フォトニック結晶を用いた、ミリ波・サブミリ波用抵損失導波路の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560303
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 小久保 吉裕 姫路工業大学, 工学研究科, 助教授 (80264836)
• Keywords: フォトニック結晶 / マイクロ派 / ミリ派 / 伝搬損失

Research Abstract

1.中空円柱誘電体棒を、互いに接するように周期配置したフォトニック結晶に於いて、そのうちの一列を取り除き、代わりに細い誘電体スラブ(誘電率=2)を設置した導波路を考案し、その特性を計算した。フォトニック結晶に用いた誘電体の誘電率が28.5のとき、規格化半径をr/a=0.37程度に選ぶと、TEモードおよびTMモードの両方にバンドギャップが開き、導波路として機能する。直線における伝搬損失は、50GHzに於いて1.1dBと、誘電体導波路として事実上標準のNRDガイドの3.3dB(@50GHz)に比べて、1/3程度であった。また、曲がりによる損失は、1.5dB〜2dBとやや大きいが、今後改善できる可能性がある。なお、直線における伝搬損失は、周波数が高くなるほど、NRDガイドに比べて小さくなる傾向があった。
2.上記誘電体棒の誘電率は比較的高く、安価に手に入る材料とは言い難い。そこで、TEモードのみにバンドギャップが生じる誘電率8.9で構造を再検討した。その結果、直線における伝搬損失は、約2.5dB(@50GHz)で、誘電率が28.5の導波路より劣るが、NRDガイドより勝っている事が判った。
3.マイクロ波帯でよく使用される金属導波管の、E面の管壁を、金属円柱棒を用いたフォトニック結晶で置き換えることは、金属材料の節約になるので有利と言われている。しかし、伝搬損失については、計算されておらず、全く不明であった。今回、この金属導波管のE面を、金属円柱フォトニック結晶で置き換えた場合の、損失を含めた特性を詳細に調べた。その結果、カットオフ周波数を同じにして比べた場合、フォトニック結晶の規格化半径には、損失に関して最適値があり、最小の場合で、金属壁と伝搬損失はほぼ同じになることが判った。また、この場合、管内波長や群速度なども金属導波壁を使用した場合とほぼ同じになることも判った。

Research Products

• [Publications] Y.Kokubo, T.Kawai, I.Ohta: "A New Type of Photonic Crystal Waveguide at Millimeter Wave"Proceedings of the International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications. ICEAA'03. 151-153 (2003)
• [Publications] Y.Kokubo, T.Kawai, I.Ohta: "A Low Loss Photonic Crystal Waveguide at Millimeter Wave"3rd European Microwave Conference Proceedings. EuMC2003. 147-149 (2003)
• [Publications] 細岡, 小久保, 太田: "FDTD法を用いた金属フォトニック結晶導波路の伝搬損失の解析"電子情報通信学会 技術研究報告. MW2003-211. 19-24 (2003)