電磁波導波路及びバンドパスフィルタ
【課題】電磁波の透過特性を安定させることができるとともにサイズを小型化することができる電磁波導波路及び該電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタを提供する。
【解決手段】方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してある。半円柱形の突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてある。
【解決手段】方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してある。半円柱形の突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方形の主導波管の内部を電磁波が安定して伝搬することが可能な透過特性を有する電磁波導波路及び該電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同軸導波管を方形の誘電体導波管に結合した構造では、電磁波が誘電体導波管内を、広帯域にて損失なく安定して伝搬することは困難であり、誘電体導波管内を通過する電磁波の損失を低減するための設計手法は必ずしも確立しているとは言えなかった。一般には、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計することが多い。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、方形の誘電体導波管内の電磁波伝搬の様子が開示されており、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計された方形の誘電体導波管と同軸導波管とを結合する位置が、方形の誘電体導波管の短絡端から遮断波長の四分の一の位置とすることにより、短絡端による反射波と進行波とが同位相となり、励振効率が向上することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１では、ピン・ストリップ線路垂直変換器が開示されており、導体ピンの回りの導電性枠体が、該導体ピンを中心とする略半円柱形を構成するようにしたことにより、インピーダンス整合がとれ、回路特性が良好となることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３９１１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】本郷廣平、「電波光学の基礎」、実業出版、１９９８年、ｐ．１５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、非特許文献１を含めた同軸導波管を方形の誘電体導波管に結合した従来の構造では、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計した場合であっても、目的、利用形態によっては常に最適な設計であるとは限らない。
【０００８】
例えば誘電体導波管内部の誘電体が、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶にて構成されている場合、その特性を十分に発揮させるためには、誘電体導波管の幅は、導波方向に略直交する方向である横方向に少なくともフォトニック結晶４格子分以上の幅が必要となる。斯かる問題を解決するために、例えば空洞同軸導波変換器を用いることで誘電体導波管内に平面波を発生させることにより、より均等に電磁波を透過させるように工夫している。しかし、同軸導波管と誘電体導波管との結合部分に別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要があることから、導波管全体のサイズを小型化することが困難になるという問題点があった。
【０００９】
また特許文献１では、導体ピンＢの周囲の電磁エネルギーを均一にすることにより回路特性を改善しているが、方形の誘電体導波管内にストリップ線路を有していない場合、電磁波の反射波による干渉を考慮する必要が生じることから、物理的な構造から単純に特性インピーダンスを算出するように、透過特性を推定することができるものでもない。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電磁波の透過特性を安定させることができるとともにサイズを小型化することができる電磁波導波路及び該電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために第１発明に係る電磁波導波路は、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、前記主導波管と前記同軸導波管との結合部分が前記アンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明では、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、該主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることにより、電磁波の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路全体のサイズを小型化することが可能となる。
【００１３】
また、第２発明に係る電磁波導波路は、第１発明において、前記主導波管は、内部に誘電率１以上の材料を充填してあることを特徴とする。
【００１４】
第２発明では、方形の主導波管は、内部に誘電率１以上の材料、例えば合成樹脂等を充填した場合、電磁波の短縮効果により、主導波管のサイズを小型化することが可能となる。
【００１５】
また、第３発明に係る電磁波導波路は、第１又は第２発明において、半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする。
【００１６】
また、第４発明に係る電磁波導波路は、第１又は第２発明において、半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする。
【００１７】
第３発明では、半円柱形の突起部の半径は、主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となることが好ましく、第４発明では、半円柱形の突起部の半径は、主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となることがより好ましい。目的とする周波数帯域にて極度の減衰が見られず、良好な透過特性を示すからである。
【００１８】
また、第５発明に係る電磁波導波路は、第１乃至第４発明のいずれか１つにおいて、前記主導波管は、内部に複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶を備えることを特徴とする。
【００１９】
第５発明では、方形の主導波管の内部に、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置することにより、周期性を有するフォトニック結晶を構成することができる。
【００２０】
また、第６発明に係る電磁波導波路は、第５発明において、前記主導波管の横幅が、前記フォトニック結晶４格子分以上となるようにしてあることを特徴とする。
【００２１】
第６発明では、方形の主導波管の横幅が、フォトニック結晶４格子分以上となることにより、主導波管内に用いているフォトニック結晶の周期性を効率良く活用することができる。
【００２２】
また、第７発明に係る電磁波導波路は、第５又は第６発明において、前記主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置してあることを特徴とする。
【００２３】
第７発明では、方形の主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置することにより、中心部分に配置してある磁性体柱へ電磁波が集中しやすく、印加される磁界の大きさに応じて透過することができる電磁波の周波数を変動させることが可能な可変バンドパスフィルタを構成することができる。
【００２４】
次に上記目的を達成するために第８発明に係るバンドパスフィルタは、第７発明の電磁波導波路を備えることを特徴とする。
【００２５】
第８発明では、上述した電磁波導波路を備えたバンドパスフィルタを構成することにより、電磁波の方形の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がない、小型のバンドパスフィルタを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
上記構成によれば、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、該主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることにより、電磁波の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路全体のサイズを小型化したバンドパスフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】電磁波導波路の構成を示す斜視図である。
【図２】従来の電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図４】半円柱形の突起部の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図５】半円柱形の突起部の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による反射特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路の構成を示す両端部に配置してある同軸導波管の中心線を含む面での断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の構成を示す斜視図である。
【図８】フォトニック結晶の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の透過特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の反射特性を示すグラフである。
【図１１】特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路を備える狭帯域バンドパスフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１２】磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の透過特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタの構成を示す両端部に配置してある同軸導波管の中心線を含む面での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、電磁波導波路の構成を示す斜視図である。図１（ａ）は、従来の電磁波導波路の構成を示す斜視図を、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路の構成を示す斜視図を、それぞれ示している。
【００３０】
図１（ａ）に示すように従来の電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂が充填されている。もちろん、用途に応じて比誘電率εの相違する他の合成樹脂が充填されていても良いし、何も充填しない空洞であっても良い。
【００３１】
以下、１０ＧＨｚ以上の電磁波を透過させたい場合について説明する。遮断周波数を１０ＧＨｚとした場合、電磁波の遮断波長λは３０．０ｍｍとなる。実際には主導波管１１の内部に充填されている光造形エポキシ樹脂の比誘電率εに応じて、式（１）により遮断波長λは波長λact に短縮される。
【００３２】
λact ＝λ／√ε ・・・ 式（１）
【００３３】
式（１）により、遮断波長λは１８．０ｍｍ（＝λact）となる。主導波管１１の横幅Ｗは、従来の設計手法に従う場合、遮断波長λの二分の一となることから、横幅Ｗは９．０ｍｍで設計される。しかし、主導波管１１内にフォトニック結晶を収容して、その特性を利用する場合には、フォトニック結晶の大きさが問題となる。理想とされる、無限遠の長さを有するフォトニック結晶に近い特性を得るためには、フォトニック結晶の横幅を４格子分以上とすることが望ましい。フォトニック結晶の横幅を４格子以上とした場合、フォトニック結晶の格子の大きさによっては、従来の設計手法による横幅では不十分となるおそれがある。
【００３４】
例えばフォトニック結晶４格子分以上を確保するために横幅１６．０ｍｍが必要な場合、図１（ａ）に示す主導波管１１の横幅Ｗを１６．０ｍｍとして設計することもできる。この場合、遮断周波数は５．６ＧＨｚとなる。
【００３５】
図１（ｂ）では、従来の電磁波導波路１とは異なり、主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分を、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。方形の主導波管１１と同軸導波管１２との結合部分が、図１（ａ）に示すように方形の主導波管１１の短絡端から所定の位置に設けてある場合、結合部分の位置によって、短絡端による反射波と進行波との位相が変動し、電磁波の透過効率が変動する。
【００３６】
しかし、図１（ｂ）に示すようにアンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４を設けることにより、短絡端による反射波はアンテナ部分１３、１３へと集中する。したがって、反射波と進行波との位相の相違により電磁波の主導波管１１の内部の透過効率が大きく変動することなく、安定した透過効率を有する電磁波導波路１を提供することができる。
【００３７】
図２は、従来の電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２は、横幅Ｗを９．０ｍｍとした場合、及び横幅Ｗを１６．０ｍｍとした場合について示している。結合部分と短絡端との距離は、それぞれ４．５ｍｍと８．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとしている。図２では、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する透過特性を示している。すなわち、電磁波の減衰量の多い周波数帯域では電磁波の透過特性が低く、少ない周波数帯域では電磁波の透過特性が高いことになる。
【００３８】
０〜−２ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合、従来の設計手法に従って横幅Ｗを９．０ｍｍとしたときには、目的とする１０ＧＨｚ以上の周波数帯域において、約５ＧＨｚの透過周波数幅を得ることができる。しかし、無理に横幅Ｗを広げて１６．０ｍｍとした場合、透過周波数幅は１ＧＨｚにも満たない。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２と同様、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する減衰特性を示している。すなわち、電磁波の減衰量の多い周波数帯域では電磁波の透過特性が低く、少ない周波数帯域では電磁波の透過特性が高いことになる。図３では、横幅Ｗの大きさを１６．０ｍｍと固定し、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを変動させて透過特性を比較した。主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍである。
【００４０】
図３より、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１では、目的とする１０ＧＨｚ以上の周波数帯域において広い透過周波数幅を得ることがわかる。０〜−２ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合の、半径Ｒと透過周波数の上限値、下限値及び透過周波数幅との関係を（表１）に示す。同様に、０〜−１ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合の、半径Ｒと透過周波数の上限値、下限値及び透過周波数幅との関係をについて（表２）に示す。図３、（表１）及び（表２）から、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを３．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下に設定した場合に優れた透過特性を示し、さらに５．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下にした場合に特に優れた透過特性を示すことがわかる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
図３、（表１）、及び（表２）に基づいて半径Ｒと主導波管１１の横幅Ｗとの関係を考察した場合、半径Ｒを主導波管１１の横幅Ｗの三十二分の七以上三十二分の十二以下となるように設定したときに、電磁波の高い透過特性を維持することができると考えられる。また、半径Ｒを主導波管１１の横幅Ｗの三十二分の十以上三十二分の十二以下となるように設定したとき、電磁波の透過特性はより安定していると考えることができる。
【００４４】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合には、透過特性が格別に向上する。図４は、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２、図３と同様、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する透過特性を示している。
【００４５】
図４に示すように、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、１０．３ＧＨｚから１４．６ＧＨｚの間の周波数帯域にて、減衰量が０〜−１ｄＢの範囲内で収束しており、特に安定した透過特性を示している。
【００４６】
一方、図５は、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による反射特性を示すグラフである。縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する反射特性を示している。
【００４７】
図５に示すように、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、電磁波の減衰量が−１０ｄＢ以下で安定した反射特性を示す周波数帯域は、図４にて安定した透過特性を示している周波数帯域と略一致していることがわかる。したがって、電磁波の透過特性が良好であり、しかも安定している電磁波導波路１を提供することができる。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１の構成を示す両端部に配置してある同軸導波管１２、１２の中心線を含む面での断面図である。実施の形態１に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してある。主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分は、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。
【００４９】
方形の主導波管１１は、Ａｌ、Ｃｕ、あるいは合成樹脂にＣｕメッキ、Ａｇメッキ等を施した材料を用いる。主導波管１１の内部には、比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂が充填されている。
【００５０】
１０ＧＨｚ以上の電磁波を透過させたい場合、従来の設計手法に従ったときには、主導波管１１の横幅Ｗは９．０ｍｍとなる。しかし、ここでは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとした。
【００５１】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒは、５．０ｍｍに設定してあり、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、図３の半径Ｒ＝５．０ｍｍの場合の透過特性となる。したがって、周波数が９．０ＧＨｚから１６．４ＧＨｚまでは電磁波をほとんど減衰することなく透過させることができ、安定して電磁波を伝搬させることができる電磁波導波路１を提供することが可能となる。
【００５２】
（実施の形態２）
方形の主導波管１１の内部に、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置して、周期性を有するフォトニック結晶を構成しても良い。図７は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の構成を示す斜視図である。
【００５３】
図７に示すように実施の形態２に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が周期的に配置され、周囲を比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂で充填したフォトニック結晶が構成されている。
【００５４】
実施の形態１と同様、主導波管１１の横幅Ｗは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとした。
【００５５】
図８は、フォトニック結晶の構成を示す斜視図である。図８に示すように、比較的低い比誘電率εを有する光造形エポキシ樹脂が主導波管１１に充填され、その中に周期的に複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が配置されている。誘電体柱２５、２５、・・・は（Ｚｒ、Ｓｎ）ＴｉＯ4 系セラミックスにて、直径２ｍｍの円柱状に構成されている。比誘電率εは３９と比較的高い。配列は三角格子であり、バンドギャップを約１０〜１５ＧＨｚになる様に設計されており、誘電体柱２５、２５の間隔は３．８５ｍｍである。このフォトニック結晶の４格子分の大きさは、主導波管１１の幅方向に約１５．３ｍｍなので、これを収容するためには主導波管１１の幅Ｗは約１６ｍｍ必要となる。
【００５６】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が９．０ＧＨｚから１６．４ＧＨｚの間で安定する。図９は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の透過特性を示すグラフであり、図１０は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の反射特性を示すグラフである。
【００５７】
図９及び図１０に示すように、周波数が１１ＧＨｚから１６ＧＨｚの間では、電磁波はほとんど透過されることなく反射されている。つまり、主導波管１１に周期性を有するフォトニック結晶を構成することにより、フォトニック結晶の周期性を活用してバンドギャップを生じさせることが可能となる。
【００５８】
なお、方形の主導波管１１の内部に、複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・を周期的に配置するだけでなく、中心部分に特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる円柱状の誘電体柱、磁性体柱等を欠陥素子として配置することができる。これにより、特定の周波数帯域のみを透過させる狭帯域バンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）を構成することができる。また、磁性体柱を配置した場合には、印加する磁界の大きさに応じて透過することができる周波数帯域を変動させることが可能なバンドパスフィルタを構成することができる。図１１は、特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１を備える狭帯域バンドパスフィルタの構成を示す斜視図である。もちろん、磁性体柱に限定されるものではなく、誘電体柱であっても良い。
【００５９】
図１１に示すように、磁性体柱２６を備える本実施の形態２に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が周期的に配置され、誘電体柱２５、２５、・・・が配置されている中心には、円柱状の磁性体柱２６が配置されている。そして、周囲を比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂で充填することにより、フォトニック結晶が構成されている。磁性体柱２６はＮｉＣｕＺｎ系フェライトにて、直径２．４ｍｍの円柱状に構成されている。比誘電率εは１１．８と比較的低い。
【００６０】
実施の形態１と同様、主導波管１１の横幅Ｗは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは３．０ｍｍとしてある。
【００６１】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が１０ＧＨｚから１６ＧＨｚの間で大きく減衰するが、印加する直流磁界Ｈの大きさに応じて透過することが可能な周波数帯域が出現する。図１２は、磁性体柱２６を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の透過特性を示すグラフである。
【００６２】
図１２に示すように、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が１０ＧＨｚから１６ＧＨｚの間で大きく減衰しているが、周波数１３ＧＨｚ近傍にて透過することが可能な周波数帯域が出現している。これは、磁性体柱２６の存在により、透過することが可能な周波数帯域が出現したものと考えることができ、さらに直流磁界Ｈの大きさを変動させることにより、所望の周波数帯域の電磁波を透過させることが可能な可変バンドパスフィルタを構成することができる。
【００６３】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１を備えるバンドパスフィルタの構成を示す両端部に配置してある同軸導波管１２、１２の中心線を含む面での断面図である。実施の形態２に係るバンドパスフィルタは、方形の主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してある。主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分は、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。
【００６４】
方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の電界振幅の方向が図１３の紙面の上下方向となり、磁界振幅の方向が図１３の紙面に向かって垂直な方向となるよう、方形の主導波管１１を挟み込む位置に直流磁界Ｈを印加する電磁石６０を配置してある。方形の主導波管１１は、Ａｌ、Ｃｕ、あるいは合成樹脂にＣｕメッキ、Ａｇメッキ等を施した材料を用いる。直流磁界Ｈがシールドされないようにするためである。斯かる構成とすることにより、１１ＧＨｚから１６ＧＨｚまでの周波数帯域において、直流磁界Ｈの大きさを変動させることにより、１３ＧＨｚ近傍での所望の周波数帯域の電磁波を透過させることが可能な狭帯域可変バンドパスフィルタを提供することができる。
【００６５】
以上のように本実施の形態２によれば、方形の主導波管１１が、両端部にてアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してあり、主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分がアンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してあることにより、主導波管１１の内部の電磁波透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路１全体のサイズを小型化したバンドパスフィルタを提供することができる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態１及び２は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。すなわち、実施の形態１及び２に開示した電磁波導波路及びバンドパスフィルタを構成する主導波管１１のサイズは、伝搬させる電磁波の周波数帯域に応じて変動するものであり、上述した実施の形態に限定されるものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６７】
１ 電磁波導波路
１１ 主導波管
１２ 同軸導波管
１３ アンテナ部分
１４ 突起部
２５ 誘電体柱
２６ 磁性体柱
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方形の主導波管の内部を電磁波が安定して伝搬することが可能な透過特性を有する電磁波導波路及び該電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同軸導波管を方形の誘電体導波管に結合した構造では、電磁波が誘電体導波管内を、広帯域にて損失なく安定して伝搬することは困難であり、誘電体導波管内を通過する電磁波の損失を低減するための設計手法は必ずしも確立しているとは言えなかった。一般には、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計することが多い。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、方形の誘電体導波管内の電磁波伝搬の様子が開示されており、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計された方形の誘電体導波管と同軸導波管とを結合する位置が、方形の誘電体導波管の短絡端から遮断波長の四分の一の位置とすることにより、短絡端による反射波と進行波とが同位相となり、励振効率が向上することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１では、ピン・ストリップ線路垂直変換器が開示されており、導体ピンの回りの導電性枠体が、該導体ピンを中心とする略半円柱形を構成するようにしたことにより、インピーダンス整合がとれ、回路特性が良好となることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３９１１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】本郷廣平、「電波光学の基礎」、実業出版、１９９８年、ｐ．１５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、非特許文献１を含めた同軸導波管を方形の誘電体導波管に結合した従来の構造では、誘電体導波管の開口部の形状が、縦幅が遮断波長の四分の一、横幅が遮断波長の二分の一となるように設計した場合であっても、目的、利用形態によっては常に最適な設計であるとは限らない。
【０００８】
例えば誘電体導波管内部の誘電体が、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶にて構成されている場合、その特性を十分に発揮させるためには、誘電体導波管の幅は、導波方向に略直交する方向である横方向に少なくともフォトニック結晶４格子分以上の幅が必要となる。斯かる問題を解決するために、例えば空洞同軸導波変換器を用いることで誘電体導波管内に平面波を発生させることにより、より均等に電磁波を透過させるように工夫している。しかし、同軸導波管と誘電体導波管との結合部分に別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要があることから、導波管全体のサイズを小型化することが困難になるという問題点があった。
【０００９】
また特許文献１では、導体ピンＢの周囲の電磁エネルギーを均一にすることにより回路特性を改善しているが、方形の誘電体導波管内にストリップ線路を有していない場合、電磁波の反射波による干渉を考慮する必要が生じることから、物理的な構造から単純に特性インピーダンスを算出するように、透過特性を推定することができるものでもない。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電磁波の透過特性を安定させることができるとともにサイズを小型化することができる電磁波導波路及び該電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために第１発明に係る電磁波導波路は、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、前記主導波管と前記同軸導波管との結合部分が前記アンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明では、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、該主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることにより、電磁波の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路全体のサイズを小型化することが可能となる。
【００１３】
また、第２発明に係る電磁波導波路は、第１発明において、前記主導波管は、内部に誘電率１以上の材料を充填してあることを特徴とする。
【００１４】
第２発明では、方形の主導波管は、内部に誘電率１以上の材料、例えば合成樹脂等を充填した場合、電磁波の短縮効果により、主導波管のサイズを小型化することが可能となる。
【００１５】
また、第３発明に係る電磁波導波路は、第１又は第２発明において、半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする。
【００１６】
また、第４発明に係る電磁波導波路は、第１又は第２発明において、半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする。
【００１７】
第３発明では、半円柱形の突起部の半径は、主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となることが好ましく、第４発明では、半円柱形の突起部の半径は、主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となることがより好ましい。目的とする周波数帯域にて極度の減衰が見られず、良好な透過特性を示すからである。
【００１８】
また、第５発明に係る電磁波導波路は、第１乃至第４発明のいずれか１つにおいて、前記主導波管は、内部に複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶を備えることを特徴とする。
【００１９】
第５発明では、方形の主導波管の内部に、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置することにより、周期性を有するフォトニック結晶を構成することができる。
【００２０】
また、第６発明に係る電磁波導波路は、第５発明において、前記主導波管の横幅が、前記フォトニック結晶４格子分以上となるようにしてあることを特徴とする。
【００２１】
第６発明では、方形の主導波管の横幅が、フォトニック結晶４格子分以上となることにより、主導波管内に用いているフォトニック結晶の周期性を効率良く活用することができる。
【００２２】
また、第７発明に係る電磁波導波路は、第５又は第６発明において、前記主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置してあることを特徴とする。
【００２３】
第７発明では、方形の主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置することにより、中心部分に配置してある磁性体柱へ電磁波が集中しやすく、印加される磁界の大きさに応じて透過することができる電磁波の周波数を変動させることが可能な可変バンドパスフィルタを構成することができる。
【００２４】
次に上記目的を達成するために第８発明に係るバンドパスフィルタは、第７発明の電磁波導波路を備えることを特徴とする。
【００２５】
第８発明では、上述した電磁波導波路を備えたバンドパスフィルタを構成することにより、電磁波の方形の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がない、小型のバンドパスフィルタを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
上記構成によれば、方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、該主導波管と同軸導波管との結合部分がアンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることにより、電磁波の主導波管内の透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路全体のサイズを小型化したバンドパスフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】電磁波導波路の構成を示す斜視図である。
【図２】従来の電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図４】半円柱形の突起部の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による透過特性を示すグラフである。
【図５】半円柱形の突起部の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路による反射特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路の構成を示す両端部に配置してある同軸導波管の中心線を含む面での断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の構成を示す斜視図である。
【図８】フォトニック結晶の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の透過特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の反射特性を示すグラフである。
【図１１】特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路を備える狭帯域バンドパスフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１２】磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路の透過特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路を備えるバンドパスフィルタの構成を示す両端部に配置してある同軸導波管の中心線を含む面での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、電磁波導波路の構成を示す斜視図である。図１（ａ）は、従来の電磁波導波路の構成を示す斜視図を、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路の構成を示す斜視図を、それぞれ示している。
【００３０】
図１（ａ）に示すように従来の電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂が充填されている。もちろん、用途に応じて比誘電率εの相違する他の合成樹脂が充填されていても良いし、何も充填しない空洞であっても良い。
【００３１】
以下、１０ＧＨｚ以上の電磁波を透過させたい場合について説明する。遮断周波数を１０ＧＨｚとした場合、電磁波の遮断波長λは３０．０ｍｍとなる。実際には主導波管１１の内部に充填されている光造形エポキシ樹脂の比誘電率εに応じて、式（１）により遮断波長λは波長λact に短縮される。
【００３２】
λact ＝λ／√ε ・・・ 式（１）
【００３３】
式（１）により、遮断波長λは１８．０ｍｍ（＝λact）となる。主導波管１１の横幅Ｗは、従来の設計手法に従う場合、遮断波長λの二分の一となることから、横幅Ｗは９．０ｍｍで設計される。しかし、主導波管１１内にフォトニック結晶を収容して、その特性を利用する場合には、フォトニック結晶の大きさが問題となる。理想とされる、無限遠の長さを有するフォトニック結晶に近い特性を得るためには、フォトニック結晶の横幅を４格子分以上とすることが望ましい。フォトニック結晶の横幅を４格子以上とした場合、フォトニック結晶の格子の大きさによっては、従来の設計手法による横幅では不十分となるおそれがある。
【００３４】
例えばフォトニック結晶４格子分以上を確保するために横幅１６．０ｍｍが必要な場合、図１（ａ）に示す主導波管１１の横幅Ｗを１６．０ｍｍとして設計することもできる。この場合、遮断周波数は５．６ＧＨｚとなる。
【００３５】
図１（ｂ）では、従来の電磁波導波路１とは異なり、主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分を、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。方形の主導波管１１と同軸導波管１２との結合部分が、図１（ａ）に示すように方形の主導波管１１の短絡端から所定の位置に設けてある場合、結合部分の位置によって、短絡端による反射波と進行波との位相が変動し、電磁波の透過効率が変動する。
【００３６】
しかし、図１（ｂ）に示すようにアンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４を設けることにより、短絡端による反射波はアンテナ部分１３、１３へと集中する。したがって、反射波と進行波との位相の相違により電磁波の主導波管１１の内部の透過効率が大きく変動することなく、安定した透過効率を有する電磁波導波路１を提供することができる。
【００３７】
図２は、従来の電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２は、横幅Ｗを９．０ｍｍとした場合、及び横幅Ｗを１６．０ｍｍとした場合について示している。結合部分と短絡端との距離は、それぞれ４．５ｍｍと８．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとしている。図２では、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する透過特性を示している。すなわち、電磁波の減衰量の多い周波数帯域では電磁波の透過特性が低く、少ない周波数帯域では電磁波の透過特性が高いことになる。
【００３８】
０〜−２ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合、従来の設計手法に従って横幅Ｗを９．０ｍｍとしたときには、目的とする１０ＧＨｚ以上の周波数帯域において、約５ＧＨｚの透過周波数幅を得ることができる。しかし、無理に横幅Ｗを広げて１６．０ｍｍとした場合、透過周波数幅は１ＧＨｚにも満たない。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２と同様、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する減衰特性を示している。すなわち、電磁波の減衰量の多い周波数帯域では電磁波の透過特性が低く、少ない周波数帯域では電磁波の透過特性が高いことになる。図３では、横幅Ｗの大きさを１６．０ｍｍと固定し、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを変動させて透過特性を比較した。主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍである。
【００４０】
図３より、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１では、目的とする１０ＧＨｚ以上の周波数帯域において広い透過周波数幅を得ることがわかる。０〜−２ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合の、半径Ｒと透過周波数の上限値、下限値及び透過周波数幅との関係を（表１）に示す。同様に、０〜−１ｄＢの範囲を容認することができる減衰量であるとした場合の、半径Ｒと透過周波数の上限値、下限値及び透過周波数幅との関係をについて（表２）に示す。図３、（表１）及び（表２）から、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを３．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下に設定した場合に優れた透過特性を示し、さらに５．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下にした場合に特に優れた透過特性を示すことがわかる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
図３、（表１）、及び（表２）に基づいて半径Ｒと主導波管１１の横幅Ｗとの関係を考察した場合、半径Ｒを主導波管１１の横幅Ｗの三十二分の七以上三十二分の十二以下となるように設定したときに、電磁波の高い透過特性を維持することができると考えられる。また、半径Ｒを主導波管１１の横幅Ｗの三十二分の十以上三十二分の十二以下となるように設定したとき、電磁波の透過特性はより安定していると考えることができる。
【００４４】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合には、透過特性が格別に向上する。図４は、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による透過特性を示すグラフである。図２、図３と同様、縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する透過特性を示している。
【００４５】
図４に示すように、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、１０．３ＧＨｚから１４．６ＧＨｚの間の周波数帯域にて、減衰量が０〜−１ｄＢの範囲内で収束しており、特に安定した透過特性を示している。
【００４６】
一方、図５は、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合の本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１による反射特性を示すグラフである。縦軸に電磁波の減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、周波数変化に対する反射特性を示している。
【００４７】
図５に示すように、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、電磁波の減衰量が−１０ｄＢ以下で安定した反射特性を示す周波数帯域は、図４にて安定した透過特性を示している周波数帯域と略一致していることがわかる。したがって、電磁波の透過特性が良好であり、しかも安定している電磁波導波路１を提供することができる。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態１に係る電磁波導波路１の構成を示す両端部に配置してある同軸導波管１２、１２の中心線を含む面での断面図である。実施の形態１に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してある。主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分は、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。
【００４９】
方形の主導波管１１は、Ａｌ、Ｃｕ、あるいは合成樹脂にＣｕメッキ、Ａｇメッキ等を施した材料を用いる。主導波管１１の内部には、比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂が充填されている。
【００５０】
１０ＧＨｚ以上の電磁波を透過させたい場合、従来の設計手法に従ったときには、主導波管１１の横幅Ｗは９．０ｍｍとなる。しかし、ここでは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとした。
【００５１】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒは、５．０ｍｍに設定してあり、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、図３の半径Ｒ＝５．０ｍｍの場合の透過特性となる。したがって、周波数が９．０ＧＨｚから１６．４ＧＨｚまでは電磁波をほとんど減衰することなく透過させることができ、安定して電磁波を伝搬させることができる電磁波導波路１を提供することが可能となる。
【００５２】
（実施の形態２）
方形の主導波管１１の内部に、複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置して、周期性を有するフォトニック結晶を構成しても良い。図７は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の構成を示す斜視図である。
【００５３】
図７に示すように実施の形態２に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が周期的に配置され、周囲を比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂で充填したフォトニック結晶が構成されている。
【００５４】
実施の形態１と同様、主導波管１１の横幅Ｗは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは、３．０ｍｍとした。
【００５５】
図８は、フォトニック結晶の構成を示す斜視図である。図８に示すように、比較的低い比誘電率εを有する光造形エポキシ樹脂が主導波管１１に充填され、その中に周期的に複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が配置されている。誘電体柱２５、２５、・・・は（Ｚｒ、Ｓｎ）ＴｉＯ4 系セラミックスにて、直径２ｍｍの円柱状に構成されている。比誘電率εは３９と比較的高い。配列は三角格子であり、バンドギャップを約１０〜１５ＧＨｚになる様に設計されており、誘電体柱２５、２５の間隔は３．８５ｍｍである。このフォトニック結晶の４格子分の大きさは、主導波管１１の幅方向に約１５．３ｍｍなので、これを収容するためには主導波管１１の幅Ｗは約１６ｍｍ必要となる。
【００５６】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が９．０ＧＨｚから１６．４ＧＨｚの間で安定する。図９は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の透過特性を示すグラフであり、図１０は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の反射特性を示すグラフである。
【００５７】
図９及び図１０に示すように、周波数が１１ＧＨｚから１６ＧＨｚの間では、電磁波はほとんど透過されることなく反射されている。つまり、主導波管１１に周期性を有するフォトニック結晶を構成することにより、フォトニック結晶の周期性を活用してバンドギャップを生じさせることが可能となる。
【００５８】
なお、方形の主導波管１１の内部に、複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・を周期的に配置するだけでなく、中心部分に特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる円柱状の誘電体柱、磁性体柱等を欠陥素子として配置することができる。これにより、特定の周波数帯域のみを透過させる狭帯域バンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）を構成することができる。また、磁性体柱を配置した場合には、印加する磁界の大きさに応じて透過することができる周波数帯域を変動させることが可能なバンドパスフィルタを構成することができる。図１１は、特定の周波数で共振するように設計された誘電率の異なる磁性体柱を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１を備える狭帯域バンドパスフィルタの構成を示す斜視図である。もちろん、磁性体柱に限定されるものではなく、誘電体柱であっても良い。
【００５９】
図１１に示すように、磁性体柱２６を備える本実施の形態２に係る電磁波導波路１は、方形の主導波管１１と、主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２とで構成されている。主導波管１１の内部には複数の円柱状の誘電体柱２５、２５、・・・が周期的に配置され、誘電体柱２５、２５、・・・が配置されている中心には、円柱状の磁性体柱２６が配置されている。そして、周囲を比誘電率εが２．８である光造形エポキシ樹脂で充填することにより、フォトニック結晶が構成されている。磁性体柱２６はＮｉＣｕＺｎ系フェライトにて、直径２．４ｍｍの円柱状に構成されている。比誘電率εは１１．８と比較的低い。
【００６０】
実施の形態１と同様、主導波管１１の横幅Ｗは１６．０ｍｍとし、主導波管１１の縦幅Ｄは３．０ｍｍとしてある。
【００６１】
また、半円柱形の突起部１４の半径Ｒを５．０ｍｍに設定した場合、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が１０ＧＨｚから１６ＧＨｚの間で大きく減衰するが、印加する直流磁界Ｈの大きさに応じて透過することが可能な周波数帯域が出現する。図１２は、磁性体柱２６を備える本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１の透過特性を示すグラフである。
【００６２】
図１２に示すように、方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の透過特性は、周波数が１０ＧＨｚから１６ＧＨｚの間で大きく減衰しているが、周波数１３ＧＨｚ近傍にて透過することが可能な周波数帯域が出現している。これは、磁性体柱２６の存在により、透過することが可能な周波数帯域が出現したものと考えることができ、さらに直流磁界Ｈの大きさを変動させることにより、所望の周波数帯域の電磁波を透過させることが可能な可変バンドパスフィルタを構成することができる。
【００６３】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る電磁波導波路１を備えるバンドパスフィルタの構成を示す両端部に配置してある同軸導波管１２、１２の中心線を含む面での断面図である。実施の形態２に係るバンドパスフィルタは、方形の主導波管１１の両端にアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してある。主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分は、アンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してある。
【００６４】
方形の主導波管１１の内部を伝搬する電磁波の電界振幅の方向が図１３の紙面の上下方向となり、磁界振幅の方向が図１３の紙面に向かって垂直な方向となるよう、方形の主導波管１１を挟み込む位置に直流磁界Ｈを印加する電磁石６０を配置してある。方形の主導波管１１は、Ａｌ、Ｃｕ、あるいは合成樹脂にＣｕメッキ、Ａｇメッキ等を施した材料を用いる。直流磁界Ｈがシールドされないようにするためである。斯かる構成とすることにより、１１ＧＨｚから１６ＧＨｚまでの周波数帯域において、直流磁界Ｈの大きさを変動させることにより、１３ＧＨｚ近傍での所望の周波数帯域の電磁波を透過させることが可能な狭帯域可変バンドパスフィルタを提供することができる。
【００６５】
以上のように本実施の形態２によれば、方形の主導波管１１が、両端部にてアンテナ部分１３、１３を有する同軸導波管１２、１２を結合してあり、主導波管１１と同軸導波管１２、１２との結合部分がアンテナ部分１３、１３を中心にした半円柱形の突起部１４、１４として構成してあることにより、主導波管１１の内部の電磁波透過特性を改善することができ、別個に空洞同軸導波変換器を設ける必要がないことから、電磁波導波路１全体のサイズを小型化したバンドパスフィルタを提供することができる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態１及び２は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。すなわち、実施の形態１及び２に開示した電磁波導波路及びバンドパスフィルタを構成する主導波管１１のサイズは、伝搬させる電磁波の周波数帯域に応じて変動するものであり、上述した実施の形態に限定されるものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６７】
１ 電磁波導波路
１１ 主導波管
１２ 同軸導波管
１３ アンテナ部分
１４ 突起部
２５ 誘電体柱
２６ 磁性体柱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、
前記主導波管と前記同軸導波管との結合部分が前記アンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることを特徴とする電磁波導波路。
【請求項２】
前記主導波管は、内部に誘電率１以上の材料を充填してあることを特徴とする請求項１記載の電磁波導波路。
【請求項３】
半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波導波路。
【請求項４】
半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波導波路。
【請求項５】
前記主導波管は、内部に複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁波導波路。
【請求項６】
前記主導波管の横幅が、前記フォトニック結晶４格子分以上となるようにしてあることを特徴とする請求項５記載の電磁波導波路。
【請求項７】
前記主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置してあることを特徴とする請求項５又は６記載の電磁波導波路。
【請求項８】
請求項７に記載の電磁波導波路を備えることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項１】
方形の主導波管が、両端部にてアンテナ部分を有する同軸導波管と結合してあり、
前記主導波管と前記同軸導波管との結合部分が前記アンテナ部分を中心にした半円柱形の突起部として構成してあることを特徴とする電磁波導波路。
【請求項２】
前記主導波管は、内部に誘電率１以上の材料を充填してあることを特徴とする請求項１記載の電磁波導波路。
【請求項３】
半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の七以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波導波路。
【請求項４】
半円柱形の前記突起部の半径は、前記主導波管の横幅の三十二分の十以上三十二分の十二以下となるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波導波路。
【請求項５】
前記主導波管は、内部に複数の円柱状の誘電体柱を周期的に配置したフォトニック結晶を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁波導波路。
【請求項６】
前記主導波管の横幅が、前記フォトニック結晶４格子分以上となるようにしてあることを特徴とする請求項５記載の電磁波導波路。
【請求項７】
前記主導波管内部の中心部分に、円柱状の磁性体柱を配置してあることを特徴とする請求項５又は６記載の電磁波導波路。
【請求項８】
請求項７に記載の電磁波導波路を備えることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−３００５５（Ｐ２０１１−３００５５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５１９４（Ｐ２００９−１７５１９４）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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