(57)【要約】【課題】高周波平面回路の信号伝搬特性に現れ易い寄生平行平板モードの影響を効果的に抑制可能な裏面導体付コプレーナ導波路を提供する。【解決手段】誘電体基板１０１の表面には中心導体１０４と表面導体地板１０２とが空隙を介して配置され、誘電体基板１０１の裏面には裏面導体１０３が全面に形成されている。空隙に接する表面導体地板１０２の端部から距離ｐ以上離れた領域には、誘電体基板１０１と表面導体地板１０２との間に薄膜抵抗１０５が挿入されている。表面導体地板１０２とその直下の誘電体基板１０１及び裏面導体１０３とは、ここを伝搬可能な平行平板モードの電磁波に対して低インピーダンス領域を成している。この低インピーダンス領域の中にほぼ正方形状の高インピーダンス領域が交互に配置されている。【選択図】　　　図１
2004015778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、当該領域を伝搬可能な平行平板モードに対する特性インピーダンスの値が複素数でかつ前記信号伝搬方向に一様でないことを特徴とする裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項２】
誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、前記表面導体地板及び前記裏面導体のいずれかの表面抵抗率が一様でないことを特徴とする裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項３】
誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域において、前記表面導体地板と前記誘電体基板の表面との間に抵抗体層を挿入したことを特徴とする裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項４】
誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域において、前記裏面導体と前記誘電体基板の表面との間に抵抗体層を部分的に挿入したことを特徴とする裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項５】
誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、前記誘電体基板が前記表面導体地板と前記裏面導体とに挟まれている低インピーダンス領域と、前記表面導体地板を除去して前記誘電体基板の表面を露出させた部分及び前記表面導体地板の開口部直下の前記誘電体基板と前記裏面導体とを除去した部分のいずれかからなる高インピーダンス領域とが前記誘電体基板に垂直な電界成分を持った両領域それぞれの固有伝搬モードの１／４伝搬波長毎に２周期以上にわたって交互に繰り返し配置された周期構造をなしていることを特徴とする裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項６】
前記抵抗体層の形状がストライプ状及びチェス盤状のいずれかの形状にて交互に配置された部分を含むことを特徴とする請求項３または請求項４記載の裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項７】
前記低インピーダンス領域と前記高インピーダンス領域とがチェス盤状に交互に配置された部分を含むことを特徴とする請求項５記載の裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項８】
前記低インピーダンス領域において、前記誘電体基板と前記表面導体地板との間及び前記誘電体基板と前記裏面導体との間のいずれかに薄膜抵抗体を挿入したことを特徴とする請求項５または請求項７記載の裏面導体付コプレーナ導波路。
【請求項９】
前記抵抗体層のシート抵抗が１Ω以上であることを特徴とする請求項３と請求項４と請求項６と請求項８とのいずれか記載の裏面導体付コプレーナ導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は裏面導体付コプレーナ導波路に関し、特にマイクロ波／ミリ波帯の平面導波路回路に用いる裏面導体付コプレーナ導波路等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インタネットや移動体通信等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴って、より大容量かつ高機能な通信システムの開発が求められている。こうした大容量通信システムのチャンネル当たりの伝送容量は１０ギガビット／秒が既に実用化段階にあり、今日ではさらにこの伝送速度を上回る超高速のアナログ／ディジタル信号を扱うＩＣ（集積回路）や光素子のモジュール開発が盛んである。
【０００３】
システムの巨大化に伴って、当然のことながら、これら超高速モジュールにも小型化・高性能化・低コスト化が求められており、高周波特性はもちろんのこと、大きさやコストも左右する回路基板や実装技術もますます重要な技術課題となっている。
【０００４】
裏面導体付きのコプレーナ導波路は、リソグラフィ技術を使って高精度かつ大量に製造可能で、信号線とグラウンド線とが同一面に配置された構造のため、高周波特性に優れたフリップチップ実装技術とも整合することから、高性能化・低コスト化が期待できる高周波平面回路用ストリップ線路として極めて有用性が高く、既にマイクロ波回路モジュールに広く用いられている。
【０００５】
この裏面導体付コプレーナ導波路は、その構造上、表面導体地板と裏面導体とが誘電体基板を介して対向する部分が中心ストリップ導体に比べて非常に広くなることが避けられない。このため、表面導体地板及び裏面導体の両導体に垂直な電界成分を持った平行平板モード［ＴＥＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）波］も本質的に伝搬可能である。
【０００６】
この寄生平行平板モードは、曲りや不連続等といった構造上の摂動を介して裏面導体付コプレーナ導波路の基本モードと容易に結合してしまうこと、カットオフが無いこと、界分布が局在せず、上下導体に挟まれた誘電体基板内部に一様に拡散してしまうこと、誘電体が露出している部分で誘電体基板のスラブＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ）基本モードと容易に結合し、さらにこれが放射波へと結合することで損失の原因となること、等の本質的な課題を有する。
【０００７】
こうした問題は、特にミリ波帯において顕著となり、裏面導体付コプレーナ導波路の基本モード本来の伝搬特性を劣化させてしまうという深刻な問題を招くことから、特に使用最高周波数がミリ波帯におよぶ超高速モジュールへの適用に際して大きな課題となっている。
【０００８】
こうした裏面導体付コプレーナ導波路に寄生する平行平板モードの伝搬を解決する手段としては、誘電体基板に貫通孔を設け、この内壁面に導電性膜を形成するか、もしくは孔の内部に導電性材料を充填して表面導体地板と裏面導体とを短絡して両者を互いに同電位に保つ作用を持った導通ビアを設ける方法が用いられる。
【０００９】
しかしながら、平行平板モードの影響が顕著になる高周波帯では、導通ビア自体の表皮効果も顕著になって有限の抵抗とインダクタンスとが見えてきてしまうため、結果として表面導体地板と裏面導体との理想的な短絡状態は得られず、上記の平行平板モードを効果的に抑制することは容易でない。
【００１０】
さらに、平行平板モードが伝搬できる領域自体を狭くすることを目的として、表面導体地板の幅を有限にした有限導体コプレーナ導波路も知られているが、この構造は４個の導体から成るストリップ導波路のすぐ脇に誘電体スラブ導波路が結合した構造であり、曲りや不連続で生じる高次モードの振舞いが複雑なうえ、平行平板モード抑制には有効でも、この誘電体スラブを伝搬するＴＭ基本モードの励振、ひいては放射波への結合を促しやすい等、実用にあたって新たな課題をもたらす難点がある。
【００１１】
これらの課題に対し、特開２０００−１０１３０１号公報には、平行平板モードが伝搬可能な領域にストリップ線路の周期構造からなる平行平板モード抑制機構を設ける方法が提案されている。この技術は、特定周波数帯の平行平板モードに対して禁止帯を持つように適切に設計された周期構造を表面導体地板あるいは裏面導波路へとリソグラフィ技術を用いて形成することによって、平行平板モードの伝搬を阻止しようとするものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の平面導波路回路では、実際の平面回路基板の大きさが一般に有限であり、周期構造を設ける場合、その周期数も必然的に限られる。また、誘電体基板端部にて電磁界が感じる境界条件も、空気に接している開放系の場合にはほぼ磁気壁（ほぼ終端開放）、端部を電極が被うように成膜されている場合には電気壁（終端短絡）、さらには筐体の材質（誘電率ないしは導電率）にも依存する等、平面回路基板が実装されている状態によって大きく異なる。
【００１３】
上記のように、有限の周期数で、さらに終端条件が様々に変化する周期構造を伝搬する波の周波数特性は、無限長・無損失を仮定した周期構造のそれとは大きく異なる。その典型例は、平面回路基板の端部を切断しただけの開放状態で測った特性が、金属筐体内に実装して基板端の境界条件がほぼ短絡に近い状態になることで大きく異なってしまう、という現象である。
【００１４】
こうした損失の非常に小さい周期構造の終端境界条件依存性は、特に禁止帯近傍の周波数において顕著に現れやすい。すなわち、これはフォトニックバンドギャップやチョーク等といった実際に波の伝搬を阻止すべく設定された、まさにその禁止帯において、実装条件によってはそれら周期構造本来の役割を全く果たさなくなることがあるということを意味する。
【００１５】
したがって、ほとんど損失の伴わない材料系で、チョーク構造やフォトニックバンドギャップに代表される周期構造を構成しようとする場合には、禁止帯の遮断特性を実装状態に合わせて最適化しなければならない。しかしながら、それと引き換えに、筐体内に実装する前の選別工程等では実使用時と全く異なる評価結果しか得られないことは明らかであり、選別工程としての意味合い自体が薄れ、製造歩留まりの劣化等の新たな問題を引き起こしてしまう。
【００１６】
実用性の観点からは、実装状態によらず、ほぼ安定な伝搬特性を示すことが望ましく、それには上記の理由から、こうした平面回路基板端部の終端境界条件依存性が実用上十分小さくなることが必要である。
【００１７】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、高周波平面回路の信号伝搬特性に現れ易い寄生平行平板モードの影響を効果的に抑制することができる裏面導体付コプレーナ導波路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の裏面導体付コプレーナ導波路は、誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、当該領域を伝搬可能な平行平板モードに対する特性インピーダンスの値が複素数でかつ前記信号伝搬方向に一様でないようにしている。
【００１９】
本発明による第２の裏面導体付コプレーナ導波路は、誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、前記表面導体地板及び前記裏面導体のいずれかの表面抵抗率が一様でないようにしている。
【００２０】
本発明による第３の裏面導体付コプレーナ導波路は、誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域において、前記表面導体地板と前記誘電体基板の表面との間に抵抗体層を挿入している。
【００２１】
本発明による第４の裏面導体付コプレーナ導波路は、誘電体基板の表面に表面導体地板が形成されかつ前記誘電体基板の裏面に裏面導体が形成された裏面導体付コプレーナ導波路であって、信号伝搬方向に垂直な断面内における前記表面導体地板直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域において、前記裏面導体と前記誘電体基板の表面との間に抵抗体層を部分的に挿入している。
【００２２】
すなわち、本発明の第１の裏面導体付コプレーナ導波路は、少なくとも信号伝搬方向に垂直な断面内における表面地板導体直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、ここを伝搬可能な平行平板モードに対する特性インピーダンスの値が複素数でかつ信号伝搬方向に一様でないことを特徴としている。
【００２３】
本発明の第２の裏面導体付コプレーナ導波路は、信号伝搬方向に垂直な断面内における表面地板導体直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域にて、該表面地板導体あるいは裏面導体の表面抵抗率が一様でないことを特徴としている。
【００２４】
本発明の第３の裏面導体付コプレーナ導波路は、信号伝搬方向に垂直な断面内における表面地板導体直下の電界強度がその最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している領域で、該表面地板導体と誘電体基板表面との間に抵抗体層が挿入されていることを特徴としている。
【００２５】
本発明の第４の裏面導体付コプレーナ導波路は、誘電体基板が表面地板導体と裏面導体とに挟まれている低インピーダンス領域と、該表面地板導体を除去して該誘電体基板表面を露出させた部分（導体開口部）かあるいは該導体開口部の直下の該誘電体基板と該裏面導体までも除去した部分（基板開口部）のいずれかからなる高インピーダンス領域とが、誘電体基板に垂直な電界成分を持った両領域それぞれの固有伝搬モードの１／４伝搬波長毎に２周期以上にわたり交互に繰り返し配置された周期構造をなしていることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第５の裏面導体付コプレーナ導波路は、該低インピーダンス領域の誘電体基板と表面地板導体との間に抵抗体が挿入されていることを特徴としている。
【００２７】
本発明は、裏面導体付コプレーナ導波路において、表面導体地板と裏面導体とに挟まれた誘電体基板中を伝搬する平行平板モードに対し、この平行平板モードの電磁界が感じる特性インピーダンスの値を信号伝搬方向に一様で無い複素数とすることによって、特定の周波数域でこの平行平板モードの伝搬を効果的に抑え、有効かつ実用的な構造を提供するものである。
【００２８】
上記のように、ほとんど損失の伴わない材料系で、チョーク構造やフォトニックバンドギャップに代表される周期構造を構成しようとする場合には、電磁波に対する禁止帯の遮断特性が終端条件によって大きく異なることが避けられない。裏面導体付コプレーナ導波路の不要平行平板モード抑制策として周期構造を用いる場合のこうした課題を解決し、実用的な遮断特性を実現するためには、平行平板モードが誘電体基板端部に到達する前に、その振幅を一定レベル以下に減衰させておくことが必要である。
【００２９】
具体的には、不要モードが感じる特性インピーダンスを空間的に一様で無くし、そこへさらに一定の減衰機能を有する損失性周期構造を、表面導体地板や裏面導体あるいはそれらに挟まれた誘電体基板の適当な位置へ設けることが有効である。
【００３０】
その際、伝搬を阻止したい不要モード（裏面導体付コプレーナ導波路の場合には平行平板モード）の電磁界のみを効果的に減衰させ、信号伝搬を担う主モード（同じくコプレーナ導波路の準ＴＥＭモード）は極力減衰させないことが重要である。同時に、実用化の観点からは、上記の損失性周期構造を設ける工程は、従来の裏面導体付コプレーナ導波路の製造工程に対して大幅な追加／変更等を必要とせず、極力共通化できることが望ましい。
【００３１】
コプレーナ導波路の電磁場強度が最大となる部分は空隙部の電極端近傍であり、その電磁場強度が概ね１／ｅ４　以下に減衰する領域にのみ損失性媒質を設ければ、コプレーナ導波路の準ＴＥＭモードをほとんど減衰させることなく、寄生平行平板モードの伝搬のみを効果的に抑えることが可能である。
【００３２】
本発明では、裏面導体付コプレーナ導波路の寄生平行平板モードが伝搬する領域にこうした損失性周期構造を導入して、信号伝搬を担う主モードの伝搬特性への影響を実用上十分小さく抑えたまま、不要モードの伝搬のみを効果的に抑制することができる理想的な不要モード遮断構造が提供可能となる。
【００３３】
尚、不要モードが感じる特性インピーダンスの空間依存性は、所要の不要モード遮断特性を満足しさえすればよく、当然のことながら様々な組合せが設計可能である。実用上の観点からは、最低でも高インピーダンス領域と低インピーダンス領域との２つを用意し、これらを適当に組合せることによって、実用上十分な不要モード遮断特性が設計可能となる。
【００３４】
この低インピーダンス領域の実現手段としては、裏面導体付コプレーナ導波路の特徴そのものである、誘電体基板を挟んで互いに対向した表面導体地板と裏面導体とからなる平行平板線路をそのまま活用すればよい。
【００３５】
一方、高インピーダンス領域の実現手段の一つである誘電体基板の貫通穴は、従来の裏面導体付コプレーナ導波路の導通ビアと同一の製造工程で実現可能であり、製造装置やプロセスの新規導入や追加／変更等は一切必要ない。同様に、高インピーダンス領域のもうひとつの実現手段としては表面導体地板を部分的にエッチング除去して誘電体基板表面を露出させた構造も実用的である。この構造は裏面導体付誘電体スラブ線路そのものであり、伝搬特性もそれに準じる。
【００３６】
また、フォトマスクに開放パターンを追加するだけでコプレーナ導波路のリソグラフィ／エッチング工程において同時に形成できてしまうことから、この場合も製造装置やプロセスの新規導入や追加／変更等は一切必要ない。
【００３７】
尚、表面導体地板と誘電体基板との間に挿入する抵抗体は、平面回路基板に終端器等を設ける手段として広く用いられている薄膜抵抗の成膜／リソグラフィ工程を利用することによって、フォトマスクに抵抗体パターンを追加するだけで、終端器と同時に形成できてしまうという利点があり、製造装置やプロセスの新規導入や追加／変更等は一切必要としない。
【００３８】
具体的には、表面導体地板が形成される直下の薄膜抵抗体は、従来、リソグラフィ技術を用いて誘電体基板からエッチング除去されていたが、これを空隙周辺を除いてそのまま残しておき、この上から電極材料を成膜し、引き続きこの電極材料に従来と同一のリソグラフィ／エッチング加工を施すだけでよいのである。
【００３９】
この構造の面抵抗は、直流において、表面導体地板のそれと抵抗体のそれとの並列合成抵抗に等しく、ほぼゼロであるが、特にミリ波帯においては表皮効果の影響で誘電体内部を伝搬する波の電磁界に直接触れている抵抗体の面抵抗の方が徐々に支配的となる。つまり、直流域と高周波域で実効的な面抵抗が変わることを意味しており、例えば、抵抗体の厚さを寄生平行平板モードを抑制したい周波数帯に対応する表皮厚さより厚くすることによって、その周波数帯における寄生平行平板モードのみを選択的に減衰させるという効果も期待できる。
【００４０】
また、抵抗体の挿入によって寄生平行平板モードの電磁界が感じる実効的な特性インピーダンスは複素数になる。尚、抵抗体を誘電体基板と裏面導体との間に挿入しても同一の効果が得られることは言うまでもない。
【００４１】
本発明を用いることによって、裏面導体付コプレーナ導波路に寄生する不要な平行平板モードの伝搬をほぼ抑えることが可能となる。これによって、裏面導体付コプレーナ導波路の基本モードの、特にミリ波帯における伝搬特性を劣化させる要因が排除されるため、裏面導体付コプレーナ導波路をベースとした平面回路基板を用いて直流からミリ波までの広い周波数帯にわたる理想的な伝搬特性を実現することが可能となる。
【００４２】
また、本発明は、従来の裏面導体付コプレーナ導波路と同一の製造工程で実現することが可能なため、製造工程における新規の設備投資が不要であり、裏面導体付コプレーナ導波路をベースとした高周波モジュール用平面回路基板を低コスト、大量かつ安定に提供することが可能になる。これらの結果、次世代通信ネットワークの構築に向けた大容量通信システム向け超高周波モジュールの高性能化・低コスト化への道が拓かれる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図である。これら図１（ａ），（ｂ）を参照して本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の構成について順に説明する。
【００４４】
本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路は、比誘電率εｒ　、厚さｔの誘電体基板１０１の表面に中心導体１０４と表面導体地板１０２とが空隙を介して配置されている。また、誘電体基板１０１の裏面には裏面導体１０３が全面に形成されている。
【００４５】
本構造の信号伝搬を担う基本モード［準ＴＥＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）モード］の電磁界は空隙周辺に集中する。空隙に接する表面導体地板１０２の端部から距離ｐ以上離れた領域には、誘電体基板１０１と表面導体地板１０２との間に抵抗体（薄膜抵抗１０５）が挿入されている。表面導体地板１０２とその直下の誘電体基板１０１及び裏面導体１０３とは、ここを伝搬可能な平行平板モードの電磁波に対して低インピーダンス領域を成している。
【００４６】
また、この低インピーダンス領域の中に、一辺の長さがａＨ　のほぼ正方形状の高インピーダンス領域が、長さａＬ　の間隔をおいて交互に配置されている。長さａＨ　、ａＬ　は平行平板モードの伝搬を抑えたい周波数帯の中心周波数ｆ０　におけるそれぞれ高インピーダンス領域及び低インピーダンス領域を伝搬する平行平板モードの各固有伝搬波長λＨ　、λＬ　に対して１／４の長さに設定されている。さらに、誘電体基板１０１の厚さｔは、最大使用周波数ｆｍ　に対し、ｃ０　／｛４ｆｍ　（εｒ　−１）１／２　｝以下に設定されている（ｃ０　は自由空間中の光速）。
【００４７】
次に、図１（ａ），　（ｂ）に示す本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の動作について説明する。本構造の信号伝搬を担うコプレーナ導波路の基本モード（準ＴＥＭ）の電磁界は、中心導体１０４と表面導体地板１０２とに挟まれた空隙部周辺に集中している。
【００４８】
しかしながら、このコプレーナ導波路の基本モードは、上述したように、製造上の微妙な寸法誤差のほか、同軸コネクタとの接続部に代表される不連続や曲りといったや構造上の摂動が導入されることによって、対向する表面導体地板１０２と裏面導体１０３とに挟まれた誘電体基板１０１中を伝搬可能な平行平板モードに容易に結合する。
【００４９】
問題は、この平行平板モードにカットオフが存在せず、この誘電体基板１０１中を伝搬しながら発散して行く性質を持っており、特にミリ波帯において裏面導体付コプレーナ導波路の基本モード本来の伝搬特性を顕著に劣化させてしまうことである。
【００５０】
１／４波長チョークに代表される周期構造は、特定の周波数帯における電磁波の伝搬を効率よく阻止する性質を有し、マイクロ波回路において広く用いられている。上記の平行平板モードの伝搬抑制にあたっては、こうした周期構造を用いることも一つの解決策として期待される。
【００５１】
しかしながら、損失の非常に小さい有限の周期構造の終端境界条件依存性は特に禁止帯近傍の周波数において顕著に現れやすく、実装条件によっては実際に波の伝搬を阻止すべく設定された、まさにその帯域においてこの構造中を電磁波が通り抜けてしまう、という難点を持つ。
【００５２】
こうした現象を防ぐためには、平行平板モードが誘電体基板１０１の端部に到達する前に、その振幅を一定レベル以下に減衰させておく必要があり、周期構造自体に何らかの損失を生じるメカニズムを持たせておくことが最も有効である。
【００５３】
空隙に接する表面導体地板１０２の端部から距離ｐ以上離れた領域における上記の基本モードの電界強度は、空隙部に集中した上記の基本モードの電界強度の最大値に比べて１／ｅ４　以下に減衰している。この距離ｐ以上離れた領域のうちのさらに低インピーダンス領域において、誘電体基板１０１と表面導体地板１０２との間に抵抗体を挿入しても、上記の基本モードの伝搬特性自体への影響は実用上ほぼ無視できる程度に小さい。
【００５４】
一方、この平行平板モードは挿入された抵抗体に対して垂直な電界成分が主であり、この抵抗体に差し掛かった瞬間に渦電流が流れ、面抵抗に応じた損失を生じて、その振幅が急速に減衰することから、結果として一定距離以上を伝搬することができない。
【００５５】
こうして、単に抵抗体を挟むだけで、信号伝搬を担うコプレーナ導波路の主モードを減衰させることなく、不要な平行平板モードのみを選択的に除去することが可能な構造となっている。尚、この抵抗体の形成は、高周波平面回路の中で一般的に用いられる薄膜抵抗素子の形成プロセスをそのまま流用することが可能であり、抵抗体形成のためだけに新たなプロセスを追加導入する必要はまったく無い。また、スルーホール形成プロセス等にも全く支障が無いことから、従来のコプレーナ導波路と全く同じように、直流域からミリ波帯までを広範にカバーする高周波回路基板用ストリップ線路を提供することが可能である。
【００５６】
図２（ａ）は本発明の一実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図であり、図２（ｂ）は本発明の一実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図であり、図２（ｃ）は本発明の一実施例による損失性周期構造部分における寄生平行平板モードの伝搬特性を説明するための図である。これら図２（ａ）〜（ｃ）を参照して本発明の一実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の構成について順に説明する。
【００５７】
比誘電率９．９、厚さ０．３８ｍｍのアルミナからなる誘電体基板（アルミナ基板）２０１の表面に、幅１０４μｍの中心導体２０４と表面導体地板２０２とが幅５８μｍの空隙を介して配置されている。また、誘電体基板２０１の裏面には裏面導体２０３が全面に形成されている。中心導体２０４、表面導体地板２０２はＡｕ／ＮｉＣｒ（厚さ２μｍ／０．１μｍ）で、裏面導体２０３はＡｕ／Ｐｄ／Ｔｉ（厚さ２μｍ／０．１μｍ／０．０５μｍ）である。
【００５８】
本構造の信号伝搬を担う基本モード（準ＴＥＭモード）の電磁界は空隙周辺に集中する。空隙に接する表面導体地板２０２の端部から２４０μｍ以上離れた領域では、ここに誘電体基板２０１と表面導体地板２０２との間にシート抵抗１００Ω／□の窒化タンタル（Ｔａ２　Ｎ）薄膜抵抗２０５が挿入されている。尚、この領域における基本モードの電磁界は、空隙に接する表面導体地板端部での最大値に対して１／ｅ４　以下に減衰しており、薄膜抵抗２０５を挿入したことによる上記の基本モードの伝搬特性自体への影響は、実用上ほぼ無視できる程度に小さい。
【００５９】
また、この表面導体地板２０２とその直下の誘電体基板２０１及び裏面導体２０３とは、ここを伝搬可能な平行平板モードの電磁波に対して低インピーダンス領域を成している。さらに、この低インピーダンス領域の中には、一辺の長さが２．１ｍｍのほぼ正方形状に表面導体地板２０２を除去して誘電体基板２０１の表面を露出させた高インピーダンス領域２０６が長さ０．７ｍｍの間隔をおいて２周期以上にわたり交互に配置されている。
【００６０】
これらは中心周波数３２ＧＨｚの平行平板モードの固有伝搬波長に対していずれもほぼ１／４波長の長さに設定されており、さらに薄膜抵抗２０５が付加されていることによって損失を伴う周期構造を成す。また、中心導体２０４から３周期以上離れた低インピーダンス領域の一部には、表面導体地板２０２と裏面導体２０３とを直流的に同電位に保つための導通スルーホール２０７が設けられている。これらはいずれも通常の裏面導体付コプレーナ導波路と全く同一の製造工程を経て製造されている。
【００６１】
本構造の信号伝搬を担うコプレーナ導波路の基本モード（準ＴＥＭ）の電磁界は、中心導体２０４と表面導体地板２０２とに挟まれた空隙部周辺に集中して伝搬する。一方、表面導体地板２０２と裏面導体２０３とに挟まれた誘電体基板２０１中を伝搬可能な平行平板モードは、上記の周期構造に設けられた薄膜抵抗２０５で速やかに減衰を受けるうえ、その伝搬自体も周期構造によって効果的に阻止されることから、この平行平板モードが安定して伝搬することはできない。
【００６２】
ここで注意すべきことは、周期構造自体の伝搬阻止特性は中心周波数３２ＧＨｚを挟んでほぼ２２ＧＨｚ〜４２ＧＨｚの領域で有効に機能し、周波数帯を外れるにつれて、平行平板モードに対する伝搬阻止特性が徐々に失われてしまうことである。しかしながら、平行平板モードの伝搬は３０ＧＨｚを越えるあたりから顕著になることが知られており、これより低周波側では表面導体地板２０２と裏面導体２０３とを同電位に保つ導通スルーホール２０７が有効に機能する。
【００６３】
周期構造の周囲に導通スルーホール２０７を配置した本構造は、直流域からミリ波域にかけての広帯域にわたって平行平板モードの伝搬を効果的に抑えることが可能になっている。この結果、平行平板モードの伝搬に起因した筐体内部での不要共振等が抑えられ、このコプレーナ導波路を用いた高周波平面回路の信号伝達特性が大幅に改善される。
【００６４】
図３（ａ）は本発明の他の実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図であり、図３（ｂ）は本発明の他の実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図であり、図３（ｃ）は本発明の他の実施例による損失性周期構造部分における寄生平行平板モードの伝搬特性を説明するための図である。これら図３（ａ）〜（ｃ）を参照して本発明の他の実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の構成について順に説明する。
【００６５】
比誘電率９．９、厚さ０．３８ｍｍのアルミナからなる誘電体基板（アルミナ基板）３０１の表面に、幅１０４μｍの中心導体３０４と表面導体地板３０２とが幅５８μｍの空隙を介して配置されている。また、誘電体基板３０１の裏面には裏面導体３０３が全面に形成されている。中心導体３０４、表面導体地板３０２はＡｕ／ＮｉＣｒ（厚さ２μｍ／０．１μｍ）で、裏面導体３０３はＡｕ／Ｐｄ／Ｔｉ（厚さ２μｍ／０．１μｍ／０．０５μｍ）である。
【００６６】
本構造の信号伝搬を担う基本モード（準ＴＥＭモード）の電磁界は空隙周辺に集中する。空隙に接する表面導体地板３０２の端部から２４０μｍ以上離れた領域では、ここに誘電体基板３０１と表面導体地板３０２との間にシート抵抗１００Ω／□の窒化タンタル（Ｔａ２　Ｎ）薄膜抵抗３０５が挿入されている。尚、この領域における基本モードの電磁界は、空隙に接する表面導体地板端部での最大値に対して１／ｅ４　以下に減衰しており、薄膜抵抗３０５を挿入したことによる上記の基本モードの伝搬特性自体への影響は、実用上ほぼ無視できる程度に小さい。
【００６７】
また、この表面導体地板３０２とその直下の誘電体基板３０１及び裏面導体３０３とは、ここを伝搬可能な平行平板モードの電磁波に対して低インピーダンス領域を成している。この構造と、その信号伝搬を担う基本モード（準ＴＥＭモード）と、振舞いとは基本的に上述した本発明の一実施例の場合と同じである。
【００６８】
本実施例と上記の本発明の一実施例との違いは、低インピーダンス領域の中に設けられた高インピーダンス領域がもたらす遮断域の中心周波数を単一ではなく、異なる２つの周波数とすることによって、遮断効果を実現する帯域を拡大していることである。
【００６９】
一辺の長さが２．１ｍｍのほぼ正方形状、及び２．１ｍｍ×３ｍｍの長方形状に表面導体地板３０２を除去して誘電体基板３０１の表面を露出させた２種類の高インピーダンス領域３０６がそれぞれ長さ０．７ｍｍ、１．１ｍｍの間隔をおいて２周期以上にわたって交互に配置されている。これらは前者が中心周波数３２ＧＨｚ、後者が同じく２１．３ＧＨｚの平行平板モードの固有伝搬波長に対していずれもほぼ１／４波長の長さに設定されており、さらに薄膜抵抗３０５が付加されていることによって損失を伴う周期構造を成す。
【００７０】
また、中心導体３０４から３周期以上離れた低インピーダンス領域の一部には、表面導体地板３０２と裏面導体３０３とを直流的に同電位に保つための導通スルーホール３０７が設けられている。これらは、いずれも通常の裏面導体付コプレーナ導波路と全く同一の製造工程を経て製造されている。
【００７１】
上述した本発明の一実施例でも説明したように、本構造の信号伝搬を担うコプレーナ導波路の基本モード（準ＴＥＭ）の電磁界は、中心導体３０４と表面導体地板３０２とに挟まれた空隙部周辺に集中して伝搬する。
【００７２】
一方、表面導体地板３０２と裏面導体３０３とに挟まれた誘電体基板３０１中を伝搬可能な平行平板モードは、上記の周期構造に設けられた薄膜抵抗３０５で速やかに減衰を受けるうえ、その伝搬自体も周期構造によって効果的に阻止されることから、この平行平板モードが安定して伝搬することはできない。
【００７３】
上記のように、高インピーダンス領域の遮断する中心周波数をずらすことによって、２０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚもの広帯域にわたり平行平板モードに対し良好な遮断特性が実現できる。この原理を使って平行平板モードを遮断する周波数帯域を容易に拡大することができる。
【００７４】
また、周期構造の周囲に導通スルーホール３０７が配置されていることによって、本発明の一実施例で述べたのと同じ理由で、直流域からミリ波域にかけての広帯域にわたって平行平板モードの伝搬を効果的に抑えることが可能になっている。
【００７５】
この結果、平行平板モードの伝搬に起因した筐体内部での不要共振等が抑えられ、このコプレーナ導波路を用いた高周波平面回路の信号伝達特性が大幅に改善される。
【００７６】
このように、本発明では、損失性周期構造の導入によって、裏面導体付コプレーナ導波路に寄生する不要平行平板モードの電磁波を薄膜抵抗１０５，２０５，３０５で速やかに減衰させることが可能になるうえ、周期構造の導入でこの平行平板モード自体の伝搬を実用上十分小さなレベルに抑えることが可能になるため、裏面導体付コプレーナ導波路を用いた高周波平面回路の信号伝搬特性に現れ易い寄生平行平板モードの影響を効果的に抑制することができる。
【００７７】
また、本発明では、損失性周期構造を、従来の裏面導体付コプレーナ導波路と全く同一の製造装置、工程で製造することができ、一切の新規導入設備等が不要となるので、上記の効果を低コストで提供することができる。
【００７８】
さらに、本発明では、上述したように、モジュールを構成する部品点数が必要最小限で抑えられるうえ、その結果、光モジュール組立工程にて最も経験と時間とを要する煩雑な光軸調芯等の組立作業が不要になるため、光モジュールの低コスト化を実現することができる。
【００７９】
以上説明したように、本発明による裏面導体付コプレーナ導波路は、高周波平面回路基板を実現するうえで課題であった寄生平行平板モードの影響を、損失性周期構造の導入によって、信号伝搬を担う基本モードへの影響を無視できる程度に抑えながら、効果的に抑制することができる。
【００８０】
また同時に、本発明による裏面導体付コプレーナ導波路は、従来と全く同一の製造装置や工程で提供することが可能なことから、特に幹線系光ファイバ通信システム向けのハイエンド光通信モジュール等に代表される、直流域からミリ波域にわたる小型・高性能・低価格な超広帯域モジュールを、大量かつ安定に提供する道を拓くものである。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、損失性周期構造を導入することによって、高周波平面回路の信号伝搬特性に現れ易い寄生平行平板モードの影響を効果的に抑制することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図、（ｂ）は本発明の実施の形態による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図、（ｂ）は本発明の一実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図、（ｃ）は本発明の一実施例による損失性周期構造部分における寄生平行平板モードの伝搬特性を説明するための図である。
【図３】（ａ）は本発明の他の実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の平面図、（ｂ）は本発明の他の実施例による裏面導体付コプレーナ導波路の断面図、（ｃ）は本発明の他の実施例による損失性周期構造部分における寄生平行平板モードの伝搬特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１　誘電体基板
１０２，２０２，３０２　表面導体地板
１０３，２０３，３０３　裏面導体
１０４，２０４，３０４　中心導体
１０５，２０５，３０５　薄膜抵抗
１０６，２０７，３０７　導通スルーホール
２０６，３０６　高インピーダンス領域
【図１】
2004015778.tif 000003
【図２】
2004015778.tif 000004
【図３】
2004015778.tif 000005