(57)【要約】【課題】導電体パターン層の電気長を離散的に変更することが可能な伝送線路素子および電子機器を提供する。【解決手段】誘電体層２０に中空の流路２１を設けると共に、この流路２１内に二種類の流体Ｆ１，Ｆ２を流路２１の延長方向において互いに混ざり合わずに並存させる。駆動部４０により流路２１内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させることで、導電体パターン層１０の電気長を離散的な二値に変化させる。流路２１Ａ〜２１Ｃを互いに連通せず独立させると共に、駆動部４０を流路２１Ａ〜２１Ｃの各々に設けることが好ましい。駆動部４０により流路２１Ａ〜２１Ｃに独立に流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させることが可能となり、導電体パターン層１０の電気長として、離散的な多値を任意に選択することが可能となる。【選択図】図２
2011097283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を伝送するための導電体パターン層と、
前記導電体パターン層に接して設けられると共に前記導電体パターン層に交差する中空の流路を有し、前記流路内に二種類以上の流体が前記流路の延長方向において互いに混ざり合わずに並存している誘電体層と、
前記流路内の流体の前記導電体パターン層に対する位置関係を変化させる駆動部と
を備えた伝送線路素子。
【請求項２】
前記流路は複数設けられると共に互いに連通せず独立しており、
前記駆動部は、前記複数の流路の各々に設けられている
請求項１記載の伝送線路素子。
【請求項３】
前記流体の種類は、前記複数の流路の各々ごとに異なる
請求項２記載の伝送線路素子。
【請求項４】
前記流路と前記導電体パターン層との間は、前記誘電体層により隔てられている
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の伝送線路素子。
【請求項５】
前記流体は、空気と、空気とは比誘電率の異なる気体または液体とである
請求項４記載の伝送線路素子。
【請求項６】
前記流体は、比誘電率の互いに異なる二種類の液体である
請求項４記載の伝送線路素子。
【請求項７】
前記流体は、比誘電率の互いに異なる二種類の液体と、前記二種類の液体の間に配置された空気または空気とは比誘電率の異なる気体とである
請求項４記載の伝送線路素子。
【請求項８】
前記誘電体層は、前記導電体パターン層の下に設けられている
請求項４記載の伝送線路素子。
【請求項９】
前記駆動部が、ＭＥＭＳアクチュエータにより構成されている
請求項８記載の伝送線路素子。
【請求項１０】
信号を伝送する伝送線路素子を備え、
前記伝送線路素子は、
信号を伝送するための導電体パターン層と、
前記導電体パターン層に接して設けられると共に前記導電体パターン層に交差する中空の流路を有し、前記流路内に二種類以上の流体が前記流路の延長方向において互いに混ざり合わずに並存している誘電体層と、
前記流路内の流体の前記導電体パターン層に対する位置関係を変化させる駆動部と
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；マイクロマシン）の要素技術を応用した伝送線路素子、およびそのような伝送線路素子を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路での周波数調整や位相調整、インピーダンス整合等を行う手法として、伝送線路の電気長を変えることが行われている。伝送線路の電気長は、例えば、伝送線路となる導電体パターン層に接する誘電体層の誘電率を変化させることによって調整可能である。また、例えば特許文献１では、誘電体層内に設けた流路内で導電性流体を移動させることによって、この導電性流体よりなる伝送線路の形状を変更することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１７６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、１種類の導電性流体の移動により伝送線路の形状を変更し、これにより回路特性を連続的に変更するので、伝送線路の電気長が離散的な二値または多値をとるように調整することは、瞬間的には可能でも安定させることは不可能であった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、導電体パターン層の電気長を離散的に変更することが可能な伝送線路素子、およびそのような伝送線路素子を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の伝送線路素子は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の構成要素を備えたものである。
（Ａ）信号を伝送するための導電体パターン層
（Ｂ）導電体パターン層に接して設けられ、導電体パターン層に交差する中空の流路を有し、流路内に二種類以上の流体が流路の延長方向において互いに混ざり合わずに並存している誘電体層
（Ｃ）流路内の流体の導電体パターン層に対する位置関係を変化させる駆動部
【０００７】
本発明の電子機器は、信号を伝送する上記本発明の伝送線路素子を備えたものである。
【０００８】
本発明の伝送線路素子および電子機器では、駆動部により流路内の流体の導電体パターン層に対する位置関係が変化させられると、導電体パターン層の電気長が、流路内において導電体パターン層との交差位置を占める流体の比誘電率に応じて変化する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の伝送線路素子および電子機器によれば、誘電体層に中空の流路を設けると共に、この流路内に二種類以上の流体を流路の延長方向において互いに混ざり合わずに並存させ、駆動部により流路内の流体の導電体パターン層に対する位置関係を変化させるようにしたので、導電体パターン層の電気長を離散的に変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る伝送線路素子の一例を表す平面図および断面図である。
【図２】図１に示した伝送線路素子の他の例を表す平面図および断面図である。
【図３】図２に示した誘電体層の構成を表す断面図である。
【図４】図２に示した伝送線路素子の製造方法の一例を工程順に表す断面図である。
【図５】図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】図８に続く工程を表す断面図である。
【図１０】図９に続く工程を表す断面図である。
【図１１】図２に示した伝送線路素子の作用を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る伝送線路素子の一例を表す平面図である。
【図１３】図１２に示した伝送線路素子の作用を説明するための図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る伝送線路素子の一例を表す平面図である。
【図１５】図１４に示した伝送線路素子の作用を説明するための図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る伝送線路素子の一例を表す平面図である。
【図１７】図１６に示した伝送線路素子の作用を説明するための図である。
【図１８】図２に示した伝送線路素子の一適用例としての逆Ｆアンテナの構成を表す平面図である。
【図１９】本発明の伝送線路素子の適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。
【図２０】図２に示した伝送線路素子の変形例を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（複数の流路が互いに連通している例および互いに連通せず独立している例、１液−１気体方式）
２．第２の実施の形態（２液方式）
３．第３の実施の形態（２液−１気体方式）
４．第４の実施の形態（多液によるアレイ化の例）
５．適用例１（逆Ｆアンテナ）
６．適用例２（電子機器）
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る伝送線路素子の平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を表すものであり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したＩＢ−ＩＢ線に沿った断面構成（Ｚ−Ｘ断面構成）を表すものである。この伝送線路素子１は、通信機器または計測器などに用いられ、伝送線路としての導電体パターン層１０に沿って、Ｘ軸方向に、例えば高周波（例えば、６０ＧＨｚ程度）の信号を伝送するものである。導電体パターン層１０は、誘電体層２０およびシリコン（Ｓｉ）等よりなる基板３０の上に設けられている。
【００１３】
導電体パターン層１０は、前述した高周波等の信号をＸ軸方向に沿って伝送するための信号線路（伝送線路）としての機能を有しており、誘電体層２０上に所定パターンで設けられている。導電体パターン層１０は、例えば、Ａｌ−ＣｕやＡｌ−ＳｉなどのＡｌ合金、あるいはＡｕ，Ｃｕなどの金属材料等により構成されている。
【００１４】
誘電体層２０は、導電体パターン層１０に接して、具体的には導電体パターン層１０の下に設けられている。誘電体層２０は、導電体パターン層１０に交差する中空の流路２１を有している。流路２１内には、二種類の流体Ｆ１，Ｆ２が流路２１の延長方向において互いに混ざり合わずに並存している。また、この流路２１には、流路２１内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させる駆動部４０が設けられている。これにより、この伝送線路素子１では、導電体パターン層１０の電気長を離散的に変更することが可能となっている。
【００１５】
すなわち、導電体パターン層１０の電気長ｄ´は、ｄ´＝ｄ／√εｒ（ｄは導電体パターン層１０の物理長、εｒは流体の比誘電率）で表され、流路２１内における導電体パターン層１０との交差位置Ｐ（以下、単に交差位置Ｐという。）を占める流体の比誘電率によって変化する。よって、交差位置Ｐに流体Ｆ１または流体Ｆ２のいずれかを位置させることにより、導電体パターン層１０の電気長ｄ´を変化させることが可能となる。
【００１６】
流体Ｆ１は例えば空気などの気体であり、流体Ｆ２は例えば流体Ｆ１とは比誘電率の異なる気体または液体であることが好ましい。特に、流体Ｆ２が液体であれば、より好ましい。液体は気体よりも更に比誘電率が大きいので、電気長ｄ´の調整範囲を更に大きくすることが可能となる。液体としては具体的には水または水銀が挙げられる。中でも水は、安全性に優れているので好ましい。水銀はある程度の粘性を有し、制御しやすいという利点がある。
【００１７】
導電体パターン層１０と流路２１との間は、漏電防止のため、誘電体層２０により隔てられている。
【００１８】
駆動部４０は、流体Ｆ２を流路２１に導入または排出させることにより、流路２１内の交差位置Ｐを占める流体を流体Ｆ１または流体Ｆ２のいずれかに切り替えるためのものであり、例えば、マイクロフルイディクスの分野で用いられるマイクロポンプなどのＭＥＭＳアクチュエータにより構成されている。例えば、周波数が数ｋＨｚないし数ＭＨｚのダイヤフラムポンプが望ましい。
【００１９】
流路２１は、例えば図１（Ａ）に示したように、Ｙ軸方向に複数（図１（Ａ）では例えば３本）の流路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有している。各流路２１Ａ〜２１Ｃは、例えば、一端が閉鎖され、他端が開放されている。閉鎖端の側には流体Ｆ１が配置され、開放端の側には流体Ｆ２が配置されている。これら流路２１Ａ〜２１Ｃは、開放端の側においてＸ軸方向の流路２１Ｄを介して互いに連通しており、流路２１Ｄに駆動部４０が接続されている。この場合には、導電体パターン層１０の電気長ｄ´として、離散的な二値（交差位置Ｐを流体Ｆ１が占める場合と、流体Ｆ２が占める場合）を任意に選択することが可能となる。
【００２０】
図２は、流路２１および駆動部４０の他の例を表したものである。流路２１Ａ〜２１Ｃは、図２に示したように、互いに連通せず独立しており、駆動部４０が流路２１Ａ〜２１Ｃの各々に設けられていることが好ましい。このようにすれば、駆動部４０により流路２１Ａ〜２１Ｃごとに独立に流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させることが可能となる。よって、導電体パターン層１０の電気長ｄ´として、離散的な多値（図２では、流路２１Ａのみ交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流路２１Ａ，２１Ｂの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、および流路２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ１が占める場合の四値）を任意に選択することが可能となる。
【００２１】
図３は、図２に示した誘電体層２０の構成を表したものである。誘電体層２０は、第１層２０Ａ，第２層２０Ｂおよび第３層２０Ｃの３層構造を有している。第１層２０Ａは、基板３０の全面に設けられ、基板３０の側から例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）膜２０Ａ１と、窒化シリコン（Ｓｉ３ Ｎ４ ）膜２０Ａ２とを順に積層した構成を有している。第２層２０Ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）により構成され、第１層２０Ａの上面のうち流路２１以外の領域に設けられている。第３層２０Ｃは、導電体パターン層１０と流路２１内の流体Ｆとの間の漏電防止のための絶縁層であり、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）により構成され、第２層２０Ｂおよび流路２１の上に全面に設けられている。第３層２０Ｃには、後述する製造工程において犠牲層を除去するための開口２０Ｃ１が設けられている。この開口２０Ｃ１は、Ａｌ−Ｃｕ合金またはＡｌ−Ｓｉ合金などよりなる封止部２０Ｃ２により封止されている。
【００２２】
この伝送線路素子１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００２３】
図４ないし図１０は、伝送線路素子１の製造方法を工程順に表したものである。なお、ここでは、図２および図３に示した流路２１Ａ〜２１Ｃが互いに連通せず独立している伝送線路素子１を形成する場合について説明する。図４ないし図１０において（Ａ）はＺ−Ｘ断面図、（Ｂ）はＺ−Ｙ断面図をそれぞれ表している。
【００２４】
まず、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、Ｓｉ等からなる基板３０上に、例えば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、上述した材料よりなる酸化シリコン膜２０Ａ１および窒化シリコン膜２０Ａ２をそれぞれ、例えば、５００ｎｍ，３００ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。これにより、誘電体層２０の第１層２０Ａが形成される。
【００２５】
次いで、第１層２０Ａ上に、リン（Ｐ）を含む多結晶シリコン膜（図示せず）を、例えば３００ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。続いて、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したように、多結晶シリコン膜に対して、フォトリソグラフィを行い、ドライエッチング装置を用いて加工することにより、流路２１Ａを形成するための犠牲層２２を形成する。
【００２６】
そののち、第１層２０Ａおよび犠牲層２２の上に、例えば減圧ＣＶＤ法により、酸化シリコンよりなる第２層２０Ｂを、例えば５００ｎｍ程度の厚みで一様に形成し、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ；化学機械研磨）により平坦化する。続いて、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示したように、例えば減圧ＣＶＤ法により、酸化シリコンよりなる第３層２０Ｃを一様に形成する。これにより、第１層２０Ａ，第２層２０Ｂおよび第３層２０Ｃの積層構造を有する誘電体層２０が形成される。
【００２７】
誘電体層２０を形成したのち、誘電体層２０の上に、例えばスパッタ法により、Ａｌ−Ｃｕ合金またはＡｌ−Ｓｉ合金よりなる金属膜（図示せず）を形成する。続いて、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示したように、この金属膜に対してリソグラフィを行い、ドライエッチング装置を用いて加工することにより、導電体パターン層１０を形成する。
【００２８】
導電体パターン層１０を形成したのち、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示したように、図示しないマスクを用いたエッチングにより、第３層２０Ｃに、犠牲層を除去するための開口２０Ｃ１を設ける。
【００２９】
開口２０Ｃ１を設けたのち、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示したように、例えばＸｅＦ２ （フッ化キセノン）などのガスを使用して、開口２０Ｃ１を介して犠牲層２２と反応させることにより、犠牲層２２を除去し、流路２１（２１Ａ〜２１Ｃ）を形成する。
【００３０】
犠牲層２２を除去したのち、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示したように、例えばスパッタ法により、開口２０Ｃ１に、Ａｌ−Ｃｕ合金またはＡｌ−Ｓｉ合金などよりなる封止部２０Ｃ２を高温で形成し、開口２０Ｃ１を封止する。最後に各流路２１Ａ〜２１Ｃに駆動部４０を設ける。以上により、図２および図３に示した伝送線路素子１が完成する。
【００３１】
この伝送線路素子１では、高周波等の信号が、導電体パターン層１０に沿ってＸ軸方向に伝送する。このとき、流路２１内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係は、駆動部４０により、図１１（Ａ）に示したような交差位置Ｐを流体Ｆ１（例えば空気）が占めている場合と、図１１（Ｂ）に示したような交差位置Ｐを流体Ｆ２（例えば、比誘電率１を超える気体または液体）が占めている場合とに変化する。この場合、導電体パターン層１０の実効誘電率は、図１１（Ａ）では低く、図１１（Ｂ）では高くなり、導電体パターン層１０の電気長は図１１（Ｂ）のほうが短くなる。
【００３２】
例えば、図１（Ａ）に示したように、流路２１Ａ〜２１Ｃが流路２１Ｄを介して互いに連通しており、流路２１Ｄに駆動部４０が接続されている場合には、導電体パターン層１０の電気長ｄ´は、離散的な二値（交差位置Ｐを流体Ｆ１が占める場合と、流体Ｆ２が占める場合）をとり、交差位置Ｐを流体Ｆ１，Ｆ２のいずれが占めるかによって任意に選択することが可能となる。
【００３３】
また、例えば、図２に示したように、流路２１Ａ〜２１Ｃが互いに連通せず独立しており、駆動部４０が複数の流路２１Ａ〜２１Ｃの各々に設けられている場合には、流路２１Ａ〜２１Ｃには、駆動部４０により独立に流体Ｆ２が導入または排出される。よって、流路２１Ａ〜２１Ｃに端から順に流体Ｆ２が導入され、流体Ｆ２が交差位置Ｐを占めることにより、導電体パターン層１０の電気長ｄ´が変化する。
【００３４】
この場合、導電体パターン層１０の電気長ｄ´は、離散的な多値（図２では、流路２１Ａのみ交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流路２１Ａ，２１Ｂの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、および流路２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ１が占める場合の四値）をとり、各流路２１Ａ〜２１Ｃ内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係によってそれらのいずれかを任意に選択することが可能となる。
【００３５】
このように本実施の形態では、誘電体層２０に中空の流路２１を設けると共に、この流路２１内に二種類の流体Ｆ１，Ｆ２を流路２１の延長方向において互いに混ざり合わずに並存させ、駆動部４０により流路２１内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させるようにしたので、導電体パターン層１０の電気長を離散的に変更することが可能となる。
【００３６】
特に、流路２１Ａ〜２１Ｃを互いに連通せず独立させると共に、駆動部４０を流路２１Ａ〜２１Ｃの各々に設けるようにしたので、駆動部４０により流路２１Ａ〜２１Ｃごとに独立に流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させることが可能となる。よって、導電体パターン層１０の電気長ｄ´として、離散的な多値を任意に選択することが可能となる。
【００３７】
以下、本発明の第２ないし第４の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、流体Ｆ１として気体、流体Ｆ２として液体を用いた１液−１気体方式の場合について説明したが、第２ないし第４の実施の形態は流体の種類や数を第１の実施の形態とは異ならせたものである。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る伝送線路素子の平面構成を表したものである。この伝送線路素子は、流体Ｆ２１，Ｆ２２として比誘電率の互いに異なる二種類の液体を用いた２液方式のものであることを除いては、第１の実施の形態と同様の構成を有し、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００３９】
導電体パターン層１０および誘電体層２０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。各流路２１Ａ〜２１Ｃは、互いに連通せず独立していると共に両端が開放端とされている。駆動部４０は、流路２１Ａ〜２１Ｃの各々の両端に設けられている。
【００４０】
流体Ｆ２１，Ｆ２２は、上述したように比誘電率の互いに異なる二種類の液体であり、例えば水および油のように、混ざり合わない二種類の液体であることが望ましい。本実施の形態は、第１の実施の形態のように流体Ｆ１として気体、流体Ｆ２として液体を用いると実効誘電率の差が大きくなりすぎる場合に有効である。比誘電率の近い二種類の液体を用いることにより、実効誘電率の制御精度を調整することが可能である。
【００４１】
この伝送線路素子では、高周波等の信号が、導電体パターン層１０に沿ってＸ軸方向に伝送する。このとき、流路２１Ａ〜２１Ｃには、駆動部４０により独立に流体Ｆ２１，Ｆ２２のいずれかが導入または排出される。よって、流体Ｆ２１，Ｆ２２の導電体パターン層１０に対する位置関係は、駆動部４０により、図１３（Ａ）に示したように交差位置Ｐを流体Ｆ２１が占めている場合と、図１３（Ｂ）に示したように交差位置Ｐを流体Ｆ２２が占めている場合とに変化する。ここで、例えば流体Ｆ２１の比誘電率が流体Ｆ２２の比誘電率よりも小さい（大きい）場合には、図１３（Ａ）では導電体パターン層１０の実効誘電率は低く（高く）、図１３（Ｂ）では導電体パターン層１０の実効誘電率は高く（低く）なる。よって、流路２１Ａ〜２１Ｃに端から順に流体Ｆ２２が導入されると共に流体Ｆ２１が排出され、流体Ｆ２２が交差位置Ｐを占めることにより、導電体パターン層１０の電気長ｄ´が変化する。
【００４２】
この場合、導電体パターン層１０の電気長ｄ´は、離散的な多値（図１２では、流路２１Ａのみ交差位置Ｐを流体Ｆ２２が占める場合、流路２１Ａ，２１Ｂの交差位置Ｐを流体Ｆ２２が占める場合、流体２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ２２が占める場合、および流路２１Ａ〜２１Ｃのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ２１が占める場合の四値）をとり、各流路２１Ａ〜２１Ｃ内の流体Ｆ２１，Ｆ２２の導電体パターン層１０に対する位置関係によってそれらのいずれかを任意に選択することが可能となる。
【００４３】
このように本実施の形態では、流体Ｆ２１，Ｆ２２として比誘電率の異なる二種類の液体を用いるようにしたので、第１の実施の形態と同様に導電体パターン層１０の電気長を離散的に変更することが可能となると共に、実効誘電率の制御精度を調整することが可能となる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る伝送線路素子の平面構成を表したものである。この伝送線路素子は、流体Ｆ２１，Ｆ２２の間に流体Ｆ１として空気または空気とは比誘電率の異なる気体を配置した２液−１気体方式のものである。このことを除いては、本実施の形態の伝送線路素子は、第２の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、第２の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００４５】
導電体パターン層１０および誘電体層２０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。各流路２１Ａ〜２１Ｃは、第２の実施の形態と同様に、互いに連通せず独立していると共に両端が開放端とされている。駆動部４０は、第２の実施の形態と同様に、流路２１Ａ〜２１Ｃの各々の両端に設けられている。
【００４６】
流体Ｆ２１，Ｆ２２は、第２の実施の形態と同様に、比誘電率の互いに異なる二種類の液体である。本実施の形態では、流体Ｆ２１，Ｆ２２の間に流体Ｆ１として気泡を挟んでいるので、流体Ｆ２１，Ｆ２２として混ざり合う二種類の液体を用いることが可能となる。また、流体Ｆ１，Ｆ２１，Ｆ２２の三種類の液体を用いることにより、実効誘電率に三状態を設けることが可能となる。
【００４７】
この伝送線路素子では、高周波等の信号が、導電体パターン層１０に沿ってＸ軸方向に伝送する。このとき、流路２１Ａ〜２１Ｃには、駆動部４０により独立に流体Ｆ２１，Ｆ２２のいずれかが導入または排出される。よって、流体Ｆ１，Ｆ２１，Ｆ２２の導電体パターン層１０に対する位置関係は、駆動部４０により、図１５（Ａ）に示したように交差位置Ｐを流体Ｆ１が占めている場合と、図１５（Ｂ）に示したように交差位置Ｐを流体Ｆ２１が占めている場合と、図１５（Ｃ）に示したように交差位置Ｐを流体Ｆ２２が占めている場合とに変化する。ここで、例えば流体Ｆ２１の比誘電率が流体Ｆ２２の比誘電率よりも小さい場合には、導電体パターン層１０の実効誘電率は、図１５（Ａ）では低く、図１５（Ｂ）では標準、図１５（Ｃ）では高く、という三状態に変化する。よって、流路２１Ａ〜２１Ｃの端から順に流体Ｆ１，Ｆ２１，Ｆ２２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させることにより、導電体パターン層１０の電気長ｄ´が、第２の実施の形態よりも更に多数の離散的な値をとって変化する。
【００４８】
このように本実施の形態では、流体Ｆ２１，Ｆ２２の間に流体Ｆ１を配置し、流体Ｆ２１，Ｆ２２として比誘電率の互いに異なる二種類の液体、流体Ｆ１として空気または空気とは比誘電率の異なる気体を用いるようにしたので、流体Ｆ２１，Ｆ２２として混ざり合う二種類の液体を用いることが可能となる。また、実効誘電率に三状態を設けることが可能となり、導電体パターン層１０の電気長を、第１および第２の実施の形態よりも更に多数の離散的な値に変化させることが可能となる。よって、第１の実施の形態の効果に加えて、実効誘電率の制御精度を更に細かく調整することが可能となる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る伝送線路素子の平面構成の一例を表したものである。この伝送線路素子は、複数組の流路２１Ａ〜２１Ｃを、導電性パターン層１０の延長方向に並べて配置したものである。流路２１Ａ〜２１Ｃの操作方法は、第１の実施の形態で説明した１液−１気体方式、第２の実施の形態で説明した２液方式、第３の実施の形態で説明した２液−１気体方式のいずれも適用可能である。よって、本実施の形態の伝送線路素子は第１ないし第３の実施の形態と同様の構成を有し、第１ないし第３の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００５０】
図１７は、一例として、一組の流路２１Ａ〜２１Ｃ（図１６において一点鎖線で囲まれた領域）を拡大して表したものである。各流路２１Ａ〜２１Ｃは、例えば、第１の実施の形態の図２と同様に、互いに連通せず独立していると共に一端が閉鎖され、他端が開放されており、各開放端に駆動部４０が設けられている。流体の種類は複数の流路２１Ａ〜２１Ｃの各々ごとに異なっており、例えば、流路２１Ａには流体Ｆ１，Ｆ３１、流路２１Ｂには流体Ｆ１，Ｆ３２、流路２１Ｃには流体Ｆ１，Ｆ３３がそれぞれ配置されている。流体Ｆ１は空気または空気とは比誘電率の異なる気体である。流体Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３は比誘電率の互いに異なる三種類の液体である。これにより、１液−１気体方式であっても実効誘電率の調整分解能を更に細かくすることが可能となる。
【００５１】
（適用例１）
図１８は、上記実施の形態で説明した伝送線路素子１の一適用例としての逆Ｆアンテナ２の平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を表すものである。この逆Ｆアンテナ２は、交流電源Ｖａｃが供給される給電点Ｐ１を基準として、Ｘ軸方向に沿って右側の伝送線路である右側伝送線路１Ｒと、左側の伝送線路である左側伝送線路１Ｌとからなる伝送線路１を備えている。この逆Ｆアンテナ２は、給電点Ｐ１の位置をＸ軸方向に沿って変化させることにより、周波数変化およびインピーダンス整合を行うことが可能となっている。
【００５２】
この逆Ｆアンテナ２は、例えば、右側伝送線路１Ｒの下の誘電体層２０にはＹ軸方向の３本の流路２３Ａ〜２３Ｃが設けられている。また、左側伝送線路１Ｌの下の誘電体層２０にはＹ軸方向の６本の流路２３Ｄ〜２３Ｉが設けられている。これらの流路２３Ａ〜２３Ｉは互いに連通せず独立しており、駆動部４０が複数の流路２３Ａ〜２３Ｉの各々に設けられており、流路２３Ａ〜２３Ｉごとに独立に流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係を変化させるようになっている。
【００５３】
この逆Ｆアンテナ２では、流路２３Ａ〜２３Ｉに端から順に流体Ｆ２が導入され、流体Ｆ２が交差位置Ｐを占めることにより、導電体パターン層１０の電気長ｄ´、すなわち左側伝送線路１Ｌまたは右側伝送線路１Ｒの線路長が変化する。具体的には、流体Ｆ１が空気であり、流体Ｆ２が比誘電率１を超える気体または液体である場合には、流体Ｆ２が交差位置Ｐを占めると導電体パターン層１０の電気長は短くなる。
【００５４】
この場合、導電体パターン層１０の電気長ｄ´、すなわち左側伝送線路１Ｌまたは右側伝送線路１Ｒの線路長は、離散的な多値（図１８では、流路２３Ａのみ交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流路２３Ａ，２３Ｂの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２３Ａ〜２３Ｃの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２３Ａ〜２３Ｄの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２３Ａ〜２３Ｅの交差位置Ｐを流体Ｆが占める場合、流体２３Ａ〜２３Ｆの交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、流体２３Ａ〜２３Ｇの交差位置Ｐを流体Ｆが占める場合、流路２３Ａ〜２３Ｉのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ２が占める場合、および流路２３Ａ〜２３Ｉのすべての交差位置Ｐを流体Ｆ１が占める場合の十値）をとり、各流路２３Ａ〜２３Ｉ内の流体Ｆ１，Ｆ２の導電体パターン層１０に対する位置関係によってそれらのいずれかを任意に選択することが可能となる。
【００５５】
このようにして逆Ｆアンテナ２では、左側伝送線路１Ｌまたは右側伝送線路１Ｒの線路長の長さを調整する（長くしたり短くしたりする）ことにより、周波数を変化させると共に、左側伝送線路１Ｌと右側伝送線路１Ｒとの長さのバランスを変えることにより、インピーダンス整合を行っている。すなわち、給電点Ｐ１の位置を変更したのと同じ効果が得られるため、アンテナ長を変えることができ、周波数可変アンテナを構成することが可能である。また、アンテナの共振周波数を任意に選択することができるため、大きな面積を必要とせず、小型化に適している。なお、この他にも、整合回路を構成したり、位相の調整等も行うことも可能である。
【００５６】
（適用例２）
図１９は、上記実施の形態で説明した伝送線路素子１を搭載した電子機器の一例としての通信装置の機能ブロック構成を表すものである。この通信装置は、上記実施の形態で説明した伝送線路素子１を後述するアンテナ３０３（例えば、適用例１で説明した逆Ｆアンテナ２）として搭載したものであり、例えば、携帯電話器、情報携帯端末（ＰＤＡ）、無線ＬＡＮ機器などである。
【００５７】
この通信装置は、例えば、送信系回路３００Ａと、受信系回路３００Ｂと、送受信経路を切り替える送受信切替器３０１と、高周波フィルタ３０２と、送受信用のアンテナ３０３とを備えている。
【００５８】
送信系回路３００Ａは、２つのデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ；Digital/Analogue Converter）３１１Ｉ，３１１Ｑと、２つのバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑとを備えている。これらのＤＡＣ３１１Ｉ，３１１Ｑおよびバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑは、Ｉチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データに対応したものである。送信系回路３００Ａはまた、変調器３２０および送信用ＰＬＬ（Phase-Locked Loop ）回路３１３と、電力増幅器３１４とを備えている。変調器３２０は、上記した２つのバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑに対応した２つのバッファアンプ３２１Ｉ，３２１Ｑおよび２つのミキサ３２２Ｉ，３２２Ｑと、移相器３２３と、加算器３２４と、バッファアンプ３２５とを含んで構成されている。
【００５９】
受信系回路３００Ｂは、高周波部３３０、バンドパスフィルタ３４１およびチャンネル選択用ＰＬＬ回路３４２と、中間周波回路３５０およびバンドパスフィルタ３４３と、復調器３６０および中間周波用ＰＬＬ回路３４４とを備えている。この受信系回路３００Ｂはまた、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データに対応した２つのバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑおよび２つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ；Analogue/Digital Converter）３４６Ｉ，３４６Ｑを備えている。高周波部３３０は、低ノイズアンプ３３１と、バッファアンプ３３２，３３４と、ミキサ３３３とを含んで構成されている。中間周波回路３５０は、バッファアンプ３５１，３５３と、自動ゲイン調整（ＡＧＣ；Auto Gain Controller）回路３５２とを含んで構成されている。復調器３６０は、バッファアンプ３６１と、上記した２つのバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑに対応した２つのミキサ３６２Ｉ，３６２Ｑおよび２つのバッファアンプ３６３Ｉ，３６３Ｑと、移相器３６４とを含んで構成されている。
【００６０】
この通信装置では、送信系回路３００ＡにＩチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データが入力されると、それぞれの送信データを以下の手順で処理する。すなわち、まず、ＤＡＣ３１１Ｉ、３１１Ｑにおいてアナログ信号に変換し、引き続きバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑにおいて送信信号の帯域以外の信号成分を除去したのち、変調器３２０に供給する。続いて、変調器３２０において、バッファアンプ３２１Ｉ，３２１Ｑを介してミキサ３２２Ｉ，３２２Ｑに供給し、引き続き送信用ＰＬＬ回路３１３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調する。そののち、両混合信号を加算器３２４において加算することにより、１系統の送信信号とする。この際、ミキサ３２２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器３２３において信号移相を９０°シフトさせることにより、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが互いに直交変調されるようにする。最後に、バッファアンプ３２５を介して電力増幅器３１４に供給することにより、所定の送信電力となるように増幅する。この電力増幅器３１４において増幅された信号は、送受信切換器３０１および高周波フィルタ３０２を介してアンテナ３０３に供給されることにより、そのアンテナ３０３を介して無線送信される。この高周波フィルタ３０２は、通信装置において送信または受信する信号のうちの周波数帯域以外の信号成分を除去するバンドパスフィルタとして機能する。
【００６１】
一方、アンテナ３０３から高周波フィルタ３０２および送受信切換器３０１を介して受信系回路３００Ｂに信号が受信されると、その信号を以下の手順で処理する。すなわち、まず、高周波部３３０において、受信信号を低ノイズアンプ３３１で増幅し、引き続きバンドパスフィルタ３４１で受信周波数帯域以外の信号成分を除去したのち、バッファアンプ３３２を介してミキサ３３３に供給する。続いて、チャンネル選択用ＰＰＬ回路３４２から供給される周波数信号を混合し、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とすることにより、バッファアンプ３３４を介して中間周波回路３５０に供給する。続いて、中間周波回路３５０において、バッファアンプ３５１を介してバンドパスフィルタ３４３に供給することにより中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去する。そして、引き続きＡＧＣ回路３５２でほぼ一定のゲイン信号としたのち、バッファアンプ３５３を介して復調器３６０に供給する。続いて、復調器３６０において、バッファアンプ３６１を介してミキサ３６２Ｉ，３６２Ｑに供給したのち、中間周波用ＰＰＬ回路３４４から供給される周波数信号を混合し、Ｉチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。この際、ミキサ３６２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器３６４において信号移相を９０°シフトさせることにより、互いに直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。最後に、Ｉチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号をバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑに供給することによりＩチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去したのち、ＡＤＣ３４６Ｉ，３４６Ｑに供給してデジタルデータとする。これにより、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データが得られる。
【００６２】
この通信装置は、上記実施の形態で説明した伝送線路素子をアンテナ３０３として搭載しているため、上記実施の形態において説明した作用により、優れた高周波特性を有する。
【００６３】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、誘電体層２０が導電体パターン層１０の下に設けられている場合について説明したが、発振器（オシレーター）またはフェーズシフタなど他の用途では、図２０に示したように、誘電体層２０は導電体パターン層１０の上に設けられていてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００６５】
更に、上記実施の形態では、本発明の伝送線路素子を携帯電話機などの通信装置に代表される電子機器に適用する場合について説明したが、これに限られるものではなく、通信装置以外の電子機器（例えば、計測器など）に適用することも可能である。これらのいずれの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…伝送線路素子、１Ｒ…右側伝送線路、１Ｌ…左側伝送線路、１０…導電体パターン層（伝送線路）、２０…誘電体層、２０Ａ…第１層、２０Ｂ…第２層、２０Ｃ…第３層、２０Ｃ１…開口、３０…基板、４０…駆動部、２…逆Ｆアンテナ、３００Ａ…送信系回路、３００Ｂ…受信系回路、３０３…アンテナ、Ｐ１…給電点、Ｖａｃ…交流電源。
【図１】
2011097283.tif 000003
【図２】
2011097283.tif 000004
【図３】
2011097283.tif 000005
【図４】
2011097283.tif 000006
【図５】
2011097283.tif 000007
【図６】
2011097283.tif 000008
【図７】
2011097283.tif 000009
【図８】
2011097283.tif 000010
【図９】
2011097283.tif 000011
【図１０】
2011097283.tif 000012
【図１１】
2011097283.tif 000013
【図１２】
2011097283.tif 000014
【図１３】
2011097283.tif 000015
【図１４】
2011097283.tif 000016
【図１５】
2011097283.tif 000017
【図１６】
2011097283.tif 000018
【図１７】
2011097283.tif 000019
【図１８】
2011097283.tif 000020
【図１９】
2011097283.tif 000021
【図２０】
2011097283.tif 000022