(57)【要約】【課題】例えばマイクロ波帯などの、光周波より低い周波数帯域でも小型の機能素子への応用が可能な３次元周期構造体とその製造方法、高周波素子および高周波装置を構成する。【解決手段】誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布する３次元周期構造部１００と、その３次元周期構造部１００内に埋設した、３次元周期構造部を構成する２つの物質とは異なる誘電体などの所定寸法の物体３とから３次元周期構造体１０１を構成し、これを例えば導波管４内に配置する。このような構造により、フィルタ機能を備えた伝送路等を構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占める３次元周期構造体であって、
前記３次元空間内に前記２つの物質とは異なる物質からなる所定寸法の物体を埋設したことを特徴とする３次元周期構造体。
【請求項２】
前記２つの物質の一方は、ダイヤモンド結晶型格子構造の空気孔であり、これらの空気孔のうち複数の空気孔内に前記２つの物質とは異なる物質の物体を配置したことを特徴とする請求項１に記載の３次元周期構造体。
【請求項３】
誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占める３次元周期構造体であって、
前記３次元空間内に前記２つの物質のうち一方の物質で満たす所定寸法の空間を設けたことを特徴とする３次元周期構造体。
【請求項４】
前記３次元周期構造体は、前記３次元の軸のうち所定方向の軸に沿って周期が変化している請求項１、２または３に記載の３次元周期構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の３次元周期構造体を導波路内に配置してなる伝送路。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の３次元周期構造体を、伝送路の一部である基板の一方の面または両方の面に配置した伝送路。
【請求項７】
前記基板に導電体膜による伝送線路を構成した請求項６に記載の伝送路。
【請求項８】
前記基板を、内部にコンデンサ、インダクタ、層間接続体などの回路素子を備えた多層構造とした請求項７に記載の伝送路。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載の伝送路子を一部に備え、該伝送路の透過特性を利用したフィルタ。
【請求項１０】
請求項５〜８のいずれかに記載の伝送路を一部に備えたアイソレータ。
【請求項１１】
請求項５〜８のいずれかに記載の伝送路を一部に備えたカプラ。
【請求項１２】
請求項５〜８のいずれかに記載の伝送路を一部に備えたアンテナ。
【請求項１３】
請求項９に記載のフィルタ、請求項１０に記載のアイソレータ、請求項１１に記載のカプラ、または請求項１２に記載のアンテナのいずれかを備えた高周波装置。
【請求項１４】
形成すべき断面パターンの光照射を光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法により、請求項１または２に記載の３次元周期構造体の２つの物質のうち一方の物質の分布による構造体を形成するとともに、該光造形法の途中で、請求項１または２に記載の物体を配置することにより請求項１または２に記載の３次元周期構造体を製造する３次元周期構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品の一部などに用いることのできる３次元周期構造体、その製造方法、高周波素子、および高周波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体結晶中において、原子核により構成される周期的なポテンシャル分布は、格子定数に見合う波長の電子波に対して干渉作用を示す。すなわち、電子波の波長が結晶のポテンシャル周期に非常に近い場合には、３次元的な回折作用（ブラッグ回折）により反射が起こる。この現象により特定のエネルギ領域に含まれる電子はその通過を禁止される。これが半導体デバイスなどに利用される電子バンドギャップの形成である。
【０００３】
同様に、屈折率もしくは誘電率が周期的に変化する３次元構造は、電磁波に対する干渉作用を示し、特定周波数領域の電磁波を遮断する。この場合、禁止帯はフォトニックバンドギャップと呼ばれ、上記３次元構造体はフォトニック結晶と呼ばれる。
【０００４】
フォトニック結晶のこのような作用を利用して、例えば所定周波数帯域の電磁波の透過を遮断するカットオフフィルタとして用いたり、上記周期的な構造中に周期を乱す不均一部分を導入して、その部分に光や電磁波が閉じ込める導波路や共振器として用いたりすることが考えられている。また、光の超低閾値レーザーや電磁波の高指向性アンテナ等への応用も考えられている。
【０００５】
一般にフォトニック結晶中において、電磁波のブラッグ回折が起こるときには、二種類の定在波が形成される。図１８はその二種類の定在波を示している。定在波Ａは、波の振動が低誘電率領域で高いエネルギを有し、定在波Ｂは、波の振動が高誘電率領域で高いエネルギを有する。この２つの異なるモードにスプリットした定在波間のエネルギを有する波は結晶中に存在できないので、バンドギャップが生じる。バンドギャップを広げたいのであれば、２つの定常波のエネルギ差を広げてやればよい。そのためには、２つの媒質で誘電率のコントラストを強くするか、高誘電率媒質の体積比を大きくすることが効果的である。
【０００６】
このフォトニック結晶には１次元、２次元、３次元の構造体があるが、完全なフォトニックバンドギャプを得るためには３次元構造が必要である。
【０００７】
３次元構造を得るものとして、▲１▼特開平１０−３３５７５８号「３次元周期構造体及びその作製方法並びに膜の製造方法」、▲２▼特開２０００−１５８５４２「構造物、多層構造物、その製造方法及びその装置」、▲３▼特開２０００−２５８６４５「３次元周期構造体及び２次元周期構造体並びにそれらの作製方法」が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの３次元周期構造体は、そのフォトバンドギャップを利用した種々のデバイスに応用されることを念頭に発明されたものであるが、例えばマイクロ波帯におけるフィルタなどの機能素子への具体的な応用については示されていない。
【０００９】
また、これらの３次元周期構造体は光周波には適するが、それらの構造のままマイクロ波帯に適用しようとすると、全体に大型化してまう。
【００１０】
この発明の目的は、例えばマイクロ波帯などの、光周波より低い周波数帯域での機能素子への応用が可能な３次元周期構造体とその製造方法、高周波素子および高周波装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の３次元周期構造体は、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占めるようにし、その３次元空間内に前記２つの物質とは異なる物質からなる所定寸法の物体を埋設したことを特徴としている。
【００１２】
また、この発明の３次元周期構造体は、前記２つの物質の一方をダイヤモンド結晶型格子構造の空気孔とし、これらの空気孔のうち複数の空気孔内に前記２つの物質とは異なる物質の物体を配置したことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明の３次元周期構造体は、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占めるようにし、その３次元空間内に前記２つの物質のうち一方の物質で満たす所定寸法の空間を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また、この発明の３次元周期構造体は、前記３次元の軸のうち所定方向の軸に沿って周期を変化させたことを特徴としている。
【００１５】
この発明の伝送路は、前記いずれかの３次元周期構造体を導波路内に配置したことを特徴としている。
【００１６】
また、この発明の伝送路は、前記いずれかに記載の３次元周期構造体を伝送路の一部である基板の一方の面または両方の面に配置したことを特徴としている。
【００１７】
また、この発明の伝送路は、前記基板に導電体膜による伝送線路を構成したことを特徴としている。
【００１８】
また、この発明の伝送路は、前記基板を、内部にコンデンサ、インダクタ、層間接続導体などの回路素子を備えた多層構造としたことを特徴としている。
【００１９】
この発明のフィルタは、前記伝送路を信号伝送路の一部に設け、その高周波素子の透過特性を利用する。
【００２０】
この発明のアイソレータは、前記伝送路を信号伝送路の一部に備える。
【００２１】
この発明のカプラは、前記伝送路を信号伝送路の一部に備える。
【００２２】
この発明のアンテナは、前記伝送路を信号伝送路の一部に備える。
【００２３】
この発明の高周波装置は、前記フィルタ、アイソレータ、カプラ、またはアンテナのいずれかを備える。
【００２４】
この発明の３次元周期構造体の製造方法は、形成すべき断面パターンの光照射を光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法により、前記３次元周期構造体の２つの物質のうち一方の物質の分布による構造体を形成するとともに、光造形法の途中で、前記２つの物質とは異なる物質からなる所定寸法の物体を配置する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る３次元周期構造体、その製造方法および伝送路の構成を図１、図２、図１５〜図１７を参照して説明する。
図１は伝送路の破断斜視図である。図２はその断面図である。ここで、４は導波管であり、その内部の空間に３次元周期構造体１０１を配置している。図２において１は３次元周期構造部１００のうちの一方の物質である誘電体、２は他方の物質である空気孔である。この誘電体１および空気孔２の３次元周期構造によって３次元周期構造部１００を構成している。また３で示す部分は導波管４の信号伝送方向に沿って延びる断面矩形の誘電体である。この３次元周期構造部１００と誘電体３とによって３次元周期構造体１０１を構成している。
【００２６】
３次元周期構造部１００は、フォトニック結晶として作用する。フォトニック結晶が十分な電磁波の反射機能を発揮するためには、あらゆる結晶方向に対して幅の広いバンドギャップを形成する必要がある。理想的な結晶構造は３次元ダイヤモンド構造である。ダイヤモンド構造は、単位格子に８個の格子点を含み、そのうち４個ずつがそれぞれ独立の面心立方格子を作り、一方の格子が他方を立体対角線に沿ってその長さの１／４だけ平行に移動した位置を占めるものである。
【００２７】
ダイヤモンド構造のフォトニック結晶は、球状の誘電体をダイヤモンド構造の格子点に配置した結晶や、誘電体柱の組み合わせでダイヤモンド構造の原子結合を模した結晶である。
【００２８】
図１に示した３次元周期構造部１００は、樹脂中にダイヤモンド型格子構造の空気孔を周期性をもって分布させたものである。このような構造を反転ダイヤモンド構造と称することができる。ここで格子部分を円柱状とし、その円柱部分の直径と長さの比率を２：３（アスペクト比１．５）、格子定数を１０ｍｍとしている。
【００２９】
図１５は、図１の（Ａ）に示した３次元周期構造体１０１を製造する装置を示している。ここで、１５は紫外線で硬化するエポキシ系の光硬化性樹脂１８を満たす容器である。１６は容器１５の内部で上下方向に移動するエレベータテーブル、１９はエレベータテーブル１６の上部に造形したオブジェクトである。１７はオブジェクト１９の上面に光硬化性樹脂１８を所定膜厚だけ塗布するためのスキージである。
【００３０】
また、１０はレーザーダイオード、１１はレーザーダイオード１０からのレーザー光を波長変換して紫外光を発生させる調波発生素子（ＬＢＯ）、１２は波長選択素子としての音響光学素子（ＡＯＭ）、１３は走査ミラー、１４はｆθレンズである。これらによって光学系を構成している。
【００３１】
このような光造形装置を用いたフォトニック結晶の製造手順は次のとおりである。
まず、エレベータテーブル１６を光硬化性樹脂１８の液面から所定深さまで降下させ、スキージ１７を液面に沿った方向に移動させることによって、エレベータテーブル１６の表面に厚さ約１００μｍの光硬化性樹脂膜を形成する。その状態で上記光学系によって波長３５５ｎｍの紫外線レーザーをスポット径５０μｍのビームとして出力１１０ｍＷでその液面に照射する。このとき走査ミラー１３を制御しつつレーザーダイオード１０を変調することによって、光硬化性樹脂１８を硬化させるべき位置にレーザー光を照射し、その他の領域に照射しないように制御する。
【００３２】
上記レーザービームの照射された光硬化性樹脂１８の液面は、その重合反応により直径１２０μｍの球状硬化相が形成される。この時、レーザービームを速度９０ｍ／ｓで走査すると、厚さ１５０μｍの硬化相が形成される。
このようにレーザービームをラスタースキャンすることによって一層目の断面パターンに相当するオブジェクト１９を形成する。
【００３３】
次に、エレベーターテーブル１６を約２００μｍ降下させ、スキージ１７の移動によって、オブジェクト１９の表面に厚さ約２００μｍの光硬化性樹脂膜を形成する。
【００３４】
その後、一層目と同様にしてレーザービームの走査および変調を行うことによって二層目の断面パターンを一層目の上に形成する。この時、上下の層は重合硬化により接合される。三層目以降は二層目と同様である。この処理を繰り返すことによってオブジェクト１９を造形する。
【００３５】
図１６は、多数の層を形成した各段階でのオブジェクトの形状を透視斜視図として示している。但しここでは、図示を容易にするため、レーザービームが照射されずに硬化しなかった部分すなわち空気孔部分のパターンを示している。（Ａ）は、ダイヤモンド構造の結晶軸〈１１１〉方向に略１ユニット分だけ造形した状態を示している。また（Ｂ）は、これを約４ユニット分造形した状態を示している。（Ｃ）は、更にこれを所定ユニット分繰り返して造形した状態を示している。
【００３６】
図１５に示した装置で、光硬化性樹脂１８の液面に対して所定の断面パターンで光硬化性樹脂１８を硬化させるために、ＣＡＤ／ＣＡＭプロセスを用いる。すなわち、図１６に示したようなパターンは、３次元データを扱うＣＡＤで予め設計し、その３次元構造のデータを一旦ＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）データに変換し、これをスライスソフトウェアによって、所定位置における２次元断面データの集合へ変換する。最後に、この２次元断面データからレーザービームをラスタースキャンさせる際にレーザーダイオードを変調するためのデータを作成する。このようにして用意したデータを基に、レーザービームの走査とともにレーザーダイオードの変調を行う。
【００３７】
図１７は、上述の光造形装置を用いて３次元周期構造体１０１を製造する手順を示している。まず、（Ａ）に示すように所定高さまで３次元周期構造部１００を光造形し、その後、（Ｂ）に示すように溝ｄが生じるように３次元周期構造部１００を光造形する。その後、（Ｃ）に示すように予め成形した誘電体３を溝ｄ部分に挿入する。続いて、誘電体３の上部にも３次元周期構造部１００を形成して、（Ｄ）に示すように、３次元周期構造部１００内に誘電体３を埋設した３次元周期構造体１０１を得る。
【００３８】
以上のようにして製造した３次元周期構造体１０１を導波管４内に配置することにより、その伝送路は、３次元周期構造部１００のフォトニックバンドギャップによる所定周波数が大きく減衰する透過特性を示すことになる。
【００３９】
一方、導波管４の中央部に存在する誘電体３に所定伝送モードの電磁界が集中し、伝送路全体が誘電体線路として作用する。
【００４０】
この誘電体線路の通過域を、伝送すべき信号周波数帯域に一致させ、同時に３次元周期構造部１００による減衰域を、遮断すべき周波数帯域に一致させる。このことによって、伝送すべき周波数帯域の信号成分のみを伝送するフィルタ機能を備えた伝送路として用いることができる。
【００４１】
次に、第２の実施形態に係る伝送路の構成を図３を参照して説明する。
図３は、伝送路の断面図である。ここで、１は誘電体、２は空気孔であり、この誘電体１と空気孔２とが３次元周期構造をなしている。また３′は、空気孔２となるべき複数の部分のうち所定部分に埋設した誘電体（誘電体片）である。この誘電体１、空気孔２および誘電体３’による３次元周期構造体１０１を導波管４の内部に配置している。
【００４２】
この３次元周期構造体１０１は、図１５に示したものと同様の光造形装置を用い、誘電体１および空気孔２部分を光造形する工程と、空気孔２内に、その空気孔にはまり込む大きさの誘電体３’を落とし込む工程とを繰り返すことによって製造する。
【００４３】
このように３次元周期構造体の格子中に誘電体１とは異なる物質からなる誘電体３’を分布させたことにより、誘電体３’の分布に応じて、３次元周期構造体１０１内において異なった周波数帯の通過・遮断特性を持たせることができる。
【００４４】
なお、誘電体３’の表面に予め導電体膜を形成しておいてもよい。また、誘電体材料の代わりに金属などの導電体材料からなる物体を分布させるようにしてもよい。このことにより、その分布によりやはり伝送路としての透過特性を定めることができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態に係る伝送路について図４、図５を参照して説明する。
図４は伝送路の断面図である。ここで５は基板であり、その上下に３次元周期構造部１００を配置している。基板５の誘電率は、３次元周期構造部１００を構成する２つの物質のいずれの誘電率より高い。この基板５と３次元周期構造部１００とからなる３次元周期構造体を導波管４内に設けている。
【００４６】
図４において、３次元周期構造部１００は第１・第２の実施形態で示した３次元周期構造部１００と同様の構造からなる。基板５は誘電体セラミック基板または樹脂基板である。３次元周期構造部１００はこの基板５の上下に独立して配置するか、連続した１つの３次元周期構造部内に基板５を埋設する形態で構成してもよい。
【００４７】
図５は、上記基板５を備えた場合と備えない場合とについて、伝送路の透過特性を示している。このように３次元周期構造部１００より実効誘電率の高い基板５を配置したことにより、遮断周波数帯域が全体に低域側にシフトし、且つ減衰量が大きくなる。これは、基板の誘電率により伝送路の遮断周波数が低域に移ったことや、基板の形状・寸法による遮断条件の変化によるものである。
【００４８】
次に、第４の実施形態に係る伝送路の構成を図６を参照して説明する。
（Ａ），（Ｂ）はいずれも伝送路の断面図である。基本的には図４に示したものと同様に、基板５の上下に３次元周期構造部１００ａ，１００ｂを配置して、この基板５と３次元周期構造部１００ａ，１００ｂからなる３次元周期構造体を導波管４の内部に配置している。
【００４９】
図６の（Ａ）に示す例では、一方の３次元周期構造部１００ａに、信号伝送方向に延びる空隙７を設けている。また（Ｂ）に示す例では、３次元周期構造部１００ａと１００ｂとで、３次元周期の所定の軸方向の周期を異ならせている。このようにして、導波路内の場所毎に異なった周波数帯の遮断特性を持たせることができ、一様な３次元周期構造体を設けた場合に比べて、導波路全体での電気的特性を種々に定めることができる。
【００５０】
なお、３次元周期構造部１００の構造としては、所定の軸に沿って周期が順次変化した周期傾斜構造としてもよい。
【００５１】
次に、第５の実施形態に係る伝送路の構成を図７〜図９を参照して説明する。
図７は、伝送路の信号伝送方向に垂直な面で切断した、信号伝送方向に所定長さを有する、部分斜視図である。図７において、５は伝送路の主要部を構成する基板である。この基板５の主要部の上下に３次元周期構造体１０１を配置している。すなわち、３次元周期構造体１０１で基板５を挟み込むようにしている。
【００５２】
図８は、図７に示した状態から上下の３次元周期構造体１０１を取り除いた状態での斜視図である。基板５の上下面には、信号伝送方向に延びる電極６を形成している。この基板５と、その表面に形成した電極６とによってストリップライン、スロットライン、コプレナーラインなどの各種伝送線路を構成する。また、基板５の周囲にシールドを設けてサスペンデッドラインを構成してもよい。
【００５３】
図９は、他の構造からなる基板の分解斜視図である。図８に示した例では、単層（単板）の誘電体基板に電極６を形成することによって伝送線路を構成したが、この図９に示す例では、５ａ〜５ｅで示す５層からなる多層構造基板である。５ａにはコイルパターン、５ｂにはキャパシタパターン、５ｃにはシールドパターン、５ｄにはトリミングパターンの電極をそれぞれ形成している。また、いわゆるＬＴＣＣ技術を用いて、基板の断面または内部には層間接続用導体を形成している。このように、内部にコンデンサ、インダクタ、層間接続導体などの回路素子を備えた多層構造の基板を用いてもよい。このことにより、基板が持つ複数の電気的性能と、３次元周期構造体１０１が持つ遮断特性とを同時に発現させることができる。
【００５４】
次に、第６の実施形態に係るフィルタの構成を図１０を参照して説明する。　（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はその縦断面図である。ここで、２１は角筒状のキャビティであり、その２つの開口部をパネル２２ａ，２２ｂで被っている。パネル２２ａ，２２ｂには、それぞれ同軸コネクタ２３ａ，２３ｂおよびそれらの中心導体に接続した結合ループ２４ａ，２４ｂを設けている。キャビティ２１の内部には、３次元周期構造体１０１を配置している。この３次元周期構造体１０１は、第１〜第５の各実施形態で示したいずれかの３次元周期構造体である。基本的にキャビティ２１内は空洞共振器として作用するが、３次元周期構造体１０１の存在により、フォトバンドギャップに相当する周波数が減衰する。スプリアスモードの共振周波数を、その減衰周波数に合わせることによって、このフィルタは、空洞共振器の基本周波数帯域を通過させ、減衰域のうち所定の周波数帯域をより大きく減衰させる、帯域通過フィルタとして作用する。
【００５５】
次に、第７の実施形態に係るアイソレータの構成を図１１を参照して説明する。
図１１は、信号伝送方向に垂直な面での断面図である。このアイソレータは、矩形導波管４の内部に、管軸に対して非対称の位置にフェライト板２５を挿入し、フェライト２５の周囲の空間に３次元周期構造部１００を配置したものである。フェライト板２５には、外部から直流磁界Ｈｄｃを印加する。ＴＥ１０モードの矩形導波管内では、互いに９０°位相の異なる振動磁界Ｈｘ，Ｈｚが存在し、任意の一点において、その合成回転磁界はｙ−ｚ平面で楕円編波している。この偏波の回転方向は、管軸を含むｙ−ｚ平面の両側で反対となっている。また、正のｚ方向へ進む波と負のｚ方向へ進む波についても互いに反対となっている。したがって、直流磁界Ｈｄｃを適当に選ぶことにより、ｚ軸の正方向に伝搬する波が正の回転磁界を生じて共鳴吸収により減衰し、負の方向に進む波が減衰しない。これによりアイソレータとして作用する。その際、３次元周期構造部１００の存在により、導波管４内を伝搬する不要周波数帯域が減衰するので、このアイソレータは、フィルタ機能を持ったアイソレータとして用いることができる。
【００５６】
なお、フェライト２５の左右の３次元周期構造部１００は別体で構成してもよいが、３次元周期構造部１００内にフェライト２５を埋設するようにして両者を一体化し、その全体を３次元周期構造体として構成してもよい。
【００５７】
次に、第８の実施形態に係るカプラの構成を図１２を参照して説明する。
このカプラは、２つの伝送路を並べるとともに、その管壁に、両方の伝送路内の波を結合させるための結合要素を設けたものである。この例では結合要素として孔ｈａ，ｈｂを管内波長の１／４波長分隔てて設けている。この構造により、ポート＃１からポート＃２の方向へ伝送される信号はポート＃４方向へ同相で加わり出力されるが、ポート＃３方向へは逆相で加わるため打ち消され出力されない。
【００５８】
この２つの伝送路は第１〜第５の実施形態で示したいずれかの構造からなる。したがって、このカプラは、伝送すべき周波数帯域のみ伝送し、不要な周波数帯域を遮断するフィルタ機能を備えたカプラとして作用する。
【００５９】
次に、第９の実施形態に係るアンテナの構成を図１３を基に説明する。
図１３は、スロットアンテナの部分斜視図である。ここで４は導波管であり、その内部に、第１〜第５の実施形態で示した３次元周期構造体１０１を配置している。導波管４の一方の側部には複数のスロットｓを設けている。これらの複数のスロットｓは同相で励振され、導波管４に対して横方向に最大放射を得る。導波管４を伝送する信号は、３次元周期構造体１０１の存在により、その不要な周波数帯域が減衰されるので、スプリアスの少ないアンテナ特性が得られる。
【００６０】
次に第１０の実施形態に係るレーダの構成を図１４を基に説明する。
図１４において、３１は発振器、３２はその発振信号を増幅する増幅器、３３は増幅器３２への戻り信号を阻止するアイソレータ、３４は送信信号の一部をローカル信号として取り出すカプラである。３６はアンテナ、３７はミキサである。３５は送信信号をアンテナ３６へ出力し、アンテナ３６からの受信信号をミキサ３７側へ出力するサーキュレータである。ミキサ３７は受信信号とローカル信号とをミキシングして、そのビート信号を生成する。フィルタ３８はそのビート信号のうち、必要な周波数成分を取り出して、受信中間周波信号ＩＦとして出力する。
【００６１】
上記アイソレータ３３として、図１１に示した構造のアイソレータを用い、上記カプラ３４として、図１２に示した構造のカプラを用い、上記アンテナ３６として、図１３に示した構造のアンテナを用いる。また、各伝送路部分には、図１〜図９のいずれかに示した伝送路を用いる。
【００６２】
このようにして、フィルタ機能を備えた高周波素子を用いることにより、小型、高感度、低スプリアス特性を備えたレーダを構成する。
【００６３】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占めるようにし、その３次元空間内に前記２つの物質とは異なる物質からなる所定寸法の物体を埋設したので、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布しただけの３次元周期構造体に比べて、光周波より低い例えばマイクロ波帯に適用しても、全体に大型化せず、光周波より低い周波数帯域での機能素子への応用が可能な３次元周期構造体が得られる。
【００６４】
また、この発明によれば、前記２つの物質の一方をダイヤモンド結晶型格子構造の空気孔とし、これらの空気孔のうち複数の空気孔内に前記２つの物質とは異なる物質の物体を配置したことにより、当該物体の位置決め配置が容易となる。
【００６５】
また、この発明によれば、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布するとともに、所定外形寸法の３次元空間を占めるようにし、その３次元空間内に前記２つの物質のうち一方の物質で満たす所定寸法の空間を設けたことにより、誘電率の異なる２つの物質が３次元の軸方向に周期性をもって分布しただけの３次元周期構造体に比べて、光周波より低い例えばマイクロ波帯に適用しても、全体に大型化せず、光周波より低い周波数帯域での機能素子への応用が可能な３次元周期構造体が得られる。
【００６６】
また、この発明によれば、前記３次元の軸のうち所定方向の軸に沿って周期を変化させたことにより、周期が一定の場合に比べて設計パラメータの数が増して、より機能性の高い３次元周期構造体が得られる。
【００６７】
この発明によれば、前記いずれかの３次元周期構造体を導波路内に配置したことにより、例えばマイクロ波帯の信号に対してフィルタ作用をもった伝送路が構成できる。
【００６８】
また、この発明によれば、前記いずれかに記載の３次元周期構造体を伝送路の一部である基板の一方の面または両方の面に配置したことにより、例えばマイクロ波帯の信号に対してフィルタ作用をもった伝送路が構成できる。
【００６９】
また、この発明によれば、前記基板に導電体膜による伝送線路を構成したことにより、その導電体膜と基板による伝送路としての特性と前記３次元周期構造体による電気的特性とを併せ持った特性の伝送路が得られる。
【００７０】
また、この発明によれば、前記基板を、内部にコンデンサ、インダクタ、層間接続導体などの回路素子を備えた多層構造としたことにより、基板に構成した回路の電気的特性を備えた多機能な伝送路が得られる。
【００７１】
この発明によれば、前記伝送路を信号伝送路の一部に備えたことにより、その伝送路の透過特性を備えたフィルタが得られる。
【００７２】
この発明によれば、前記伝送路を信号伝送路の一部に備えたことにより、フィルタ特性を備えたアイソレータが得られる。
【００７３】
この発明によれば、前記伝送路を信号伝送路の一部に備えたことにより、フィルタ特性を備えたカプラが得られる。
【００７４】
この発明によれば、前記伝送路を信号伝送路の一部に備えたことにより、フィルタ特性を備えたアンテナが得られる。
【００７５】
この発明によれば、前記フィルタ、アイソレータ、カプラ、またはアンテナのいずれかを備えた、機能性の高い高周波装置が得られる。
【００７６】
この発明によれば、形成すべき断面パターンの光照射を光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法により、前記３次元周期構造体の２つの物質のうち一方の物質の分布による構造体を形成するとともに、光造形法の途中で、前記２つの物質とは異なる物質からなる所定寸法の物体を配置するようにしたので、３次元周期構造体を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る伝送路の部分斜視図
【図２】同伝送路の断面図
【図３】第２の実施形態に係る伝送路の断面図
【図４】第３の実施形態に係る伝送路の断面図
【図５】同伝送線路の透過特性を示す図
【図６】第４の実施形態に係る伝送路の断面図
【図７】第５の実施形態に係る伝送路の部分斜視図
【図８】同伝送路に用いる基板の部分斜視図
【図９】別の基板の構成を示す分解斜視図
【図１０】第６の実施形態に係るフィルタの斜視図および断面図
【図１１】第７の実施形態に係るアイソレータの断面図
【図１２】第８の実施形態に係るカプラの概略断面図
【図１３】第９の実施形態に係るアンテナの部分斜視図
【図１４】第１０の実施形態に係るレーダの構成を示すブロック図
【図１５】光造形装置の構成を示す図
【図１６】同光造形装置によるオブジェクトの造形途中の状態を示す図
【図１７】光造形法による３次元周期構造体の製造工程を示す図
【図１８】誘電率の異なる物質が周期性をもって分布している時の２つの定在波を示す図
【符号の説明】
１−誘電体
２−空気孔
３，３′−誘電体
４−導波管
５−基板
６−電極
７−空隙
１０−レーザダイオード
１１−調波発生素子（ＬＢＯ）
１２−音響光学素子（ＡＯＭ）
１３−走査ミラー
１４−ｆθレンズ
１５−容器
１６−エレベータテーブル
１７−スキージ
１８−光硬化性樹脂
１９−オブジェクト
２１−キャビティ
２２−パネル
２３−同軸コネクタ
２４−結合ループ
２５−フェライト
１００−３次元周期構造部
１０１−３次元周期構造体
ｄ−溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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