の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部と、
を備え、
前記第１の誘電体基板および前記第２の誘電体基板が積層されており、
前記第１の誘電体基板には、導体線路、コプレナ線路、またはスロット線路が形成されているフォトニック結晶デバイス。
【請求項２】
前記第１の誘電体基板に導体線路が形成されている、請求項１に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項３】
前記第１の格子構造は、前記導体線路の近傍に周期的に配置された導電体層から形成されている、請求項２に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項４】
前記第１の格子構造は、前記導体線路に周期的に設けられた開口部から形成されている、請求項２に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項５】
前記第１の格子構造は、前記導体線路に周期的に設けられたビアホールから形成されている、請求項２に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項６】
前記導体線路に開口部が周期的に設けられている、請求項５に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項７】
前記第１の格子構造は、前記導体線路上に周期的に設けられた誘電体片から形成されている、請求項２に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項８】
前記第１の誘電体基板にコプレナ線路が形成されている、請求項１に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項９】
前記コプレナ線路の中央の導体に周期構造が設けられている、請求項８に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１０】
前記コプレナ線路の線路外導体に周期構造が設けられている、請求項８に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１１】
前記コプレナ線路の中央の導体上に誘電体の周期構造が設けられている、請求項８に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１２】
前記コプレナ線路の中央の導体または線路外導体の下方にビアホールが周期的に設けられている、請求項８に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１３】
前記第１の誘電体基板にスロット線路が形成されている、請求項１に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１４】
前記スロット線路中の導体が周期的に形成されている、請求項１３に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１５】
前記スロット線路の端部を規定する導体のエッジに周期的構造が形成されている、請求項１３に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１６】
前記スロット線路の線路外導体の下方にビアホールが周期的に形成されている、請求項１３に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項１７】
前記スロット線路上に誘電体が周期的に設けられている、請求項１３に記載のフォトニック結晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変フォトニック結晶構造を備えるフォトニック結晶デバイスに関している。
【背景技術】
【０００２】
１〜３次元格子を有する種々のフォトニック結晶が報告されている。最も単純な構造を有するフォトニック結晶は、誘電率が相互に異なる２種類の誘電体薄膜を交互に積層することによって作製されている。
【０００３】
図２８を参照しながら、非特許文献１に開示されている１次元フォトニック結晶の構成を説明する。図示されている１次元フォトニック結晶１２０１は、交互に積層された低誘電率層１２０２および高誘電率層１２０３を有している。低誘電率層１２０２および高誘電率層１２０３は、電磁波１２０４を透過する誘電材料から形成されている。
【０００４】
図２８の例では、フォトニック結晶の単位格子（格子定数ａ）が一対の低誘電率層１２０２および高誘電率層１２０３によって形成されており、複数の単位格子がｚ軸方向に沿って配列することにより、１次元の周期構造が形成されている。
【０００５】
以下、１次元フォトニック結晶１２０１の動作を説明する。
【０００６】
ｚ軸方向に伝播してきた電磁波１２０４が１次元フォトニック結晶１２０１の下面に垂直に入射すると、電磁波１２０４の周波数によっては１次元フォトニック結晶１２０１を透過することができない。このように電磁波１２０４が透過できない周波数域（禁止周波数帯）は、フォトニックバンドギャップ（Photonic Band Gap: PBG）と称される。ＰＢＧは、通常の結晶内における電子のバンドギャップに類した性質を有しており、フォトニック結晶の構造に依存する。１次元フォトニック結晶１２０１におけるＰＢＧの周波数帯は、低誘電率層１２０２および高誘電率層１２０３の誘電率、ならび格子定数ａの大きさに依存して変化する。
【０００７】
ＰＢＧが現れる理由は、以下の通りである。
【０００８】
１次元フォトニック結晶１２０１における低誘電率相１２０２と高誘電率の相１２０３との界面では、入射した電磁波１２０４の一部が反射され反射波が生成される。１次元フォトニック結晶１２０１には多数の界面が存在するので、多数の反射波が生じる。電磁波１２０４の波長と格子間隔ａが整合し、反射波が同位相で重ね合わせられる場合、各反射波は干渉し、減衰することなく強め合うことになる。この場合に、電磁波１２０４の伝搬方向に沿って充分に多くの単位格子が存在していると、入射した電磁波１２０４は略完全に反射されることになる。より詳細には、ある界面から反射波と、その界面に隣接する他の界面からの反射波との間に存在する位相差が±２πの整数倍となるとき、電磁波１２０４の各界面からの反射波は全て強め合い、フォトニック結晶１２０１全体として強い反射波を生じることになる。
【０００９】
十分な個数の単位格子を配置すれば、フォトニック結晶１２０１は、受動回路であることとエネルギ保存則より、透過波はゼロとなるため、ＰＢＧが形成される。
【００１０】
フォトニック結晶の特徴は、光学分野のみならず、様々な方面で適用されている。例えば、高周波分野においては、アンテナの放射特性の改善や、線路間のクロストークの低減構造として適用されつつある。
【００１１】
誘電体基板上に導電体パターンを形成したマイクロストリップアンテナの特性をフォトニック結晶によって改善することが検討されている。通常のマイクロストリップアンテナでは、その強いＥ面指向性により、誘電体基板の表面に平行な方向に放射される電磁波の電界成分が誘電体基板の表面波モードと結合しやすい。このため、放射に寄与しない電力漏洩が生じやすく、誘電体基板のエッジで回折波を生じるので、アンテナ指向性が乱れるという問題がある。
【００１２】
このような問題を解決するには、フォトニック結晶をアンテナ周囲に配置することが有効である。ＰＢＧをアンテナの動作周波数に一致させておけば、誘電体基板の表面に平行な方向には電磁波が伝搬することができないため、放射に寄与しない電力漏洩を抑制することが可能である。
【非特許文献１】Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｄ．Ｍｅａｄｅ  ａｎｄ  Ｊｏｓｈｕａ  Ｎ．Ｗｉｎｎ著、藤井  壽崇、井上  光輝  共訳「フォトニック結晶―光の流れを型にはめ込む―」、コロナ社、２０００年１０月２３日発行初版第１刷、ＩＳＢＮ４-３３９-００７２７-７、４２頁図３．１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のフォトニック結晶には、格子定数ａを動的に変化させることができないという問題がある。すなわち、ＰＢＧの出現周波数を随時変化させることができない。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、ＰＢＧの出現周波数帯を容易に変化させることができるフォトニック結晶デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のフォトニック結晶デバイスは、第１の面内において誘電率が周期的に変化する第１の格子構造を有する第１の誘電体基板と、第２の面内において誘電率が周期的に変化する第２の格子構造を有する第２の誘電体基板と、前記第１の格子構造と前記第２の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、前記第１の格子構造および前記第２の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部とを備え、前記第１の誘電体基板および前記第２の誘電体基板が積層されており、前記第１の誘電体基板に導体線路、コプレナ線路、またはスロット線路が形成されている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記第１の誘電体基板に導体線路が形成されている。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第１の格子構造は、前記導体線路の近傍に周期的に配置された導電体層から形成されている。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記第１の格子構造は、前記導体線路に周期的に設けられた開口部から形成されている。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記第１の格子構造は、前記導体線路に周期的に設けられたビアホールから形成されている。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記導体線路に開口部が周期的に設けられている。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記第１の格子構造は、前記導体線路上に周期的に設けられた誘電体片から形成されている。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記第１の誘電体基板にコプレナ線路が形成されている。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記コプレナ線路の中央の導体に周期構造が設けられている。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記コプレナ線路の線路外導体に周期構造が設けられている。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記コプレナ線路の中央の導体上に誘電体の周期構造が設けられている。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記コプレナ線路の中央の導体または線路外導体の下方にビアホールが周期的に設けられている。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記第１の誘電体基板にスロット線路が形成されている。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記スロット線路中の導体が周期的に形成されている。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記スロット線路の端部を規定する導体のエッジに周期構造が形成されている。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記スロット線路の線路外導体の下方にビアホールが周期的に形成されている。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記スロット線路上に誘電体が周期的に設けられている。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のフォトニック結晶デバイスは、格子構造を有する少なくとも２枚の誘電体基板の相対的な配置関係を変化させることができるため、複合した格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を動的に制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明のフォトニック結晶デバイスは、第１の面内において誘電率が周期的に変化する第１の格子構造を有する第１の誘電体基板と、第２の面内において誘電率が周期的に変化する第２の格子構造を有する第２の誘電体基板とを備えている。
【００３４】
本発明では、第１および第２の格子構造の組み合わせ（積層）によってフォトニックバンド構造を形成し、しかも、このフォトニックバンド構造を動的に変化させることができる。より詳細に説明すると、本発明のフォトニック結晶デバイスは、積層された第１の格子構造と第２の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させ得る可動部を備えており、第１の格子構造と第２の格子構造との間の相対的な配置関係を調節することにより、上記のフォトニックバンド構造を変化させることを可能にしている。
【００３５】
好ましい実施形態では、第１および第２の誘電体基板の少なくとも一方が回転可能な状態にある。第１および第２の誘電体基板は、例えば表面に導体線が周期的に配列された１次元または２次元の格子構造を有しているが、他の周期的構造を有していてもよい。
【００３６】
本明細書では、上述の第１および第２の誘電体基板を、それぞれ、「第１格子基板」および「第２格子基板」と称する場合がある。ここで、「格子基板」とは、表面に平行な方向に周期的に実効的な誘電率が変化する基板を広く含むものとする。この周期は、本発明のフォトニック結晶デバイスの動作周波数に応じて規定される。より詳細には、上記の周期は、フォトニック結晶デバイスの使用状況に基づいて後述の諸式を用いて決定される設計パラメータである。この周期は、動作周波数の上限値において、フォトニック結晶デバイス中を通過する電磁波の実効的伝搬波長の半分以下に設定される。
【００３７】
なお、誘電体基板の表面に平行な一定の方向に沿って周期的に実効誘電率が変化する格子基板を、「１次元格子基板」と称することとする。誘電体基板の表面を複数の領域に区分した場合において、各領域で異なる方向に沿って実効誘電率が周期的に変化する格子基板も、本明細書では「１次元格子基板」と称することとする。
【００３８】
以下、図面を参照しながら、まず、本発明によるフォトニック結晶デバイスの参考形態を説明する。
【００３９】
（参考形態１）
まず、図１を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第１の参考形態を説明する。図１は、本参考形態のフォトニック結晶デバイス１０１の概略構成を示す斜視図である。
【００４０】
フォトニック結晶デバイス１０１は、４つの板状または層状の部材（以下、「板状部材」という。）が積層された構造を有している。４つの板状部材は、それぞれ、回路基板（厚さ：ｔ１）１０２、第１格子基板（厚さ：ｔ２）１０４、第２格子基板（厚さ：ｔ３）１０５、および接地板１０６である。図１では、板状部材のそれぞれが広く離れているように記載されているが、実際には、これらの部材は近接または接触する状態で配置される。
【００４１】
回路基板１０２は、誘電体ベース（誘電体層）と、その上面に形成された直線状の導体線路１０３とを有している。第１および第２格子基板１０４、１０５は、いずれも、誘電体ベース（誘電体層）と、一方の面に設けられた１次元格子とを有している。接地板１０６は、金属などの導電性材料から形成されている。
【００４２】
回路基板１０２、第１格子基板１０４、および第２格子基板１０５の厚さｔ１、ｔ２、およびｔ３は、次の式（１）を満足するように決定される。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≪ｈmax＝６．７４ｔａｎ-1εr／（ｆ｛εr−１｝1/2）・・・（式１）
【００４３】
ここで、ｆ［ＧＨｚ］は、本発明のフォトニック結晶デバイスの動作周波数の上限値であり、εrは、各基板の平均誘電率である。
【００４４】
ｔ１、ｔ２、ｔ３の上限は上記の式１に基づいて決定されるが、下限は機械的強度によって規定される。誘電体ベースが極端に薄くなりすぎると、基板の機械的強度が著しく低下するためである。
【００４５】
回路基板１０２、第１格子基板１０４、および第２格子基板１０５における誘電体ベースは、誘電損失によるエネルギ散逸を抑制するため、動作周波数で低い誘電損失を示す誘電体材料から形成されることが好ましい。周波数がミリ波帯の高周波信号を本参考形態のフォトニック結晶デバイスで処理する場合、基板１０２、１０４、１０５の誘電体材料は、例えば、フッ素樹脂、アルミナセラミックス、溶融石英、サファイア、高抵抗シリコン、およびＧａＡｓから好適に選択される。基板１０２、１０４、１０５の表面で発生する平行平板モードの電磁波の電力漏洩を抑制するためには、積層される基板１０２、１０４、１０５の誘電体ベースは、いずれも、同一の誘電率および透磁率を有していることが好ましい。
【００４６】
回路基板１０２の導体線路１０３は、接地板１０６をグランドとするマイクロストリップ線路として動作する。図１のフォトニック結晶デバイスでは、高周波信号を導体線路１０３の一端から受けとり、導体線路１０３の他端から出力することになる。
【００４７】
ここで、第１格子基板１０４および第２格子基板１０５の代わりに、一様な誘電体層（厚さｔ２＋ｔ３）が回路基板１０２と接地板１０６との間に挿入されている場合を考える。この場合は、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３の厚さを有する単一の誘電体基板の上面に導体線路１０３が形成され、下面に接地板１０６が貼り付けられたマイクロストリップ線路と同様に動作することになる。
【００４８】
これに対し、本参考形態のフォトニック結晶デバイス１０１では、マイクロストリップ線路の誘電体部分がフォトニック結晶を有しており、しかも、このフォトニック結晶のバンド構造が、後に詳しく説明するように、第１格子基板１０４および第２格子基板１０５の相対的な配置関係を変化させることにより、可変に制御される。
【００４９】
一般に、マイクロストリップ線路は、広い範囲の周波数帯の信号を伝送することが可能であり、特に顕著な波長選択性を示しはしない。しかし、マイクロストリップ線路を高周波信号が伝搬しているときに発生する電磁界のエネルギは、主に導体線路１０３と接地板１０６に挟まれた誘電体層の内部に閉じ込められるため、フォトニック結晶構造が誘電体部分の中に存在していると、導体線路１０３を流れる信号の伝搬状態に大きな影響を与えることができる。このことを利用すると、特定波長帯域の高周波信号の伝搬を阻止する機能を付与することができる。
【００５０】
図１に示される第１格子基板１０４および第２格子基板１０５は、いずれも、同一サイズの円盤形状を有しており、基板中心を通る軸（以下、「ｚ軸」と称する。）の周りに回転することができる。第１格子基板１０４および第２格子基板１０５は、いずれも、ｚ軸に垂直なｘｙ面内に平行である。
【００５１】
本参考形態の第１および第２格子基板１０４、１０５は、いずれも、ストライプ状の導体線が周期的に配列された１次元格子構造を有しているため、第１および第２格子基板１０４、１０５の一方をｚ軸周りに回転させると、２組のストライプ状導体線がなす角度を任意の大きさに変化させることができる。図１に示す例では、第１格子基板１０４の１次元格子構造が形成されている面（下面）が、第２格子基板１０５の１次元格子構造が形成されている面（上面）と対向している。
【００５２】
図２は、第１および第２格子基板１０４、１０５によって得られる複合的な格子パターンを示す図であり、この格子パターンをｘｙ面に投影した平面図である。ここで、第１格子基板１０４の格子間隔をｄ１、第２格子基板１０５の格子間隔をｄ２とする。図中、角度θは、交差するストライプ状導体線がなす角度である。
【００５３】
図２に示されるように、２つの１次元格子が交差すると、２次元モアレ縞が形成される。図２において、両格子パターンが交差する点（以下、「格子点」と称する。）の配列周期および配列方向は、格子間隔ｄ１、ｄ２および角度θに依存している。
【００５４】
第１格子基板１０４上に固定された直交座標系において、各格子ベクトルａ１およびａ２は、それぞれ、以下の式で与えられる。
ａ１=（ｄ２／ｓｉｎθ、０）
ａ２=（ｄ１／ｔａｎθ、ｄ１）
【００５５】
各格子ベクトルの大きさ|ａ１|および|ａ２|は、以下の式で与えられる。
|ａ１|=ｄ２／ｓｉｎθ
|ａ２|=ｄ１／ｓｉｎθ
【００５６】
図２に示される格子パターンは、格子定数|ａ１|、|ａ２|を有する２次元の斜方格子に相当する。
【００５７】
フォトニック結晶の格子点と電磁界とが相互作用をする場合、フォトニック結晶の並進対称性から、磁界分布はブロッホ関数で表されることになる。その波数ベクトルは、逆格子空間において、ａ１、ａ２に対応する逆格子ベクトルを単位とした並進対称性を有するようになる。
【００５８】
均一な誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路上を伝搬する高周波信号の波数ベクトルと、同一周波数で自由空間中を伝播する電磁波の波数ベクトルの比は、誘電体基板が周波数依存性を示さないかぎり、強い周波数依存性を有し得ない。しかし、誘電体基板中にフォトニック結晶の格子構造を付加すると、波数ベクトルの並進対称性が発生するため、波数ベクトルの比は強い周波数依存性および方向依存性を有することになる。しかも、格子点とマイクロストリップ線路上を伝播する電磁界との相互作用により、各格子点によって散乱波が発生し、それらの散乱波が同相共振条件（ブラッグの反射条件）を満足すると、その波数ベクトルでの電磁波の伝搬が不可能となる伝搬不可周波数帯、すなわち、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）が形成される。
【００５９】
ＰＢＧの周波数域は、マイクロストリップ線路上を伝播する高周波信号が形成する電磁界と格子点（単位格子）との相互作用の大きさに依存する。この相互作用が大きくなり、その結果として散乱波強度が強くなるほど、広い周波数域でＰＢＧが発生する。
【００６０】
ＰＢＧの周波数域は、逆格子空間における並進対称性に依存する。また、その対称性が格子構造によって決定される。このため、格子構造を変化させることにより、ＰＢＧを変化させることができる。前述のように、格子構造の変化は、第１格子基板１０４と第２格子基板１０５との相対的な配置関係（典型的には、角度θ）を変化させることにより、実行可能である。
【００６１】
本参考形態では、異なるレベルに位置する２層の格子構造が複合してフォトニック結晶構造が形成されるが、２層の格子構造は相互に接している必要は無い。すなわち、２つの格子面の間隔ｇは、以下の関係を満たす範囲で自由に設定可能である。
０≦ｇ≦ｈmax−（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）                    ・・・（式２）
【００６２】
設定の方法は、まず、式（１）の右辺から基板全体厚さの上限値ｈmaxを見積もる。次に、機械的強度からｔ１、ｔ２、ｔ３を決定する。そして、最後にｇの上限値が式（２）の右辺より決定されるので、適当なｄを決定することができる。例えば、アルミナ基板を用いる場合、周波数３０ＧＨｚ程度の高周波信号を処理する状況下では、以下のようになる。
【００６３】
まず、ｈmax≒１．１ｍｍであるので、（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）の上限値を６００μｍと
する。アルミナ基板の機械的強度を考えると、ｔ１、ｔ２、ｔ３は、いずれも１５０μｍは必要である。したがって、２層の格子面間隔（交差部における間隔）は、０ｍｍ以上１５０μｍ（＝６００μｍ−１５０μｍ×３）以下の範囲に設定される。
【００６４】
（格子基板の構成例）
次に、図３を参照しつつ、フォトニック結晶構造を形成する格子基板を説明する。
【００６５】
本参考形態で用いる誘電体基板は、比誘電率２．１７、誘電正接０．００１の誘電体材料から形成されている。マイクロストリップ線路の誘電体層の合計厚さ（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）は、１２７＋１２７μｍに設定している。上部層の厚さ１２７μｍは、回路基板１０２の厚さｔ１と第１格子基板゜１０４の厚さｔ２とを合計した値であり、下部層の厚さ１２７μｍは、第２格子基板１０５の厚さｔ３に等しい。なお、図３では、簡単のため、接地板の記載は割愛し、また格子パターンの厚さは無視している。
【００６６】
格子基板１０４、１０５の格子線幅（導体線路の幅）は、いずれも、０．３ｍｍであり、格子定数ｄ１、ｄ２は、いずれも１ｍｍ（＝ストライプ幅０．３ｍｍ＋格子間隔０．７ｍｍ）に設定している。一方、回路基板１０２上の導体線路１０３の幅は、インピーダンスが５０Ωとなるように０．８ｍｍに設定している。これらの導体線路は、いずれも、厚さ１８μｍの銅箔を写真製版技術によってパターニングすることによって形成され得る。
【００６７】
導体線路１０３の長手方向と第１格子基板１０４上の格子方向との間の角度をθ１とし、導体線路１０３の長手方向と第２格子基板１０５上の格子方向との間の角度θ２とする。このとき、２つの角度のセット（θ１、θ２）によって格子パターンを規定することができる。
【００６８】
図４（ａ）は、（θ１、θ２）＝（４５°、４５°）の格子パターンを示しており、図４（ｂ）は、（θ１、θ２）＝（６７．５°、６７．５°）の格子パターンを示しており、図４（ｃ）は、（θ１、θ２）＝（２２．５°、２２．５°）の格子パターンを示している。
【００６９】
図４（ａ）から（ｃ）に示す配置におけるフォトニック結晶の特性を電磁界解析により求めた。解析は、Ｚｅｌａｎｄ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｉｎｃ．社製の電磁界解析シミュレターＩＥ３ＤＲｅｌｅａｓｅ１０により行った。解析モデルとしては、図３示す寸法を有する基板構造（平面サイズ：５ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた。計算を遂行する上で必要となるメッシュ分割数は２０本／１波長に設定した。この「１波長」は、誘電体基板を構成する誘電体と同一の誘電体によって満たされた空間を５０ＧＨｚで伝搬する電磁波の波長（約３．４ｍｍ）に等しい。
【００７０】
図５は、図４（ａ）から（ｃ）に示す各格子パターンが形成されたフォトニック結晶デバイスの導体線路１０３について求めた通過損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ  ｌｏｓｓ）の周波数依存性を示すグラフである。
【００７１】
図５から明らかなように、通過損失が相対的に高い周波数域が存在し、この周波数域は格子パターンによって変化している。通過損失が相対的に高い周波数域は、ＰＢＧに対応している。
【００７２】
図５に示されるように、（θ１、θ２）＝（４５°、４５°）の場合におけるＰＢＧに比べ、（θ１、θ２）＝（６７．５°、６７．５°）の場合におけるＰＢＧが低周波側にシフトしている。また、（θ１、θ２）＝（６７．５°、６７．５°）の場合におけるＰＢＧに比べ、（θ１、θ２）＝（２２．５°、２２．５°）の場合におけるＰＢＧが低周波側にシフトしている。
【００７３】
これは、導体線路１０３を伝搬する高周波信号が感じるフォトニック結晶の格子間隔が（θ１、θ２）＝（４５°、４５°）→（６７．５°、６７．５°）→
（２２．５°、２２．５°）の順に大きくなっていることに起因する。ＰＢＧは、フォトニック結晶の格子間隔が高周波信号の半波長に相当する周波数を中心に有している。
【００７４】
図４（ｂ）の格子パターンを図４（ｃ）の格子パターンと比較するとわかるように、（θ１、θ２）＝（６７．５°、６７．５°）の格子パターンと（θ１、θ２）＝（２２．５°、２２．５°）の格子パターンとは、格子の方位が異なる点を除けば、同一のフォトニック結晶を形成する。しかし、図５に示されるように、ＰＢＧは、大きく異なる周波数帯に出現している。
【００７５】
一般に、結晶中の波数は、逆格子空間中での波の伝搬方向にも大きく依存する。ここでは、格子に対する導体線路１０３の向きが波（高周波信号）の伝搬方向を決めているため、上記の相違が発生する。したがって、第１格子基板および下側一次元格子基板の相対的な配置関係を固定した後でも、これら両基板に対する導体線路１０３の向きを変えることにより、ＰＢＧを動的かつ適応的に変化させることも可能である。
【００７６】
なお、第１格子基板１０４と第２格子基板１０５は、接触している必要は無い。第１格子基板１０４の下面と、第２格子基板１０５の上面との間に、他の誘電体層が存在してもよい。
【００７７】
図１に示す例では、第１格子基板１０４の格子パターンは、誘電体ベースの下面に形成されているが、この格子パターンは誘電体ベースの上面に形成されてよいし、また、上面および下面の両方に形成されていてもよい。また、接地板１０６は、第２格子基板１０５から分離可能な部品から形成される必要は無く、接地板１０６が第２格子基板１０５の下面に固定されていても良い。
【００７８】
(格子基板の他の構成例)
図６は、本発明のフォトニック結晶デバイスに用いることのできる格子基板の他の例を示している。この１次元格子基板は、表面に周期的な誘電率変調構造を有している。この誘電率変調構造は、誘電率ε１の誘電体基板１０７の上面に一定周期で並んだストライプ状の溝を形成し、この溝を誘電率ε２の材料で埋め込むことによって作製されている。図７は、誘電体基板１０７の溝の内部は埋められていない格子基板の例を示している。
【００７９】
図８は、格子パターンの他の例を示す平面図である。この格子パターンは、基本的な周期的配列に加え、より高い空間周波数を有する微細構造を備えている。図８は、第１格子基板１０４の格子パターンと、第２格子基板１０５の格子パターンとを重ねることによって得られる格子パターンを示している。
【００８０】
ＰＢＧの周波数は、格子ベクトルで決定されるため、微細構造を有していても、格子ベクトルが不変であれば、ＰＢＧの出現周波数帯に大きな変化は生じない。通常の結晶における単位格子内の原子の分布は、Ｘ線回折実験におけるラウエ斑点の構造因子を決定する
。同様に、フォトニック結晶に微細構造を設けることにより、ＰＢＧの帯域幅やＰＢＧに近接する周波数帯における波数などの「微細構造」を変化させることが可能となる。
【００８１】
図９は、格子パターンの更に他の例を示す平面図である。この格子パターンは、曲線の周期的配列によって構成されている。この場合、フォトニック結晶における格子の対称性は、誘電体基板の面内で分布を持つこととなる。例えば、実際の結晶のバンド構造が結晶に加えられた歪によって変化するように、ＰＢＧを変化させることができる。図９に示す格子パターンを有する誘電体基板を用いて形成したフォトニック結晶では、その状態を表現する変数として、２つの格子ベクトル以外に格子歪の分布の方位と位置がある。格子歪の分布と方位の制御は、第１格子基板１０４と第２格子基板１０５との間にある相対的な配置関係を「回転移動」だけではなく「平行移動」によって調節することによって行なうことができる。
【００８２】
図１０は、格子パターンの更に他の例を示す平面図である。この格子パターンは、領域に応じて異なる格子構造を有している。このように格子構造を有する誘電体基板を用いることにより、「多結晶性」のフォトニック結晶を形成することができる。
【００８３】
発信器や周波数シンセサイザなどは、複数の周波数帯で動作する素子が混在する高周波回路を必要とする。このような高周波回路では、各周波数帯で動作する回路部位を、その動作周波数帯でＰＢＧを発現する結晶領域に配置することが好ましい。そうすることにより、誘電体基板の表面を介する各周波数成分の漏洩を阻止できるため、動的に高いアイソレーション特性が実現できる。
【００８４】
（参考形態２）
以下、図１１を参照しつつ、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第２の参考形態を説明する。本参考形態のフォトニック結晶デバイスは、図２に示される「角度θ」を変化させる可動部（可動機構）を有している。
【００８５】
本参考形態では、矩形の第２格子基板１０５および接地板１０６が一体化され、回路基板１０２と共に不動である。これらは、不図示の筐体に固定されているが、第１格子基板１０４のみが回転可能である。
【００８６】
第１格子基板１０４は、円形の開口部が設けられた誘電体基板３０１と、誘電体基板３０１の開口部内に配置された円盤状の回転格子３０２とに分かれている。誘電体基板３０１の厚さは回転格子３０２の厚さに等しく、回転格子３０２の誘電体基板部分は、誘電体基板３０１を形成する誘電体材料と同一の誘電体材料から形成されていることが好ましい。
【００８７】
誘電体基板３０１の開口部の内径は、回転格子３０２の外径より若干大きく、回転格子３０２のスムーズな回転が可能である。回転格子３０２は、ピボット３０３を上面に有している。回路基板１０２には、このピボット３０３を貫通させるすり割３０４が設けられている。すり割３０４の溝幅は、ピボット３０３の外径よりも大きく、回転格子３０２の回転に伴って円周の一部をピボット３０３が移動できるようにすり割３０４の形状が規定されている。
【００８８】
すり割３０４から上部が露出したピボット３０３を手動または外部駆動源によって横方向に押すことにより、すり割り３０４の内壁面に沿ってピボット３０３をスライドさせると、ピボット３０３の動きに応じて回転格子３０２をｚ軸周りに回動させることができる。
【００８９】
このようにして回転格子３０２を回動させると、第１格子基板１０４と第２格子基板１０５とによって形成される格子パターン（図２）の並進対称性が変化する。これに伴い、第１格子基板１０４と第２格子基板１０５とによって形成されるフォトニック結晶の構造がダイナミックに変化することになる。例えば、高周波信号に対する導体線路１０３の通過特性を調整するとき、ピボット３０３によって回転格子３０２を回動させると、ＰＢＧの出現周波数帯を所望の範囲に変化させることができる。
【００９０】
このような構成を有するフォトニック結晶デバイスによれば、周波数ｆを有する信号と周波数ｆ'を有する不要信号の両方が導体線路１０３に入力するとき、回転格子３０２を
回転させることによってＰＢＧの出現周波数をｆ'に合わせることができる。このような
調節を行なうと、ＰＢＧの働きにより、不要信号が除去された信号を取り出すことが可能になる。
【００９１】
通信装置には、発信器などの非線形素子が内蔵されているが、この非線形素子によって発生する不要信号の発生周波数や強度には、製品毎にばらつきがある。したがって、通信品質の精度を保証するためには、通信装置を製造する際、個々の通信装置ごとに不要な信号を適切に取り除く調整が必要になる。装置毎に発生する特性のばらつきは、特にミリ波帯の高周波信号を扱う場合に大きく、このことが、ミリ波帯の通信機器の製造コストを増大させる原因となっている。
【００９２】
本発明によるフォトニック結晶デバイスを可変フィルタとして用い、高周波回路に挿入すると、フォトニック結晶構造が可変であるため、個々の装置に応じて異なる周波数域で不要信号を除去することが容易になる。このように装置製造時における初期調整のためにフォトニック結晶構造を変化させる場合は、回転格子３０２の駆動を手動で行えば充分である。図１２は回転格子３０２の回転を手３１０１で行う様子を模式的に示している。
【００９３】
（参考形態３）
近年、複数周波数帯における信号の送受を１台の通信機器で行なうマルチモード端末が開発されている。このような端末では、動作モードによって回路中に発生する不要信号の出現周波数が変化する。したがって、動作モードに応じて、ＰＢＧの出現周波数帯を動的かつ適応的に変化させることが好ましい。このような場合、本発明のフォトニック結晶デバイスを内蔵する装置が動作している最中に、そのフォトニック結晶構造を動的に変化させることが求められる。そのような場合は、手動ではなく、モータなどの駆動素子を用いて回転格子３０２を駆動することが好ましい。
【００９４】
以下、図１３を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第３の参考形態を説明する。図１３は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの参考形態を示す。本参考形態の構成は、回転機構を除けば、図１１に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本参考形態における回転機構のみを説明する。
【００９５】
本参考形態では、図１３に示すように、モータ３２０４の回転軸から偏心したピボット３２０２がモータ３２０４に取り付けられている。ピボット３２０２は、クランク３２０３を介して、ピボット３０３に連結されている。クランク３２０３の中央付近には固定軸３２０１が設けられている。モータ３２０４が所定角度だけ回転すると、ピボット３２０３の位置が変化し、クランク３２０３を固定軸３２０１の周りに回動させる。クランク３２０３の回動により、ピボット３０３の位置が変化するため、１次元格子基板が回転する。格子パターンの回転角度の制御精度は、ピボット３０３の制御精度によって決まる。モータ３２０４は、回転角度を高い精度で制御できるものであることが望ましい。そのようなモータとしては、パルスモータなどのステッピングモータが好適である。
【００９６】
この機構によると、ピボット３０３を１往復させるのに必要なモータ３２０４の回転数（以下、「減速比」という。）は１である。このため、図１１に示す回転格子３０２の位置決めを高速に行なうことができる。
【００９７】
（参考形態４）
以下、図１４を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第４の参考形態を説明する。図１４は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの他の参考形態を示す。本参考形態の構成も、回転機構を除けば、図１１に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本参考形態における回転機構のみを説明する。
【００９８】
本参考形態では、モータ３２０４に小平歯車３３０１が接続されている。回転格子３０２には、ピボット３０３を介して大平歯車３３０２が固定されている。大平歯車３３０２は小平歯車３３０１と係合している。
【００９９】
このような機構によると、モータ３２０４の回転運動が大平歯車３３０２を介し回転格子３０２の回転運動に変換される。回転格子３０２の回転角度の制御精度を高めるには、モータ３２０４としてステッピングモータを用いることが好ましい。
【０１００】
（参考形態５）
以下、図１５を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第５の参考形態を説明する。図１５は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの更に他の参考形態を示す。本参考形態の構成も、回転機構を除けば、図１１に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本参考形態における回転機構のみを説明する。
【０１０１】
本参考形態では、モータ３２０４の出力軸にウォームギア３４０１が接続されている。ウォームギア３４０１は大平歯車３３０２と係合している。このような機構によると、減速比が非常に大きいため、モータ３２０４の回転精度が低くても、回転格子の回転角度を高い精度で制御できる。このため、サーボモータなどの安価なモータを用いてもよい。
【０１０２】
本参考形態によれば、図１３および図１４に示す例に比べ、より大きな駆動力を回転格子３０２に与えることができる。回転格子３０２が他の基板から摩擦力を受ける場合、本参考形態の構成が有効である。
【０１０３】
（参考形態６）
以下、図１６を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第６の参考形態を説明する。図１６は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの更に他の参考形態を示す。本参考形態の構成も、回転機構を除けば、図１１に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本参考形態における回転機構のみを説明する。
【０１０４】
本参考形態では、円弧上の圧電体から構成された超音波モータ３５０１を内蔵している。超音波モータ３５０１における圧電体の上面は、回路基板１０２の下面と接触している。圧電体に交流信号を加えると、圧電体のたわみモードに対する進行波が圧電体の長手方向に生じる。この進行波が発生すると、圧電体の上面と回路基板１０２の下面との間の摩擦力により、進行波の進行方向と反対方向の駆動力が発生する。この駆動力により、回転格子３０２を回転させることができる。本参考形態では、必要な部品点数が相対的に少なくなる利点がある。
【０１０５】
（参考形態７）
図１７を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第７の参考形態を説明する。図１７は、マイクロストリップアンテナとして機能する本発明のフォトニック結晶デバイスを示している。
【０１０６】
本参考形態のフォトニック結晶デバイスの回路基板には、マイクロストリップ線路の終端に接続されたアンテナ７０１が設けられている。
【０１０７】
前述したように、通常のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の表面に平行な方向に大きなＥ面指向性を有している。このため、マイクロストリップアンテナでは、電力漏洩が生じやすく、指向性も低い。しかし、本参考形態によれば、アンテナ７０１と接地板との間にフォトニック結晶が配置されているため、基板面に平行なＥ面指向性を抑制することが可能となる。また、アンテナ７０１の共振周波数を含む帯域にＰＢＧを形成することにより、全ての動作モードで良好な通信特性を実現できる。
【０１０８】
（参考形態８）
図１８を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第８の参考形態を説明する。図１８は、可変帯域阻止フィルタとして機能する本発明のフォトニック結晶デバイスを示している。
【０１０９】
本参考形態のフォトニック結晶デバイス（小型可変フィルタ）３６０４は、図１４に示す構成と同様の構成を有しているが、公知の高周波回路の一部に挿入されることにより、所望の周波数域の信号のみを濾波し、減衰させることができる。
【０１１０】
本参考形態では、動力源としてＭＥＭＳモータ３６０１を用いている。ＭＥＭＳは、Ｍｉｃｒｏ-Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍの略語である。ＭＥＭＳモータ３６０１は、公知の半導体プロセスを用いて作製される。ミリ波帯でＰＢＧを発現させることのできるデバイス面積は、１０ｍｍ×１０ｍｍ以下であるため、ＭＥＭＳ技術によって小型化されたモータを好適に用いることができる。
【０１１１】
小型可変フィルタ３６０４の回路基板への実装は、公知の表面実装技術により行なうことができる。具体的には、まず、小型可変フィルタ３６０４を収容可能な形状および大きさの凹部また開口部を備えるマザーボード３６０３を用意する。マザーボード３６０３の厚さは、小型可変フィルタ３６０４の厚さに略等しいことが好ましい。このようなマザーボード３６０３の上記凹部または開口部に、小型可変フィルタ３６０４を挿入する。その後、半田または銀ペーストを介して、小型可変フィルタ３６０４の接地板１０６をマザーボード３６０３のグランドと電気的に接続する。次に、ワイヤボンディング３６０２により小型可変フィルタ３６０４の導体線路１０３をマザーボード３６０３の信号線に接続する。
【０１１２】
図１８に示す例では、回転格子３０２の上には導体線路１０３のみが形成されているが、他の回路素子が回転格子３０２上に形成されていてもよい。本発明は、基板に沿って伝播する信号によって形成される電磁界が、フォトニック結晶として機能する積層誘電体基板に作用するものであれば、多様な用途に用いることができる。
【０１１３】
（参考形態９）
図１９および図２０を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第９の参考形態を説明する。本参考形態のフォトニック結晶デバイスが、図１に示すフォトニック結晶デバイスと異なる点は、第１および第２格子基板１０４、１０５の間に回路基板１０２が挿入されている点にあり、他の点では同一の構成を有している。
【０１１４】
回路基板１０２上の導体線路１０３によって導かれる高周波信号は、導体線路１０３の下側のみならず、上側にも電磁界を形成する。このため、図１９に示すように、回路基板１０２を上下から挟み込むように一対の１次元格子１０４、１０５を配置して、ＰＢＧを発現させることができる。格子基板１０４、１０５の相対的な配置関係を変化させる方法および機構は、前述した通りである。
【０１１５】
図２０は、本参考形態の概略構成を示している。
【０１１６】
接地板１０６、第２格子基板１０５、および回路基板１０２は、積層された状態で固定されており、一枚の小型基板１３０１を形成している。小型基板１３０１の上面には、ミリ波ＩＣ１３０２などの非線形素子が実装されている。また、高周波信号の入出力が行えるよう非線形回路素子の入出力ポートに導体線路１０３が接続されている。
【０１１７】
ミリ波ＩＣ１３０２は、例えば発信器、アップコンバータ、ダウンコンバータ、周波数シンセサイザ、アンプであり得る。入出力ポートの数は、素子の種類に応じて異なるが、図２０では、簡単のため、２つ入出力ポートを有する例が示されている。
【０１１８】
小型基板１３０１をマザーボードへ実装する方法は、図１８を参照しながら説明したように行なうことができる。小型基板１３０１上には、ミリ波ＩＣ１３０２を被覆するようにキャップ１３０３が設けられている。キャップ１３０３は、円盤状の上面部と、この上面部を回転可能に支持する円柱状側面部とを有している。キャップ１３０３の上面部の裏側には、格子パターンが導体線路１０３に対向するように第１格子基板１０４が固定されている。
【０１１９】
ミリ波帯では、非線形素子の性能の個体差が大きい。具体的には、非線形素子で発生する不要な信号の出力レベルや、その周波数域が素子に応じて異なる。そのため、通常はキャップ１３０３の裏面に電波吸収体を貼り付け、不要波を除供することが行われる。しかしながら、試行錯誤法により、個体差に応じて電波吸収体の量や接着位置の調整を行わざるを得ず、製造コストが高くなるという問題がある。
【０１２０】
本参考形態では、小型基板に非線形素子を実装し、金属キャップで封止した後でも、第１格子基板１０４を回転させることが可能であるため、ＰＢＧの出現周波数帯を調整することができる。その結果、デバイスからの不要成分の出力を適切に抑圧することが可能となる。このような微調整は、小型基板１３０１をマザーボード上に実装した後においてでも可能である。
【０１２１】
第１格子基板１０４の駆動は手動によっても、またモータによって行っても良い。
【０１２２】
本参考形態では、導体線路１０３が接地板１０６とともにマイクロストリップ線路を形成するが、図２１に示すように、コプレナ線路１４０１を用いてもよい。コプレナ線路１４０１をグランデッドコプレナ線路として用いる場合、接地板１０６が必要であるが、通常のコプレナ線路として用いる場合は、接地板１０６を省略できる。図２２は、スロット線路を示している。スロット線路も接地板１０６が不要である。
【０１２３】
（実施形態）
図２３を参照しつつ、本発明によるフォトニック結晶デバイスの実施形態を説明する。上記各実施形態では、回路基板には１次元格子が形成されていないが、本実施形態では、回路基板上に導体線路ととも１次元格子を形成している。言い換えると、第１および第２誘電体基板の一方に導体線路を形成し、その誘電体基板を「回路基板」としても機能させる。また、本実施形態では、このような回路基板（格子構造と導体線路の両方を有する誘電体基板）に、他の格子構造を有する誘電体基板を近接させることにより、フォトニック結晶構造を形成する。
【０１２４】
一般に、回路基板の導体線路に沿って高周波信号が伝播するとき、その高周波信号の形成する電磁界が導体線路の近傍に局在している。このため、格子構造が導体線路から離れていると、高周波信号の伝搬特性を規定するフォトニック結晶の影響が小さくなる。また、回路基板にミリ波帯ＩＣを設けた場合でも、電磁界の分布が局在する傾向にある。このような場合、高周波信号の伝搬特性制御は、電磁界の分布が局在している領域またはその近傍にフォトニック結晶構造を形成することが好ましい。
【０１２５】
本実施形態では、図２３に示すように、回路基板１０２の導体線路１０３の近傍に１次元格子構造１６０１が設けられおり、回路基板１０２が第１格子基板１０４としても機能する。１次元格子構造１６０１は、高周波信号の波長程度の間隔で周期的に配列された導電体層のパターンから好適に形成される。
【０１２６】
回路基板１０２と接地板１０６との間には、回転可能に支持された第２格子基板（第２の誘電体基板）１０５が配置されている。本実施形態における第２格子基板１０５は、他の実施形態における第２格子基板１０５と同様の構成を有している。
【０１２７】
このような第２格子基板１０５を回路基板１０２に対して回転させることにより、第２格子基板１０５の格子構造（ストライプ状導体線）と、回路基板１０２の１次元格子構造１６０１とによって形成されるフォトニック結晶構造を変化させることができる。その結果、ＰＢＧが出現する周波数域を変化させ、高周波信号の導波特性を制御することが可能になる。
【０１２８】
本実施形態では、図２３に示すように、導体線路１０３の近傍に矩形導体を周期的に配列しているが、配列する導体の形状は矩形に限定されず、任意である。ＰＢＧの出現する周波帯域は、配列する導体の形状や配列周期に依存するため、ＰＢＧの出現する周波数域に応じて適宜最適化される。
【０１２９】
導体線路１０３に沿って配列する単位構造は、導体である必要もない。重要な点は、導体線路１０３に沿って実効的な誘電率が周期的に変化する格子構造が形成されていることにある。
【０１３０】
図２４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、導体線路１０３そのもの、または導体線路１０３の近傍に周期的構造を設けた例を示している。図２４（ａ）の導体線路１０３には開口部の周期的配列が形成されている。図２４（ｂ）の導体線路１０３の下方には、周期的に配列されたビアホール１７０１が設けられている。図２４（ｂ）の例では、導体線路１０３に円形の開口部が周期的に形成されているが、導体線路１０３に開口部が形成されている必要はない。導体線路１０３の近傍にビアホール１７０１が周期的に配列されるだけで、格子構造を形成することができる。図２４（ｃ）の導体線路１０３の上には、周期的に配列された誘電体片が設けられている。
【０１３１】
図２５（ａ）から（ｄ）は、いずれも、コプレナ線路に沿って１次元格子構造を付与した例を示している。図中の黒い領域は、いずれも、電気導電性を有している部分を示している。図２５（ａ）の例では、コプレナ線路中央の導体に周期構造を設けている。図２５（ｂ）の例では、線路外導体に周期構造を設けている。図２５（ｃ）の例では、線路上に誘電体の周期構造を設けている。図２５（ｄ）の例では、線路中央の導体の下方にビアホールの周期的配列を設けている。ビアホールの位置は、線路中央導体の下方に限定されず、線路外導体の下方に設けてもよい。
【０１３２】
これらのコプレナ線路をグランデッドコプレナ線路として動作させる場合、接地板１０６が必要であるが、通常のコプレナ線路として動作させる場合には、接地板１０６は不要である。
【０１３３】
図２６（ａ）から（ｄ）は、いずれも、スロット線路に沿って１次元格子構造を付与した例を示している。図２６（ａ）の例は、スロット中に導体を周期的に配置している。図２６（ｂ）の例では、スロットの端部を規定する導体のエッジに周期的構造を設けている。図２６（ｃ）の例では、ビアホールの周期的配列を付加している。図２６（ｄ）の例では、スロット上に誘電体を周期的に配列している。
【０１３４】
本実施形態では、１次元格子基板１０５が回路基板１０２の導体パターンが形成されていない面（下面）に対向する位置に設けられているが、図２７に示すように、回路基板１０２の導体パターンが形成されている面（上面）に対向する位置に１次元格子基板１０５を設けてもよい。
【０１３５】
本実施形態では、第１または第２格子基板１０４、１０５の少なくとも一方を動かすことにより、フォトニック結晶構造を変化させ、ＰＢＧの周波数域を制御することを可能にしているが、本発明のフォトニック結晶デバイスは、以下のように機能させることも可能である。
【０１３６】
すなわち、回路基板１０２、第１格子基板１０４、および第２格子基板１０５の少なくとも一方を他の基板から大きく引き離した状態（オフ状態）と、これらの基板を近接させた状態（オン状態）との間で遷移できるようにしてもよい。このようにすると、ＰＢＧが存在しない状態とＰＢＧが存在する状態との間をスイッチすることが可能になる。
【０１３７】
本明細書における「可動部」は、２つの格子構造によって形成されるフォトニック結晶構造を変化させるように誘電体基板の位置、方位、傾斜角度などを変化させることができる機構であれば、その具体的な構造は本明細書に開示した構造に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明のフォトニック結晶デバイスは、ＰＢＧ（フォトニックバンドギャップ）の周波数を変化させることができるため、例えば高周波回路の分野における可変フィルタなどとして好適に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。
【図２】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶デバイスの格子パターンを示す平面図である。
【図３】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶デバイスの具体的構成例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶デバイスの格子パターンを示す平面図であり、（ａ）は、（θ１、θ２）=（４５°、４５°）の場合を示し、（ｂ）は（θ１、θ２）=（６７．５°、６７．５°）の場合を示し、（ｃ）は（θ１、θ２）=（２２．５°、２２．５°）の場合を示している。
【図５】図３に示す格子パターンが高周波信号に及ぼす通過損失の周波数依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の参考形態１における１次元格子基板の斜視図である。
【図７】本発明の参考形態１における１次元格子基板の他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶デバイスが有する２次元格子パターンの微細構造を示す平面図である。
【図９】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶の２次元格子パターンを示した平面図である。
【図１０】本発明の参考形態１におけるフォトニック結晶の２次元格子パターンの他の例を示した平面図である。
【図１１】本発明の参考形態２における格子回転機構を示す斜視図である。
【図１２】手を動力源とする格子回転の回転方法を示す斜視図である。
【図１３】本発明の参考形態３における格子回転機構を示す斜視図である。
【図１４】本発明の参考形態４における格子回転機構を示す斜視図である。
【図１５】本発明の参考形態５における格子回転機構を示す斜視図である。
【図１６】本発明の参考形態６における格子回転機構を示す斜視図である。
【図１７】本発明の参考形態７におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。
【図１８】本発明の参考形態８におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。
【図１９】本発明の参考形態９におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。
【図２０】本発明の参考形態９におけるフォトニック結晶デバイスを内蔵する装置の構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の参考形態９におけるフォトニック結晶デバイスの改変例を示す斜視図である。
【図２２】本発明の参考形態９におけるフォトニック結晶デバイスの他の改変例を示す斜視図である。
【図２３】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。
【図２４】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態における回路基板の種々の例を示す斜視図である。
【図２５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ、本発明の実施形態におけるフォトニック結晶デバイスの改変例を示す斜視図である。
【図２６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ、本発明の実施形態におけるフォトニック結晶デバイスの他の改変例を示す斜視図である。
【図２７】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶デバイスの更に他の改変例を示す斜視図である。
【図２８】従来の１次元フォトニック結晶を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０１  フォトニック結晶デバイス
１０２  回路基板（第３の誘電体基板）
１０３  導体線路
１０４  第１格子基板（第１の誘電体基板）
１０５  第２格子基板（第２の誘電体基板）
１０６  接地板
３０１  誘電体基板
３０２  回転格子
３０３  ピボット
３０４  すり割
３１０１  手
３２０１  固定軸
３２０２  ピボット
３２０３  クランク
３２０４  モータ
３３０１  小平歯車
３３０２  大平歯車
３４０１  ウォームギア
３５０１  超音波モータ
３６０１  ＭＥＭＳモータ
３６０２  ワイヤボンディング
３６０３  マザーボード
３６０４  小型可変フィルタ
７０１  アンテナ
１３０１  小型基板
１３０２  ミリ波ＩＣ
１３０３  キャップ
１４０１  コプレナ線路
１５０１  スロット線路
１６０１  １次元格子構造
１７０１  ビアホール
１２０１  従来の１次元フォトニック結晶
１２０２  低誘電率層
１２０３  高誘電率層
１２０４  電磁波
【図１】
2006320015.tif 000003
【図２】
2006320015.tif 000004
【図３】
2006320015.tif 000005
【図４】
2006320015.tif 000006
【図５】
2006320015.tif 000007
【図６】
2006320015.tif 000008
【図７】
2006320015.tif 000009
【図８】
2006320015.tif 000010
【図９】
2006320015.tif 000011
【図１０】
2006320015.tif 000012
【図１１】
2006320015.tif 000013
【図１２】
2006320015.tif 000014
【図１３】
2006320015.tif 000015
【図１４】
2006320015.tif 000016
【図１５】
2006320015.tif 000017
【図１６】
2006320015.tif 000018
【図１７】
2006320015.tif 000019
【図１８】
2006320015.tif 000020
【図１９】
2006320015.tif 000021
【図２０】
2006320015.tif 000022
【図２１】
2006320015.tif 000023
【図２２】
2006320015.tif 000024
【図２３】
2006320015.tif 000025
【図２４】
2006320015.tif 000026
【図２５】
2006320015.tif 000027
【図２６】
2006320015.tif 000028
【図２７】
2006320015.tif 000029
【図２８】
2006320015.tif 000030