(57)【要約】  本発明は、フォトニックバンドギャップ(PBG)構造を有するスロットライン型マイクロ波素子に関する。当該マイクロ波素子は少なくとも、第1誘電率er1を有する誘電材料からなる第1基板(10)、第2誘電率er2を有する誘電材料からなる第2基板(11)及び、導電層(12)を有する。当該導電層は2つの基板の間に設けられ、当該導電層中には少なくとも1つのスロットラインが提供される。加えて、金属の周期パターンが第1基板及び第2基板の面のうちの、導電層と接触しておらず、かつスロットラインと向かい合っている面上に設けられる。本発明は小型フィルタ構造の製造に使用可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニックバンドギャップ構造を有するスロットライン型マイクロ波素子であって、少なくとも：
第1誘電率εr1を有する誘電材料で構成される第1基板、
第2誘電率εr2を有する誘電材料で構成される第2基板、
前記2つの基板間にあって、内部に少なくとも1つのスロットラインが形成されている導電層、
第1基板及び第2基板の面のうちの前記導電層に接触している面の反対面上にあって、前記スロットラインに向き合っている金属周期パターン、
を有する素子。
【請求項２】
第1基板の第1誘電率εr1と第2基板の第2誘電率εr2とは同一又は、相違することを特徴とする、請求項1に記載の素子。
【請求項３】
2つの金属パターン間の周期はkλg/2に等しく、λgは前記フォトニックバンドギャップにおける中心周波数でのスロット中の導波波長であり、kは1以上の正の整数であることを特徴とする、請求項1及び2のうちのいずれか1つに記載の素子。
【請求項４】
前記周期パターンは前記バンドギャップの幅及び深さに関する等価な表面機能を有することを特徴とする、請求項1から3のうちの1つに記載の素子。
【請求項５】
前記第1基板上で作製される前記パターンの周期は、前記第2基板上で作製される前記パターンの周期と同一であることを特徴とする、請求項1から3のうちのいずれか1つに記載の素子。
【請求項６】
前記第1基板上に作製される前記周期パターンは、前記第2基板上に作製される前記周期パターンに向き合っていることを特徴とする、請求項1から5のうちの1つに記載の素子。
【請求項７】
前記第1基板上に作製される前記周期パターンは、前記第2基板上に作製される前記周期パターンと相殺関係にあることを特徴とする、請求項1から6のうちの1つに記載の素子。
【請求項８】
前記導電層中に形成された前記スロットラインは周期法則に従う幅を有することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1つに記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも1つのフォトニックバンドギャップ(PBG)構造を有する、スロット型又はスロットベース型（スロットライン、波状スロットラインなど）構造の新しいマイクロ波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニックバンドギャップ(PBG)構造は、ある周波数バンド幅で波の伝播を禁止する周期構造である。数年間にもわたって、マイクロ波素子で使用される周波数範囲でのPBG構造に関する研究が行われてきた。
【０００３】
この型の構造を実現する方法が出願人によって、特に特許文献1及び非特許文献1で提案された。よって、これらの参考文献は、金属を堆積させた基板上で実現されるスロットライン型マイクロ波素子においてPBG構造を実現する方法について説明している。ここでマイクロ波素子は、溝状スロット型アンテナ又はビバルディ型アンテナを有し、これらのアンテナにはフィルタリング適応又は周波数適応する構造が使用されている。
【０００４】
図1A及び図1Bで図示されているように、そのようなマイクロ波素子は基板1を有し、基板1の一の面2には金属が堆積されている。スロットライン3は金属層に溝を形成することで作製される。
【０００５】
図1A及び図1Bで図示されているように、基板1は高さhを有し、たとえば”Ro4003”（商標）又は”FR4”（商標）の名称で知られる既知の誘電材料からなる。金属層は銅又は他の導電材料から作製されるのが好ましい。
【０００６】
この場合、パターン4特にパッチを基板1の面のうちの金属層を有している面の反対面上に作製することでPBG構造は得られる。パターン又はパッチ4は一般には金属層に溝を形成することで作製され、スロットライン3の反対に見いだされる。
【０００７】
既知の方法では、フォトニックバンドギャップ構造を得るため、パターン4は周期的に繰り返され、パターン繰り返し周期に相当する距離の間隔を有する。パターンが同一のとき、この距離はバンドギャップの中心周波数を設定する。よって、距離はkλg/2のオーダーである。ここで、λgはフォトニックバンドギャップの中心周波数でのスロットライン3での導波波長で、kは1以上の正の整数である。
【０００８】
パターン4は如何なる形状であって良い。しかし、パターンの等価な面はバンドギャップの幅及び/又は深さを決定する。
【０００９】
そのような素子のフィルタリング現象を実装するため、図1Aに図示された種類の素子のシミュレーションを行う。この素子では、基板が相対誘電率εr=3.38の“ロジャースRo4003”（商標）で、堆積された金属が厚さ17.5μmの銅で構成される。この場合、フォトニックバンドギャップ構造は、12の金属ディスク4が距離a=12.7mmの周期間隔で設けられている。この構造はFc(BI)=8.3GHzを中心とするバンドギャップを生成する。ディスク4は比r/a=0.25となるような半径rを有する。
【００１０】
周波数に対する透過S12及び反射S11を与える図2に図示されているように、8.25GHzを中心とする幅900MHzを有するバンドギャップが得られる。この場合、中心周波数8.25GHzの除去性能は-17dBである。
【特許文献１】仏国特許出願公開第0212656号明細書
【非特許文献１】「スロットラインプリントされた素子の新規フォトニックバンド構造を用いた非調和溝状スロットアンテナ(Harmonic-less  Annular  Slot  Antenna(ASA)  using  a  novel  PGB  structure  for  slot-line  printed  device)」、2003年、電気電子学会アンテナ・伝播研究会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記構造の改良に関する。とりわけ、この改良によってPBG構造に影響を与えるスロットラインの利点を十分に活かすことでフォトニックバンドギャップが増大する効果を得ることが可能となる。よって一定のサイズでは、バンドギャップ除去性能の増大が可能であるし、又一定の除去性能では、構造のサイズの減少が可能である。
【００１２】
しかも、2つの異なる基板を使用することでバンドギャップの中心周波数及び幅のみならず、フィルタ除去性能を調節する新たな自由度を得ることが可能となる。
【００１３】
よって、本発明はフォトニックバンドギャップ構造を有するスロットライン型マイクロ波素子に関する。フォトニックバンドギャップ構造を有するスロットライン型マイクロ波素子は少なくとも：
第1誘電率εr1を有する第1誘電材料からなる第1基板、
第2誘電率εr2を有する第2誘電材料からなる第2基板及び、
2つの基板間に、少なくとも1つのスロットラインが形成されている導電層、
第1基板及び第2基板の面のうちの導電層と接触している面の反対面上に設けられていて、スロットラインと向かい合っている金属の周期パターン、
を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の他の態様に従うと、第1基板の誘電率εr1と第2基板の誘電率εr2とは同一でも良いし、相違しても良い。しかも、2つの金属パターン間の周期はkλg/2に等しい。ここで、λgはフォトニックバンドギャップの中心周波数での導波波長で、kは1以上の正の整数である。周期パターンはまた、バンドギャップの幅及び深さに関する等価な表面機能をも有する。
【００１５】
本発明の別な態様に従うと、第1基板上で実現されるパターン周期は第2基板上で作製されるパターン周期と同一である。しかも、第1基板上で作製される周期的パターンは第2基板上で作製されるパターンと向かい合っている。又は、一の変形に従うと、第1基板上で作製されるパターンは第2基板上で実現される周期パターンに対して相殺(offset)される。
【００１６】
本発明の別な態様に従うと、上述のフォトニックバンドギャップ構造は導電層に形成されたスロットラインによって使用可能である。このスロットラインは周期法則に従って変化する幅を有する。このスロットラインの形式は“波状スロットライン(Wiggly-slot-line)”の名前で知られている。一般に、この構造はスロットラインベースの素子（フィルタなど）で使用可能である。“波状”型スロットラインの場合、本発明はフィルタリング機能を増大させることが可能である。
【００１７】
本発明の他の態様及び利点については、異なる実施例の説明を読むことで明らかになる。この説明にあたっては添付の図を参照することにする。
【実施例】
【００１８】
本発明に従った第1マイクロ波素子の概略図を図3A及び図3Bに図示する。より詳細には、この素子はロジャースRo4003（商標）のような誘電材料から構成される第1基板10を有する。この第1基板は誘電率εr1を有する。
【００１９】
既知の方法では、基板10の面のうちの1つは導電層12で被覆され、より詳細には銅のような金属層で被覆され、金属層にはスロットライン13が形成されている。
【００２０】
図示されているように、本発明に従うと、誘電率εr2を有する誘電材料から構成される第2基板11が層12の下にある。この場合、2つの基板の誘電率εr1と誘電率εr2とは同一でも良いし、相違していても良い。誘電率が異なることで、除去性能の観点において要求される性能を有するフィルタ、バンドギャップの幅及び中心周波数を実現する付加的な自由度が得られる。2つの異なる基板を使用することで、以下のようにεeffは調節される。この値εeffはバンドギャップの中心周波数とPBG構造のサイズとを関連づけることで生じる。
【００２１】
【数１】
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よって同じPBGサイズで誘電率が大きい場合には、バンドギャップは低周波数側に補正される。
【００２２】
本発明に従うと、上述の構造では、第1基板の面のうちの金属層12を有する面の反対面上に形成された金属パターン14による第1フォトニックバンドギャップ構造が作製される。実施例で図示されているように、ディスク、特に5つの金属パッチの形式によってパターン14は構成される。パッチ14は距離a’の間隔で設けられ、a’はパターンの繰り返し周期を与える。パターンが同一のとき、この距離がバンドギャップの中心周波数を設定する。よって、パターン間の距離a’はk’λg/2のオーダーである。ここで、λgは選択されたバンドギャップの中心波長でのスロットライン13の導波波長で、k’は1以上の正の整数である。
【００２３】
しかも図3bで明確に図示されているように、金属周期パターン15は、基板11の面のうちの金属層12と接触する面の反対面上に形成されている。パターン15によって形成されるこの構造は、この実施例にあるように、パターン14で形成される構造と同一であり、そしてパターン14とパターン15とはお互いに向かい合っている。図3A又は図3Bのフォトニックバンドギャップ構造では、同一パターンはスロット13の両面に作製され、特にパターン14又はパターン15間の間隔及び、パターンの数を保持した。図3A及び図3Bで図示されているような素子のシミュレーションは直接スロットラインを励起することで実行された。基板両面は同一である（誘電率εr=3.38で高さh=0.81mmのRo4003（商標））。スロットラインの上に設けられているPBGパターンとスロットラインの下に設けられているPBGパターンとは同一である（a’=12.7mmの間隔を有する5つのパッチ及びr’=3mmの半径を有する）。
【００２４】
この場合、透過パラメータ及び反射パラメータSが図4に図示されている。この図では、バンドギャップは1.4GHzの幅を有し、8.3GHzを中心にとる。従ってこのバンドは図1A及び図1Bに従った素子によって得られたバンドよりも大きい。しかも、中心周波数でのバンドギャップ除去性能は-23dBとなり、図1A及び図1Bでの構造での値よりも6dB増大している。
【００２５】
図5を参照することで、本発明に従った別なマイクロ波素子の実施例をここで説明する。
【００２６】
この場合、金属層20に作製されるスロットライン21は周期的に変調するバンド幅を与える線によって構成される。今回の場合、線21上に周期的な間隔を空けて設けられている円21Aが変調を構成する。
【００２７】
図3A及び図3Bの実施例に関しては、誘電性基板が金属層の各側に提供される。基板面のうちの層20を有する面の反対面上で、フォトニックバンドギャップ構造は作製される。フォトニックバンドギャップ構造は、スロット21に向かい合い、周期a’’の間隔で設けられている金属パッチ22によって構成されている。周期a’’に12.7mmの値を使用することでこの構造のシミュレーションが実行された。この周期性はまた、円21aにも使用されている。シミュレーションでは、線はまた、12の円21aをも有する。
【００２８】
シミュレーションの結果を図6に図示する。周波数に対するSパラメータが与えられている。バンドギャップは8.3GHzを中心とし、このバンドギャップは5.2GHzのバンド幅を有し、中心周波数で-78dBの除去性能を示す。
【００２９】
図7A及び図7Bを参照することで、本発明に従ったマイクロ波素子の別な実施例について説明する。
【００３０】
図7A及び図7Bで図示されている場合、素子は、誘電率εr1の誘電材料から構成される基板30、誘電率εr2の誘電材料から構成される基板31で構成される。2つの基板間には金属層32が提供され、金属層にはスロットライン33が形成される。フォトニックバンドギャップ構造34及びフォトニックバンドギャップ構造35は、層32と接触している面の反対面上に作製される。
【００３１】
図7Bに図示されているように、フォトニックバンドギャップ構造35は、お互いに距離a1の間隔を有するパターンで構成されている。この距離がパターンの周期性を与える。しかもパターン34それ自体もまた、周期a1をも有し、パターン35に向かい合っていない。実際、スロットライン上のパターンとスロットライン上のパターンとは相殺される。
【００３２】
付加的なシミュレーションが示すように、得られる効果はかなり複雑である。たとえば、特にスロットラインの上及び下に設けられているパッチが周期的に重なっているときには、金属パッチを相殺することは、基本セルの形状/表面の調節となりうる。この理由は、これが同一の基板を有していようが、相異なる基板を有していようが、スロットラインの上及び下に設けられている金属パッチが付加的な自由度を与えるからである。
【００３３】
本発明の説明ではディスク型パターンを参照した。しかし、本発明はまた、パターンの等価面がバンドギャップの幅及び/又は深さを決定することを仮定すれば、如何なる形状のパターンにも適用される。
【００３４】
本発明は特に：
=>スロット型構造におけるフィルタリングを増大させる；
=>フィルタリング構造をより小型にする；
=>バンドギャップ設計において付加的自由度を提供する；
ことに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】従来技術に基づくフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す斜視図である。
【図１Ｂ】従来技術に基づくフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す断面図である。
【図２】図1Aのような構造のシミュレーションから得られる、Sパラメータの周波数依存曲線を図示している。
【図３Ａ】本発明の実施例に従ったフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例に従ったフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す断面図である。
【図４】図3Aのような構造のシミュレーションから得られる、Sパラメータの周波数依存曲線を図示している。
【図５】本発明の別な実施例に従ったフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す斜視図である。
【図６】図5のような構造のシミュレーションから得られる、Sパラメータの周波数依存曲線を図示している。
【図７Ａ】本発明の別な実施例に従ったフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の別な実施例に従ったフォトニックバンド構造を有するスロットライン型マイクロ波素子の概略的に示す断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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