特許 6870845 遅波回路、進行波管、及び進行波管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6870845

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】遅波回路、進行波管、及び進行波管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 23/28 20060101AFI20210426BHJP

【ＦＩ】

   H01J23/28

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-45091(P2017-45091)

(22)【出願日】2017年3月9日

(65)【公開番号】特開2018-147868(P2018-147868A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2020年2月6日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、総務省、「テラヘルツ波デバイス基盤技術の研究開発−３００ＧＨｚ帯増幅器技術−」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】599161890

【氏名又は名称】ＮＥＣネットワーク・センサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080816

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 朝道

(74)【代理人】

【識別番号】100098648

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 潔人

(74)【代理人】

【識別番号】100119415

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 充

(74)【代理人】

【識別番号】100168310

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼橋 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】中野 隆

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５１９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４０−０２０８９４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２３／００

Ｈ０１Ｊ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定方向に延在するとともに電子ビームを伝送するビームホールと、
前記ビームホールを迂回するように電磁波を伝送する導波路と、
前記ビームホールを通る電子ビームを前記ビームホールの外壁面に寄せるように配置するガイド部材と、
を備え、
前記ビームホールは、前記導波路の中央を貫通するように配されている、遅波回路。

【請求項2】

前記ガイド部材は、前記ビームホールを、電子ビームが通る複数のビーム通路に分割する仕切部材である、
請求項１記載の遅波回路。

【請求項3】

前記仕切部材は、導体よりなる、
請求項２記載の遅波回路。

【請求項4】

前記ビームホールの断面は、概円形状又は楕円形状若しくは角丸矩形状である、
請求項１乃至３のいずれか一に記載の遅波回路。

【請求項5】

前記導波路は、ミアンダ状に構成されている、
請求項１乃至４のいずれか一に記載の遅波回路。

【請求項6】

前記仕切部材は、前記ビームホールの延在方向に沿って前記ビームホールを第１方向に分割する第１仕切部、及び、前記ビームホールの延在方向に沿って前記ビームホールを前記第１方向に対して直角の第２方向に分割する第２仕切部、の両方又は一方を備える、
請求項２記載の遅波回路。

【請求項7】

前記ビーム通路は、前記ビームホールの外壁面と前記仕切部材で囲まれている、
請求項２記載の遅波回路。

【請求項8】

前記ビームホールは、複数に分割されており、
前記導波路及び前記仕切部材は、前記ビームホールの分割ラインに沿って分割されている、
請求項２記載の遅波回路。

【請求項9】

構造体を備え、
前記構造体は、請求項１乃至８のいずれか一に記載の遅波回路を有する進行波管。

【請求項10】

基板の一部の上にガイド部材を形成する第１工程と、
前記ガイド部材上にビームホールを形成するためのレジストを形成する第２工程と、
前記基板及び前記レジストの一部の上に導波路を形成するための他のレジストを形成する第３工程と、
前記レジスト及び前記他のレジストから露出した前記基板上に、前記レジスト及び前記他のレジストが完全に埋まるように構造体を形成する第４工程と、
前記基板及び前記レジスト並びに前記他のレジストを除去することにより前記ビームホール及び前記導波路を形成する第５工程と、
前記第１乃至第５工程と同様な工程により前記ガイド部材、前記ビームホール、前記導波路を有する前記構造体と面対称な他の構造体を形成する工程と、
前記構造体と前記他の構造体とを貼り合わせる工程と、
を含む進行波管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遅波回路、進行波管、及び進行波管の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

衛星通信、レーダなどの無線システムにおいては、送信源用増幅器として、主に進行波管が用いられている。進行波管は、送信用の電磁波（例えば、高周波）を、エネルギー源となる電子ビームと相互作用させることにより増幅させる。進行波管は、電磁波を電子ビームと相互作用させる際に電磁波と電子ビームとを同程度の速度とするために、電子ビームに対して電磁波を迂回させるための遅波回路を有する。遅波回路は、主として、電磁波を迂回させる方法として、らせん状の導波路に電磁波を伝送させ、らせん状の導波路の中心軸に電子ビームが通るビームホールを通すヘリックス型（例えば、特許文献１参照）や、ミアンダ状（複数回折り畳んだ形状）の導波路に電磁波を伝送させて遅波させ、ミアンダ状の導波路の折り畳んだ部分が積層する方向の中央に電子ビームが通るビームホールを通す（貫く）折り畳み型（例えば、特許文献２参照）がある。

【0003】

近年、無線周波数の高周波化が進められており、周波数が１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚのテラヘルツ領域の無線装置の開発が進められている。また、テラヘルツ領域においては、各種センシング技術の開発等も進められている。これに伴い、テラヘルツ領域における送信源用増幅器の開発が求められている。マイクロ波からテラヘルツ波への高周波化が進むことより、電磁波の波長が小さくなる。これに伴い、遅波回路を微細化する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１３４７５１号公報

【特許文献2】特開２０１６−１８９２５９号公報

【特許文献3】特開平４−２１５２３２号公報

【特許文献4】特開平８−２６４１２７号公報

【特許文献5】特開平１１−１６５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

【0006】

無線周波数の高周波化に伴って遅波回路を微細化する場合、電子ビームをビームホールに通す必要があるため、導波路の微細化に合せてビームホールを小さくしきれなくなっている。また、遅波回路では、電磁波はビームホールを迂回するように伝送されるため、導波路の微細化に合せてビームホールを小さくしきれない状況では、ビームホールの中央では、電磁波と電子ビームとの間の相互作用が低下する。そのため、遅波回路の微細化に伴い、導波路に対してビームホールの比率が大きくなり、電磁波と電子ビームとの間の相互作用の低下がより問題となる。また、導波路に対するビームホールの比率が大きいと、ビームホールに対して電磁波の迂回が大きくなり、電磁波のビームホールに対する反射や損失も問題となってくる。

【0007】

本発明の主な課題は、高周波化が進んでも電磁波と電子ビームとの間の相互作用を改善することができる遅波回路、進行波管、及び進行波管の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の視点に係る遅波回路は、所定方向に延在するとともに電子ビームを伝送するビームホールと、前記ビームホールを迂回するように電磁波を伝送する導波路と、前記ビームホールを通る電子ビームを前記ビームホールの外壁面に寄せるように配置するガイド部材と、を備える。
前記第１の視点の変形として、遅波回路は、所定方向に延在するとともに電子ビームを伝送するビームホールと、前記ビームホールを迂回するように電磁波を伝送する導波路と、前記ビームホールを通る電子ビームを前記ビームホールの外壁面に寄せるように配置するガイド部材と、を備え、前記ビームホールは、前記導波路の中央を貫通するように配されている。

【0009】

第２の視点に係る進行波管は、構造体を備え、前記構造体は、前記第１の視点に係る遅波回路を有する。

【0010】

第３の視点に係る進行波管の製造方法は、基板の一部の上にガイド部材を形成する第１工程と、前記ガイド部材上にビームホールを形成するためのレジストを形成する第２工程と、前記基板及び前記レジストの一部の上に導波路を形成するための他のレジストを形成する第３工程と、前記レジスト及び前記他のレジストから露出した前記基板上に、前記レジスト及び前記他のレジストが完全に埋まるように構造体を形成する第４工程と、前記基板及び前記レジスト並びに前記他のレジストを除去することにより前記ビームホール及び前記導波路を形成する第５工程と、前記第１乃至第５工程と同様な工程により前記ガイド部材、前記ビームホール、前記導波路を有する前記構造体と面対称な他の構造体を形成する工程と、前記構造体と前記他の構造体とを貼り合わせる工程と、を含む。

【発明の効果】

【0011】

前記第１〜３の視点によれば、高周波化が進んでも電磁波と電子ビームとの間の相互作用を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【図2】実施形態２に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【図3】遅波回路の構成を模式的に示した正面図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【図4】遅波回路の電界分布を模式的に示した図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【図5】遅波回路のゲインの周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【図6】遅波回路のＳ２１（伝送特性）の周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【図7】遅波回路のＳ１１（反射特性）の周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【図8】実施形態３に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図である。

【図9】実施形態３に係る遅波回路を有する進行波管の製造方法を模式的に示した工程断面図である。

【図10】遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図であり、（Ａ）は実施例３、（Ｂ）は比較例２に関するものである。

【図11】実施形態４に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【図12】実施形態５に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【図13】実施形態６に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【図14】実施形態７に係る遅波回路の構成を模式的に示した（Ａ）矢視Ａの平面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。なお、下記の実施形態は、あくまで例示であり、本発明を限定するものではない。

【0014】

［実施形態１］
実施形態１に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図１は、実施形態１に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図（電子ビームの進行方向に対して垂直な断面図）、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【0015】

進行波管１００は、電磁波を電子ビームと相互作用させ、電磁波と電子ビームとを同程度の速度とするために電子ビームに対して電磁波を迂回させる遅波回路１０と、遅波回路１０が形成された構造体５と、を有する装置である。

【0016】

遅波回路１０は、ビームホール１と、導波路２と、仕切部材３と、ビーム通路４と、を有する。

【0017】

ビームホール１は、所定方向に延在するとともに電子ビームを伝送するための空間である。ビームホール１の断面は、概円形状になっている。なお、ビームホール１自体は、四角より丸の方が反射は小さい。ビームホール１は、導波路２の中央を貫通するように配されている。

【0018】

導波路２は、ビームホール１を迂回するように電磁波を伝送するための空間である。導波路２は、蛇行（折り畳み）が繰り返されたミアンダ状（折り畳み型）に構成されている。なお、導波路２は、ミアンダ状に限らず、らせん状（ヘリックス型）に構成されていてもよく、らせん状の導波路の中心軸に沿ってビームホールが配された構成としてもよい。

【0019】

仕切部材３は、ビームホール１を通る電子ビーム（ビーム通路４に相当）をビームホール１の外壁面１ａに寄せる（ビームホール１の中央を通らない）ように配置するためのガイド部材である。仕切部材３は、電磁波の進行方向と平行となるようにビームホール１の中央に配されている。仕切部材３は、ビームホール１を、電子ビームが通る複数（図１では２つ）のビーム通路４に分割する。仕切部材３は、導体よりなる。仕切部材３には、構造体５に用いられる材料と同じ材料を用いることができ、例えば、銅、銅合金等を用いることができる。仕切部材３の断面は、概Ｈ形状になっている。仕切部材３は、導波路２における電磁波の通過を妨げないよう、導波路２にはみ出さないように形成されている。また、仕切部材３は、導波路２以外のビームホール１内にも形成されていてもよい。仕切部材３は、電子ビームのコレクタ(スリット）として利用してもよい。

【0020】

仕切部材３は、第１仕切部３ａと、第２仕切部３ｂ、３ｃと、を有する。第１仕切部３ａは、ビームホール１の延在方向に沿ってビームホール１を第１方向（図１（Ａ）では垂直方向）に分割する部分である。第１仕切部３ａは、ビームホール１の中央を通るように１本ある。第２仕切部３ｂ、３ｃは、ビームホール１の延在方向に沿ってビームホール１を第１方向に対して直角の第２方向（図１（Ａ）では水平方向）に分割する部分である。第２仕切部３ｂ、３ｃは、第１仕切部３ａの両面に、それぞれ所定間隔をおいて２本ある。第２仕切部３ｂと第２仕切部３ｃとの間の空間は、ビーム通路４となる。なお、ここでは、オンチップＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で製造の困難な丸いビームホール１の形成は１つにし、製造のしやすい水平や垂直の仕切部３ａ、３ｂ、３ｃにより、概四角に分割を行っている。積層工程でねている円柱を作るのは下半分が作りにくいので、半分ずつ作り、貼り合わせることになる。複数作ると貼り合わせも増える。また、後からドリル等で穴を開ける場合、現状ビームホールは直径２００μｍ程度で、長さ２０ｍｍ程度なので、ドリルが細くなりすぎ、折れてしまう。また、クライストロンの場合は、周期構造の各段で共振する構成となっているため、周期構造の各段を別々に作成し、貼り合わせることができる（比較的低周波でサイズが大きい場合）が、進行波管は共振させず進行させながら増幅するので、各段の不連続点を減らすため、各段を別々に作成し、貼り合わせることができないため、ビームホールの製造困難度が増している。

【0021】

ビーム通路４は、ビームホール１における電子ビームが通る通路である。ビーム通路４は、ビームホール１の外壁面１ａと仕切部材３で囲まれている。なお、ビーム通路４の数は、その数だけ磁界によるビーム整形回路が必要になるため、２個としているが、これに限るものではない。

【0022】

なお、実施形態１では、進行波管１００を例に記載しているが、実施形態１に係る遅波回路をクライストロン等の増幅器に利用してもよい。

【0023】

実施形態１によれば、ビームホール１を仕切部材３により分割することにより、ビームホール１内を通る電子ビームをビームホール１の外壁面１ａに寄せる（ビームホール１の中央を通らないようにする）ことができ、電磁波と電子ビームの相互作用する領域を増加させることができ、遅波回路１０におけるゲインを増大させることができる。また、実施形態１によれば、ビームホール１の中央に導体からなる仕切部材３を配置することにより、仕切部材３が電磁波の通路となり、ビームホール１での電磁波の反射や損失も低減させることができる。

【0024】

なお、特許文献３〜５にはマルチビーム構成の技術が記載されているが、これらの技術は、クライストロンにおいて、パービアンスを下げて電力効率を上げるために、１つのビーム面積を小さくし、マルチビーム構成としている。しかしながら、特許文献３〜５に記載の技術は、複数のビームホールを均等に分配するものであり、電子ビームをビームホールの外壁面に寄せる（ビームホールの中央を通らない）ように配置するものではない。

【0025】

［実施形態２］
実施形態２に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図２は、実施形態２に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【0026】

実施形態２は、実施形態１の変形例であり、仕切部材１３の断面を十字型とし、仕切部材１３によりビームホール１内のビーム通路４を４個に分割したものである。

【0027】

仕切部材１３は、第１仕切部１３ａと、第２仕切部１３ｂと、を有する。第１仕切部１３ａは、ビームホール１の延在方向に沿ってビームホール１を第１方向（図２（Ａ）では垂直方向）に分割する部分である。第１仕切部１３ａは、ビームホール１の中央を通るように１本ある。第２仕切部１３ｂは、ビームホール１の延在方向に沿ってビームホール１を第１方向に対して直角の第２方向（図２（Ａ）では水平方向）に分割する部分である。第２仕切部１３ｂは、ビームホール１の中央を通るように１本あり、第１仕切部１３ａとの交差部分（ビームホール１の中央部分）で接続している。仕切部材１３の他の構成は、実施形態１の仕切部材（図１の３）の構成と同様である。

【0028】

実施形態２によれば、実施形態１と同様に、ビームホール１を仕切部材１３により分割することにより、ビームホール１を通る電子ビームをビームホール１の外壁面１ａに寄せる（ビームホール１の中央を通らないようにする）ことができ、電磁波と電子ビームの相互作用する領域を増加させることができ、遅波回路１０におけるゲインを増大させることができる。また、実施形態２によれば、ビームホール１の中央に導体からなる仕切部材１３を配置することにより、仕切部材１３が電磁波の通路となり、ビームホール１での電磁波の反射や損失も低減させることができる。

【0029】

［実施例１、２、比較例１］
実施例１、２、比較例１に係る遅波回路の電界部分、ゲイン、Ｓ２１特性、Ｓ１１特性について図面を用いて説明する。図３は、遅波回路の構成を模式的に示した正面図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。図４は、遅波回路の電界分布を模式的に示した図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。図５は、遅波回路のゲインの周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。図６は、遅波回路のＳ２１（伝送特性）の周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。図７は、遅波回路のＳ１１（反射特性）の周波数依存性を表したグラフであり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１に関するものである。

【0030】

まず、実施例１、２、比較例１の構成について説明する。実施例１に係る遅波回路は、実施形態１（図１参照）に対応するものであり、図３（Ａ）のように、ビームホール１内の仕切部材３の断面形状を概Ｈ型とし、ビーム通路４を２つとしたものである。実施例２に係る遅波回路は、実施形態２（図２参照）に対応するものであり、図３（Ｂ）のように、ビームホール１内の仕切部材１３の断面形状を概Ｘ型とし、ビーム通路４を４つとしたものである。比較例１に係る遅波回路は、図３（Ｃ）のように、ビームホール１内に仕切部材を有さず、ビーム通路４を１つとしたものである。なお、ビームホール１（直径２００μｍ程度）及び導波路２（直線距離２０ｍｍ程度）の構成、サイズは、実施例１、２、比較例１とも同じである。仕切部材３、１３の幅（厚さ）は１０μｍ程度である。ビームホール１、導波路２、仕切部材３、１３の構成については、実施形態１、２の説明を参照されたい。

【0031】

次に、実施例１、２、比較例１に係る遅波回路に電子ビームを通したときの電界分布の計算結果について説明する。なお、ビーム径はビームホール１の径の０．７倍で計算している。なお、電子ビームは、ビーム電圧１２ｋＶ、ビーム電流２０ｍＡ（分割なし）に設定している。また、電磁波は、電力２．５ｍＷに設定している。実施例１では、図４（Ａ）のように、ビームホール１の中央（主に図３（Ａ）の第１仕切部３ａの周辺）にも電磁波が通過するようになっている。実施例２では、図４（Ｂ）のように、ビームホール１の中央（主に図３（Ｂ）の第１仕切部１３ａと第２仕切部１３ｂとの交差部分の周辺）にも電磁波が通過するようになっている。一方、比較例１では、図４（Ｃ）のように、電磁波はビームホール１をよけるように伝搬し、ビームホール１の周辺部で電界が高くなっており、ビームホール１の中央では電子ビームと電磁波との相互作用が有効に行われていない。また、実施例１、２のように仕切部材３、１３を設けることにより、ビームホール１の中央に電磁波の通路ができることで、反射が低減し、ビームホール１を介した結合による損失も低下する。

【0032】

次に、実施例１、２、比較例１に係る遅波回路に電子ビーム及び電磁波を通したときのゲインの計算結果について説明する。なお、電子ビームは、ビーム電圧１２ｋＶ、ビーム電流２０ｍＡ（分割なし）に設定している。実施例１、２では、図５のように、比較例１よりもゲインが増加しており、周波数２９０ＧＨｚで５ｄＢ程度増加している。

【0033】

次に、実施例１、２、比較例１に係る遅波回路に電子ビーム及び電磁波を通したときのＳ２１（伝送特性）の計算結果について説明する。なお、電子ビームは、ビーム電圧１２ｋＶ、ビーム電流２０ｍＡ（分割なし）に設定している。実施例１、２では、比較例１よりもＳ２１が全体的に増加し、損失が低下している。

【0034】

次に、実施例１、２、比較例１に係る遅波回路に電子ビーム及び電磁波を通したときのＳ１１（反射特性）の計算結果について説明する。なお、電子ビームは、ビーム電圧１２ｋＶ、ビーム電流２０ｍＡ（分割なし）に設定している。実施例１、２では、比較例１よりも０．３ＴＨｚ付近でＳ１１が低減している。

【0035】

［実施形態３］
実施形態３に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図８は、実施形態３に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ’間断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図である。

【0036】

実施形態３は、実施形態１の変形例であり、貼り合わせ可能に複数（図８では２つ）に分割したものである。ビームホール１は、その延在方向に沿って中央で縦に複数に分割されており、導波路２及び第１仕切部３ａは、ビームホール１の分割ラインに沿って分割されている。これに伴って、仕切部材も仕切部材３Ａと仕切部材３Ｂに分割され、構造体も構造体５Ａと構造体５Ｂに分割される。仕切部材３Ａは構造体５Ａに形成され、仕切部材３Ｂは構造体５Ｂに形成されている。構造体５Ａと構造体５Ｂとは貼り合わせによって接合している。仕切部材３Ａと仕切部材３Ｂとは貼り合わせによって接合していてもよい。構造体５Ａと構造体５Ｂとの接合には、ろう材（例えば、融点が８００〜１０００℃の合金）を用いることができる。完成した進行波管１００の構成は、実施形態１（図１参照）の構成と同様である。なお、実施形態３のような分割したものを貼り合わせる方法は、実施形態２に適用してもよい。

【0037】

次に、実施形態３に係る遅波回路を有する進行波管の製造方法について図面を用いて説明する。図９は、実施形態３に係る遅波回路を有する進行波管の製造方法を模式的に示した工程断面図である。

【0038】

まず、基板２０上に、第１仕切部３ａを形成するための第１レジスト（図示せず）を形成し、第１レジストから露出した基板２０上に第１仕切部３ａを形成し、その後、第１レジストを除去する（ステップＡ１；図９（Ａ）参照）。ここで、第１レジストは、リソグラフィ技術を用いて形成することができる。また、第１仕切部３ａは、めっき技術を用いて形成することができる。

【0039】

次に、第１仕切部３ａ上に、第２仕切部３ｂ、３ｃを形成するための第２レジスト（図示せず）を形成し、第２レジストから露出した第１仕切部３ａ上に第２仕切部３ｂ、３ｃを形成し、その後、第２レジストを除去する（ステップＡ２；図９（Ａ）参照）。ここで、第２レジストは、リソグラフィ技術を用いて形成することができる。また、第２仕切部３ｂ、３ｃは、めっき技術を用いて形成することができる。

【0040】

次に、第１仕切部３ａ上に、ビームホール（図９（Ｄ）の１）を形成するための第３レジスト２１を形成し、その後、第３レジスト２１の一部を含む基板２０上に、導波路（図９（Ｄ）の２）を形成するための第４レジスト２２を形成する（ステップＡ３；図９（Ｂ）参照）。ここで、第３レジスト２１及び第４レジスト２２は、リソグラフィ技術を用いて形成することができる。

【0041】

次に、第３レジスト２１及び第４レジスト２２から露出した基板２０上に、第３レジスト２１及び第４レジスト２２が完全に埋まるように構造体５Ｂを形成する（ステップＡ４；図９（Ｃ）参照）。ここで、構造体５Ｂは、めっき技術を用いて形成することができる。

【0042】

次に、基板２０を除去（例えば、剥離）し、その後、第３レジスト２１及び第４レジスト２２を除去（例えば、溶解除去）する（ステップＡ５；図９（Ｄ）参照）。これにより、仕切部材３Ｂを有する構造体５Ｂが製造される。これとは別に、ステップＡ１〜Ａ５と同様な方法で、構造体５Ｂと面対称な構造体（図８の５Ａ）を製造する。

【0043】

最後に、構造体５Ａと構造体５Ｂとを位置合わせして接合（仕切部材３Ａと仕切部材３Ｂとを接合しても可）する（ステップＡ６；図８（Ａ）参照）。ここで、構造体５Ａと構造体５Ｂとの接合には、ろう材を用いることができる。

【0044】

実施形態３によれば、実施形態１の構成を簡易に製造することができ、構造体を複数に分割しない場合と比べて、工数が低減し、コストを低減させることができる。また、仕切部材３Ａ、３Ｂの仕切部３ａ、３ｂ、３ｃを水平や垂直な直線状とすることで、簡易に製造できる。

【0045】

なお、特許文献３〜５の技術のようなマルチビーム構成を作製する場合、分割数や露光回数が増加し、工程が複雑となってしまう。

【0046】

［実施例３、比較例２］
実施例３、比較例２に係る遅波回路を有する進行波管に貼り合わせずれがある場合のゲインの計算結果について図面を用いて説明する。図１０は、遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図であり、（Ａ）は実施例３、（Ｂ）は比較例２に関するものである。

【0047】

まず、実施例３、比較例２の構成について説明する。実施例３に係る遅波回路１０を有する進行波管１００は、実施形態３（図８参照）に対応するものであり、図１０（Ａ）のように、構造体５Ａと構造体５Ｂとを垂直方向に１０μｍずらして貼り合わせ、ビームホール１内の仕切部材３Ａ、３Ｂを組み合わせたものの断面形状を概Ｈ型とし、ビーム通路４を２つとしたものである。比較例２に係る遅波回路１０を有する進行波管１００は、図１０（Ｂ）のように、構造体５Ａと構造体５Ｂとを垂直方向に１０μｍずらして貼り合わせ、ビームホール１内に仕切部材を有さず、ビーム通路４を１つとしたものである。なお、ビームホール１（直径２００μｍ程度）及び導波路２（直線距離２０ｍｍ程度）の構成、サイズは、実施例３、比較例２とも同じである。仕切部材３の幅（貼り合わせた状態の厚さ）は１０μｍ程度である。

【0048】

次に、実施例３、比較例２に係る遅波回路に電子ビーム及び電磁波を通したときのゲインの計算結果について説明する。貼り合わせずれがない比較例１に係る遅波回路（図３（Ｃ）参照）を有する進行波管に相当するもの（図示せず）では周波数０．３ＧＨｚでゲインが２０ｄＢであったのに対し、比較例２では１０μｍの貼り合わせずれ（半径の５％のずれ）で、周波数０．３ＧＨｚでゲインが５ｄＢまで低下した。つまり、比較例２では仕切部材がないことによって貼り合わせずれが生じたことでゲインが著しく低下した。一方、貼り合わせずれがない実施例１に係る遅波回路（図３（Ａ）参照）を有する進行波管に相当するもの（図示せず）では周波数０．３ＧＨｚでゲインが２５ｄＢであったのに対し、実施例３では１０μｍの貼り合わせずれ（半径の５％のずれ）で、周波数０．３ＧＨｚでゲインが２４ｄＢまでしか低下しなかった。つまり、実施例３では仕切部材３Ａ、３Ｂがあることによって貼り合わせずれが生じてもゲインの低下がほとんどなかった。

【0049】

以上のことから、実施例３のように仕切部材３Ａ、３Ｂを適用すれば、貼り合わせずれによるゲイン低下を抑制することができる。つまり、実施例３では、貼り合わせずれがあっても、左右別々のビーム通路４で対応できるため、貼り合わせずれによるゲイン低下を抑制できる。

【0050】

［実施形態４］
実施形態４に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図１１は、実施形態４に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【0051】

実施形態４は、実施形態２の変形例であり、仕切部材２３を垂直方向に仕切る第１仕切部（図２の１３ａ）のみとし、水平方向に仕切る第２仕切部（図２の１３ｂ）を廃止したものである。仕切部材２３と外壁面１ａで囲まれた空間には片側に２つのビーム経路４（両側で４つのビーム経路４）としている。なお、実施形態４はこれに限るものではなく、片側に１つのビーム経路４（両側で２つのビーム経路４）としてもよい。その他の構成は、実施形態２と同様である。

【0052】

実施形態４によれば、実施形態２よりもゲインロスが若干増加してしまうが、仕切部材がないもの（図３（Ｃ）参照）と比べて、仕切部材２３によりビームホール１内を通る電子ビームをビームホール１の外壁面１ａに寄せる（ビームホール１の中央を通らないようにする）ことができ、電磁波と電子ビームの相互作用する領域を増加させることができ、遅波回路１０におけるゲインを増大させることができる。また、実施形態４によれば、ビームホール１の中央に導体からなる仕切部材２３を配置することにより、仕切部材２３が電磁波の通路となり、ビームホール１での電磁波の反射や損失も低減させることができる。さらに、実施形態４によれば、実施形態２よりも簡単な工程で製造することができ、コストを低減させることができる。

【0053】

［実施形態５］
実施形態５に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図１２は、実施形態５に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【0054】

実施形態５は、実施形態４の変形例であり、ビームホール１１の断面形状を楕円形状とし、仕切部材２３を垂直方向に仕切る第１仕切部（図２の１３ａ）のみとし、仕切部材２３と外壁面１１ａで囲まれた空間には片側に１つのビーム経路４（両側で２つのビーム経路４）としたものである。その他の構成は、実施形態４と同様である。

【0055】

実施形態５によれば、実施形態４よりも上面及び下面が概水平なのでビームホール１１での反射が増加してしまうが、仕切部材がないもの（図３（Ｃ）参照）と比べて、仕切部材２３によりビームホール１１内を通る電子ビームをビームホール１１の外壁面１１ａに寄せる（ビームホール１１の中央を通らないようにする）ことができ、電磁波と電子ビームの相互作用する領域を増加させることができ、遅波回路１０におけるゲインを増大させることができる。また、実施形態５によれば、ビームホール１１の中央に導体からなる仕切部材２３を配置することにより、仕切部材２３が電磁波の通路となり、ビームホール１１での電磁波の反射や損失も低減させることができる。

【0056】

［実施形態６］
実施形態６に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図１３は、実施形態６に係る遅波回路を有する進行波管の構成を模式的に示した断面図である。

【0057】

実施形態６は、実施形態２の変形例であり、ビームホール３１の断面形状を角丸四角形状としたものである。その他の構成は、実施形態４と同様である。

【0058】

実施形態６によれば、実施形態２よりも上面及び下面が水平なのでビームホール３１での反射が増加してしまうが、仕切部材がないもの（図３（Ｃ）参照）と比べて、仕切部材１３によりビームホール３１内を通る電子ビームをビームホール３１の外壁面３１ａに寄せる（ビームホール３１の中央を通らないようにする）ことができ、電磁波と電子ビームの相互作用する領域を増加させることができ、遅波回路１０におけるゲインを増大させることができる。また、実施形態６によれば、ビームホール３１の中央に導体からなる仕切部材１３を配置することにより、仕切部材１３が電磁波の通路となり、ビームホール３１での電磁波の反射や損失も低減させることができる。

【0059】

［実施形態７］
実施形態７に係る遅波回路について図面を用いて説明する。図１４は、実施形態７に係る遅波回路の構成を模式的に示した（Ａ）矢視Ａの平面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ’間断面図、（Ｃ）Ｚ−Ｚ’間断面図である。

【0060】

遅波回路１０は、電磁波を電子ビームと相互作用させ、電磁波と電子ビームとを同程度の速度とするために電子ビームに対して電磁波を迂回させるための回路である。遅波回路１０は、ビームホール１と、導波路２と、ガイド部材３と、を有する。

【0061】

ビームホール１は、所定方向に延在するとともに電子ビームを伝送するための空間である。導波路２は、ビームホール１を迂回するように電磁波を伝送するための空間である。ガイド部材３は、ビームホール１を通る電子ビーム（ビーム通路４に相当）をビームホール１の外壁面１ａに寄せるように配置するための部材である。

【0062】

実施形態７によれば、ガイド部材３によってビームホール１を通る電子ビームをビームホール１の外壁面１ａに寄せることで、電磁波と電子ビームとの間の相互作用の低下が抑えられ、高周波化が進んで遅波回路１０が微細化されても電磁波と電子ビームとの間の相互作用を改善することができる。

【0063】

（付記）
本発明では、前記第１の視点に係る遅波回路の形態が可能である。

【0064】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記ガイド部材は、前記ビームホールを、電子ビームが通る複数のビーム通路に分割する仕切部材である。

【0065】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記仕切部材は、導体よりなる。

【0066】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記ビームホールの断面は、概円形状又は楕円形状若しくは角丸矩形状である。

【0067】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記導波路は、ミアンダ状に構成され、前記ビームホールは、前記導波路の中央を貫通するように配されている。

【0068】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記導波路は、らせん状に構成され、前記ビームホールは、前記らせん状の前記導波路の中心軸に沿って配されている。

【0069】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記仕切部材は、前記ビームホールの延在方向に沿って前記ビームホールを第１方向に分割する第１仕切部、及び、前記ビームホールの延在方向に沿って前記ビームホールを前記第１方向に対して直角の第２方向に分割する第２仕切部、の両方又は一方を備える。

【0070】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記第１仕切部は、前記ビームホールの中央を通るように１本あり、前記第２仕切部は、前記第１仕切部の両面に、それぞれ所定間隔をおいて２本ある。

【0071】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記第１仕切部は、前記ビームホールの中央を通るように１本あり、前記第２仕切部は、前記ビームホールの中央を通るように１本ある。

【0072】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記ビーム通路は、前記ビームホールの外壁面と前記仕切部材で囲まれている。

【0073】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記仕切部材は、電磁波の進行方向と平行になるように前記ビームホールの中央に配設されている。

【0074】

前記第１の視点に係る遅波回路において、前記ビームホールは、複数に分割されており、前記導波路及び前記仕切部材は、前記ビームホールの分割ラインに沿って分割されている。

【0075】

本発明では、前記第２の視点に係る進行波管の形態が可能である。

【0076】

本発明では、前記第３の視点に係る進行波管の製造方法の形態が可能である。

【0077】

本発明の第４の視点に係る送信源用増幅器は、前記第１の視点に係る遅波回路を有する。

【0078】

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（特許請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択（必要により不選択）が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、本願に記載の数値及び数値範囲については、明記がなくともその任意の中間値、下位数値、及び、小範囲が記載されているものとみなされる。

【符号の説明】

【0079】

１、１１、３１ ビームホール
１ａ、１１ａ、３１ａ 外壁面
２ 導波路
２ａ ポート
３、３Ａ、３Ｂ、１３、２３ 仕切部材（ガイド部材）
３ａ、１３ａ 第１仕切部
３ｂ、３ｃ、１３ｂ 第２仕切部
４ ビーム通路
５、５Ａ、５Ｂ 構造体
１０ 遅波回路
２０ 基板
２１ 第３レジスト
２２ 第４レジスト
１００ 進行波管

【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14】