▶ ウニベルシダ カルロス ＩＩＩ デ マドリードの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-11-30
(54)【発明の名称】超広帯域相互接続プローブ
(51)【国際特許分類】
H01P 5/02 20060101AFI20231122BHJP
H01P 3/16 20060101ALI20231122BHJP
G01R 1/073 20060101ALI20231122BHJP
【ＦＩ】
H01P5/02 601Z
H01P3/16 100
G01R1/073 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023528108
(86)(22)【出願日】2021-11-04
(85)【翻訳文提出日】2023-06-27
(86)【国際出願番号】 EP2021080652
(87)【国際公開番号】W WO2022096578
(87)【国際公開日】2022-05-12
(31)【優先権主張番号】20382960.1
(32)【優先日】2020-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523168157
【氏名又は名称】ウニベルシダ カルロス ＩＩＩ デ マドリード
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＤＡＤ ＣＡＲＬＯＳ ＩＩＩ ＤＥ ＭＡＤＲＩＤ
【住所又は居所原語表記】Ｃａｌｌｅ Ｍａｄｒｉｄ １２６ ２８９０３ Ｇｅｔａｆｅ Ｍａｄｒｉｄ Ｓｐａｉｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100141346
【弁理士】
【氏名又は名称】潮崎 宗
(74)【代理人】
【識別番号】100212082
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 貴康
(72)【発明者】
【氏名】カルピンテーロ デル バリオ，ギジェルモ
(72)【発明者】
【氏名】リベラ ラバド，アレハンドロ
(72)【発明者】
【氏名】ガルシア ムニョス，ルイス，エンリケ
(72)【発明者】
【氏名】アリ，ムシン
【テーマコード（参考）】
2G011
5J014
【Ｆターム（参考）】
2G011AA13
2G011AC32
2G011AF07
5J014HA01
(57)【要約】
第１の電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポートと、第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポートとに接続可能な超広帯域相互接続プローブ（１００）であって、前記第１のアクセスポートが、第１のテーパカプラ（１０１ａ）を備え、前記第２のアクセスポートが、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を備え、前記超広帯域相互接続プローブ（１００）が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）を備え、前記誘電体導波管構造（１２０）が、前記第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して前記第１のアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）、および、前記第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して前記第２のアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）を備える、超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【選択図】なし
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポート（Ｐ１）と、第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポート（Ｐ２）とに接続可能な超広帯域相互接続プローブ（１００）であって、前記第１のアクセスポートが、第１のテーパカプラ（１０１ａ）を備え、前記第２のアクセスポートが、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を備え、前記超広帯域相互接続プローブ（１００）が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）を備え、
前記誘電体導波管構造（１２０）が、
前記第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して前記第１のアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）、および
前記第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して前記第２のアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える、
超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項2】
前記誘電体導波管構造（１２０）が、矩形部を有する、請求項１に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項3】
前記誘電体導波管構造（１２０）に取り付けられた基板（１４０）をさらに備える、請求項１または２に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項4】
前記基板（１４０）上の金属導波管構造（１１０）をさらに備え、前記金属導波管構造（１１０）が、前記テーパカプラ（１０１ａ）および（１０２ａ）に接続された両端部にプローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）を備える、
請求項３に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項5】
電子デバイス（１０２）のアクセスポート（Ｐ１）に接続可能な超広帯域相互接続プローブ（３００）であって、前記アクセスポートが、テーパカプラ（１０２ａ）を備え、前記超広帯域相互接続プローブ（３００）が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）であって、
第１のテーパ端（１２０ａ）、および
前記テーパカプラ（１０２ａ）を介して前記電子デバイスの前記アクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える、誘電体導波管構造（１２０）と、
前記誘電体導波管構造（１２０）に取り付けられた基板（１４０）と、
前記基板（１４０）上の金属導波管構造（１１０）と
を備え、前記金属導波管構造（１１０）が、前記誘電体導波管構造（１２０）の前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましいテーパカプラであって、アクセスポート（Ｐ）を画定するテーパカプラを画定する金属導波管パターン（１１０ａ）を備える、
超広帯域相互接続プローブ（３００）。
【請求項6】
前記金属導波管構造（１１０）が、プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲のｆＣＨまでの前記低周波数範囲で動作するローパス特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備える、請求項５に記載の超広帯域相互接続プローブ（３００）。
【請求項7】
矩形導波管と、請求項５または６に記載の超広帯域相互接続プローブ（３００）と
を備える相互接続システム。
【請求項8】
マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）であって、第１のテーパ端（１２０ａ）、および
第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える誘電体導波管構造（１２０）と、
ＤＣから、ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作するローパス特性相互接続を確立する金属導波管構造（１１０）であって、
前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましい第１のテーパカプラを画定する第１の金属導波管パターン（１１０ａ）、および
前記第２のテーパ端（１２０ｂ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ｂ）であるのが好ましい第２のテーパカプラを画定する第２の金属導波管パターン（１１０ｂ）
を備える金属導波管構造（１１０）と、
前記金属導波管構造（１１０）および前記誘電体導波管構造（１２０）に接続された基板（１４０）と
を備える超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項9】
前記金属導波管構造（１１０）が、前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にある超広ベースバンド動作用のテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－２ａ）であるのが好ましい第３のテーパカプラを画定する第３の金属導波管パターン（１１０ｄ）をさらに備え、（ＴＳＡ－１ａ）と（ＴＳＡ－２ａ）とが電気的に接続される、請求項８に記載の超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項10】
前記金属導波管構造（１１０）が、少なくとも２つのプローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲のｆＣＨまでの前記低周波数範囲で動作するローパス特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備える、請求項８または９に記載の超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項11】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）のアンテナとしての用途。
【請求項12】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）の近接場カプラとしての用途。
【請求項13】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）と、送信器と
を備える信号送信器デバイス。
【請求項14】
前記送信器が、オプトエレクトロニック変換器（すなわち、フォトダイオードおよび光伝導アンテナなど）を備える、請求項１３に記載の信号送信器デバイス。
【請求項15】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）と、受信器と
を備える信号受信器デバイス。
【請求項16】
前記受信器が、ショットキーゼロバイアスダイオード（ＺＢＤ）包絡線検出器を備える、請求項１５に記載の信号受信器デバイス。
【請求項17】
第１のテーパカプラ（１０１ａ）を有する第１のアクセスポートを備える第１の電子デバイス（１０１）と、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を有する第２のアクセスポートを備える第２の電子デバイス（１０２）と、
請求項１から４に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）と
を備える相互接続システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子信号のための超広帯域相互接続プローブ構造について言及し、この構造は、様々な材料基板上に作製され得る金属導波管素子に誘電体導波管素子を組み合わせるものである。この組合せに由来する相互接続構造は、超広帯域幅を提供し、動作周波数範囲は、０Ｈｚ（ＤＣ）からテラヘルツ範囲（３００ＧＨｚから３０００ＧＨｚ）以上に至ることが可能である。
【背景技術】
【0002】
これまでに、電気信号についての様々な相互接続基準が規定されており、それらは、エレクトロニクス産業で、デバイスおよびデバイス特性についての計装試験機器において使用されており、かつ、通信から分光法に基づくセンサシステムに至る広範囲の応用分野で使用されている。ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）は、エレクトロニクスにおける位相敏感測定についての主な測定プラットフォームである。ＶＮＡは、業界で受け入れられた較正手順を標準化した唯一のプラットフォームを提供して、電子システムの周波数応答を特徴づけており、その範囲は、低周波数（数キロヘルツ）から、ミリメートル（ＭＭＷ、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）およびテラヘルツ（ＴＨｚ、３００ＧＨｚから３０００ＧＨｚ）に至る。ＶＮＡは、周波数領域で動作して、電子デバイスに干渉する信号の振幅および位相を測定し、ここでは、送信信号および反射信号の両方が同時に測定され、周波数が測定帯を通じて掃引されることで、周波数依存データが提供される。ＶＮＡシステムは、標準化同軸コネクタに嵌合されるベースバンドユニット（最大周波数６７ＧＨｚ未満）から構成される。これらのコネクタにより、同軸ケーブルを使用することで、最大周波数をより高い周波数に拡張することを可能にする周波数拡張ヘッドを接続することができる。モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の作製では、著しい進歩が成し遂げられているが、現在の高周波電気相互接続技術の限界を、より高い周波数に押し上げるための新たな開発は不足している。
【0003】
この不足は、同軸コネクタインタフェースを使用するＶＮＡブロードバンド周波数拡張ヘッドの制限の原因となる。それらをより高度なバージョンにしたものでは、０Ｈｚ（ＤＣ）から１３３ＧＨｚ（１ｍｍ同軸基準を使用する場合）、または０Ｈｚから２２０ＧＨｚ（より高度な０．６ｍｍ同軸基準を使用する場合）の周波数範囲が対象にされている。これらのコネクタのコスト（１ｍｍ基準について単位当たり６００ユーロ以上）は別として、主要な問題のうちの１つは、同軸コネクタが０．６ｍｍ同軸基準（与えられているこの寸法は、外部導体の最小内径を指す）で自体の物理的限界に達することである。最大動作周波数をさらに高めるためには、同軸コネクタ自体のサイズをさらに減らさなければならず、このことは、それらコネクタの脆さを高め、作製することのできる接点の数に直接的に影響する。より深刻なことは、測定の再現性に関する問題であり、有資格者がこれらの相互接続を実行する場合でさえも見られる問題である。
【0004】
同軸基準の最大周波数より上の周波数でＶＮＡが測定を実行する必要がある場合には、他の制限も生じる。テラヘルツの周波数範囲に達する周波数拡張ヘッドは、標準化された矩形金属導波管相互接続を利用し、これらの相互接続は、重大な制限を導入する様々な導波管フランジサイズを規定する。２つのフランジ間の相互接続は、可能な限り完全に近くなければならず、なぜなら、こうした短い導波管では、フランジ接続に歪みがあると、それが信号品質を劣化させ、信号電力を減らすことになる望まれない反射を引き起こし得るからである。このことは、ＴＨｚにおいてより重大であり、これは、より小さな寸法が要されるからである。同軸コネクタと同じように、周波数が高いほど、導波管のサイズは小さくなる。このことも、矩形金属導波管を、現在の技術水準での通常工業生産が及ばないものにしている。しかし、矩形金属導波管の最も重大な制限は、導波管サイズにより、カットオフ周波数の下限および上限が定められて、スペクトルが複数の周波数帯でスライスされることである。一例として、ＷＲ－２基準は３２５から５００ＧＨｚで動作し、寸法は５０８μｍ×２５４μｍである。これらの寸法は、ＷＲ－１については２５４μｍ×１２７μｍに減り、７５０から１１００ＧＨｚで動作する。これらの基準は、デバイスが動作する周波数範囲を、それらデバイスに提供されたＷＲ基準のサブバンドに制限し、これにより、様々なサブバンドに渡って動作可能なシステムまたはデバイスが存在することが妨げられる。さらに、様々なＷＲ基準に対して対策をとるためには、各サブバンドで、適当なマイクロ波拡張ヘッド対を用いて測定を行わなければならず、これにより、測定が遥かに困難になり、周波数範囲全体に渡る較正測定ができなくなる。
【0005】
本発明は、既存の接続インタフェースでの前述の制限を解消することを意図する。
【発明の概要】
【0006】
本発明は、電気信号についての新たなタイプの相互接続プローブに関し、この相互接続プローブは、切れ目のない超広域の動作周波数範囲を提供し、これにより、最大周波数が、現在の同軸コネクタ規格の限界を超えて、テラヘルツ範囲、および、それを超える範囲に高められる。さらに、この構造は、汎用性が高く、現在の高周波数相互接続基準の全てと整合するように使用することができ、これらの基準は、同軸、または、矩形導波管フランジのサイズのうちのいずれかであり、かつ、動作範囲内での周波数について広帯域送信器／受信器アンテナとして働く。
【0007】
本開示では、この新たな電気相互接続の多用性が実証され、この新規構造により可能になる様々な相互接続シナリオ、および、その構造を配置可能な様々な構成が説明される。
【0008】
本プローブの第１の態様は、それが、ハイパスフィルタ特性を有する誘電体導波管構造を備え、こうすることで、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を超える周波数を有する信号について電気相互接続を確立することである。誘電体導波管は、好ましくは矩形である部分を有し、この部分は、第１の電子デバイスのアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端を備え、このアクセスポートは、第１のテーパカプラを備える。誘電体導波管は、第２の電子デバイスのアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端を備え、このアクセスポートは、第２のテーパカプラを備える。
【0009】
例えば、誘電体導波管構造は、マイクロ波範囲（すなわち、３ＧＨｚから３０ＧＨｚ）またはミリ波範囲（すなわち、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）での低カットオフ周波数（ｆＣＬ）、例えば、６０ＧＨｚの動作周波数から始まる範囲であり、テラヘルツ波範囲（すなわち、３００から３０００ＧＨｚ）、および、それを超える範囲に至る広い周波数範囲を対象にして動作するように設計され得る。
【0010】
本広帯域相互接続プローブの第２の態様は、それが、ローパスフィルタ特性を有する金属導波管構造をさらに備え得ることであり、このローパスフィルタ特性は、２つの電子デバイスのアクセスポート間の金属電気接触を確立することを可能にし、この金属電気接触により、相互接続動作周波数範囲が低周波数から始まることが可能になる（すなわち、ＤＣ、０Ｈｚから始まるのが好ましい）。これにより、０Ｈｚからミリ波範囲での高カットオフ周波数（ｆＣＨ）に至る信号の電気相互接続が可能になる。
【0011】
例えば、金属導波管構造は、０Ｈｚから始まり、ミリ波範囲（すなわち、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ、例えば、１００ＧＨｚの動作周波数）に至る範囲で動作するように、設計され得る。広帯域動作についての好ましい一実施形態では、この金属導波管構造が、低周波数から始まり（すなわち、ＤＣ、０Ｈｚから始まる）、誘電体導波管構造の低カットオフ周波数を上回る周波数範囲で動作する（ｆＣＨ＞ｆＣＬ、例えば、先の例の６０ＧＨｚを上回る）。
【0012】
広帯域相互接続プローブの１つの例の第３の態様は、金属導波管構造が、誘電体導波管のテーパ端に適合する少なくとも１つのテーパカプラ構造を備えることが可能であり、これにより、広帯域相互接続プローブに少なくとも１つのアクセスポートが提供されることである。テーパカプラの広い方の末端には、金属導波管構造とテーパカプラとの間の金属接点がある。これにより、金属導波管構造中の低周波数信号の相互接続および誘電体導波管中の高周波数の相互接続の確立が可能になる。
【0013】
誘電体導波管構造と金属導波管構造とを独立して使用して、それらの動作周波数範囲内で相互接続を確立することが可能である。さらに、本開示は、これら２つの構造を組み合わせて、ＤＣ（０Ｈｚ）からテラヘルツ周波数範囲、および、それを上回る範囲まで動作する相互接続プローブの広帯域動作を成し遂げることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0014】
先の説明のより良い理解のために、また例を提供するだけの目的のために、実用的な実施形態を概略的に示した、限定を行わない幾つかの図面が含まれている。
【図1A】誘電体導波管を備える提案された超広帯域プローブ構造の一例と、誘電体導波管のテーパ端に適合したテーパカプラを有するアクセスポートをそれぞれが備える２つの電子デバイスとの間の相互接続を示す。
【図1B】誘電体導波管を備える提案された超広帯域プローブ構造の一例と、誘電体導波管のテーパ端に適合したテーパカプラを有するアクセスポートをそれぞれが備える２つの電子デバイスとの間の相互接続を示す。
【図2A】２つの電子デバイス間の相互接続を確立する、本発明により提案された超広帯域相互接続プローブの他の例を示し、ここでは、誘電体導波管が基板材料に取り付けられている。
【図2B】２つの電子デバイス間の相互接続を確立する、本発明により提案された超広帯域相互接続プローブの他の例を示し、ここでは、誘電体導波管が基板材料に取り付けられている。
【図2C】金属導波管構造が画定された基板材料に取り付けられた誘電体導波管構造を備え、バイファイラ線設計を有する、提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図3A】基板材料に取り付けられた誘電体導波管構造を備え、誘電体導波管のテーパ端に沿ってテーパカプラを画定する金属導波管パターンを含む、提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図3B】テーパカプラと、コンタクトチップで終端されたバイファイラ線とを画定する金属導波管パターンを備える提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図4A】提案された超広帯域相互接続プローブが誘電体導波管構造と、テーパカプラを画定する金属導波管パターンとを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4B】提案された超広帯域相互接続プローブが誘電体導波管構造と、テーパカプラを画定する金属導波管パターンとを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4C】提案された超広帯域相互接続プローブがテーパカプラおよびバイファイラ線を画定する金属導波管パターンを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4D】提案された超広帯域相互接続プローブがテーパカプラおよびバイファイラ線を画定する金属導波管パターンを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図13】提案構造への狭ベースバンドアクセスポートを示す。
【図15】提案構造への広ベースバンドアクセスポートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１Ａは、基板（１０１ｂ）に位置する第１の電子デバイス（１０１）および基板（１０２ｂ）に位置する第２の電子デバイス（１０２）に接続する提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の１つの例の模式的概要を示す。
【0016】
図１Ｂは、誘電体導波管構造（１２０）を備える提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の詳細図を示す。誘電体導波管構造（１２０）は、ハイパスフィルタ特性を有し、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を上回る高周波数範囲信号について相互接続を確立する。誘電体導波管構造（１２０）は、第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポート（Ｐ１）に接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）を備える。誘電体導波管構造（１２０）は、第２の電子デバイス（１０２）のアクセスポートの第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポート（Ｐ２）に接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）を備える。
【0017】
この構造の好ましい実施形態では、誘電体導波管構造（１２０）の中央部が、矩形形状を有し、テーパ部またはテーパ端（１２０ａ）を伴った相互接続インタフェースにて終端され、電子デバイス（１０１）のアクセスポートが、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）に適合したテーパカプラ（１０１ａ）構造を有する。図１Ｂに示されるように、相互接続インタフェースにおいて、電子デバイス（１０１）の電子デバイス基板（１０１ｂ）上のテーパカプラ（１０１ａ）に誘電体導波管構造（１２０）を近づけることで、誘電体導波管中の高周波数について、電子デバイス（１０１）との超広帯域相互接続プローブ（１００）の相互接続を確立することが可能になる。
【0018】
図２Ａおよび図２Ｂは、提案されたプローブ（１００）を備える相互接続システムを示し、プローブ（１００）が、２つの電子デバイスまたは回路（１０１、１０２）を接続して、超ブロードバンド周波数相互接続を提供しており、プローブ（１００）が、誘電体導波管構造（１２０）に接続された基板（１４０）をさらに備えている。こうした応用例では、超広帯域相互接続プローブ（１００）を使用して、第１の電子デバイスまたは回路（１０１）を、第２の電子デバイスまたは回路（１０２）に接続する。誘電体導波管構造（１２０）を備えるプローブ（１００）は、ハイパス特性相互接続を確立し、このハイパス特性相互接続は、同じ形状を両端部で、すなわち、図２Ｂに示される第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して、電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）、および、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して、電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）を有している。本説明では、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）が、簡略化のために対称になっているが、このことは、誘電体導波管構造（１２０）についての様々な形状を、本開示の形状に限定しない。
【0019】
高周波数での接続については、これは、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ）と、電子デバイス（１０１、１０２）のテーパカプラ（１０１ａ、１０２ａ）の金属パターンとの間の近接場結合を通して、誘電体導波管構造（１２０）を用いて確立される。図２Ａに示されるように、誘電体導波管（１２０）は連続基板（１４０）上に描かれており、この基板は、電子デバイス基板（１０１ｂ）が後に続く誘電体導波管支持基板を表している。
【0020】
図２Ｃは、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の他の例の詳細図を示しており、金属導波管構造（１１０）が、その構造の末端にてプローブチップ（１１０ｃ’）を用いて終端されたバイファイラ送信線（１１０ｃ）を画定して、基板（１０１ｂ）上に位置する電子デバイス（１０１）のアクセスポートのテーパカプラ（１０１ａ）との金属接触を確立し、これにより、高カットオフ周波数（ｆＣＨ）より下の周波数を有する信号について、ローパス特性の相互接続が確立される。誘電体導波管構造（１２０）は、ハイパスフィルタ特性を有し、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を上回る高周波数範囲信号について相互接続を確立する。他の実施形態では、バイファイラ送信線（１１０ｃ）を、ＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）と組み合わせることも可能である。
【0021】
金属導波管構造（１１０）により確立される接続は、低周波数について使用されるので、この相互接続の電気的および機械的要件は、２（グランド－信号、ＧＳ）または３導体（グランド－信号－グランド、ＧＳＧ）接触プローブを通した既存の送信線相互接続と比較すると、緩和される。接点の寸法は、それに対応して、より大きくすることが可能である（既存のＧＳＧプローブ上の接触面積は、本提案の設計では５００μｍ×５００μｍであるのに対し、１２μｍ×１２μｍである）。接触面積がより大きくなることで、このハイブリッド相互接続プローブ（１００）を通じてデバイスに供給される電気的バイアス力を高めることも可能になる。さらに、そのことにより、繰返しの相互接続後の、または、未熟な使用をされた場合のハイブリッド相互接続プローブ（１００）のアラインメントおよびサバイバビリティが促進される。
【0022】
高周波数での接続については、これは、誘電体導波管構造（１２０）を用いて、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ）と、接続対象の電子デバイス（１０１）のアクセスポートのテーパカプラ（１０１ａ）との間の近接場結合を通して、確立される。
【0023】
図３Ａは、誘電体導波管構造（１２０）および基板（１４０）を備える提案された超広帯域相互接続プローブ（３００）の他の例を示し、ハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）が、第１のテーパ端（１２０ａ）と、電子デバイス（１０２）のテーパカプラ（１０２ａ）を介してアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）とを備える。
【0024】
プローブ（３００）は、テーパカプラの形状を有する金属導波管パターン（１１０ａ）を画定する金属導波管構造を備え、そのテーパカプラは、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましく、また、プローブ（３００）にＲＦアクセスポート（Ｐ）を提供し、そのＲＦアクセスポートは、電子信号を供給または検出可能なポイントである。さらに、第２のテーパ端（１２０ｂ）は、テーパカプラ（１０２ａ）を介して電子デバイス（１０２）のアクセスポートに接続可能である。
【0025】
図３Ｂは、誘電体導波管構造（１２０）と、基板（１４０）と、ローパスフィルタ特性の相互接続を確立するバイファイラ線プローブチップ（１１０ｃ’）と、金属導波管パターン（１１０ａ）を画定する金属導波管構造とを備え、ローパスフィルタ特性相互接続が、ＤＣから、ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作する、プローブ（３００）を示している。
【0026】
図４Ａおよび図４Ｂは、ハイパス特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）を備え、ハイパス特性相互接続が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作する、本発明による他の超広帯域プローブ（２００）を示す。先のプローブ（１００）同様に、誘電体導波管構造（１２０）は、第１のテーパ端（１２０ａ）および第２のテーパ端（１２０ｂ）を備える。
【0027】
さらに、プローブ（２００）は、第１のポート（Ｐ１）と第２のポート（Ｐ２）との間にあり、ＤＣからミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの、低周波数範囲で動作するローパス特性相互接続を確立する金属導波管構造（１１０）を備える。
【0028】
プローブ（２００）の金属導波管構造（１１０）は、第１のデバイス（１０１）に接続可能な第１のテーパカプラを画定する第１の金属導波管パターン（１１０ａ）（第１のテーパカプラは、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましい）と、第２のデバイス（１０２）に接続可能な第２のテーパカプラを画定する第２の金属導波管パターン（１１０ｂ）（第２のテーパカプラは、第２のテーパ端（１２０ｂ）および基板（１４０）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ｂ）であるのが好ましい）とを備える。
【0029】
図４Ｃおよび図４Ｄは、ハイブリッド相互接続プローブ（２００）の他の実施形態を表す。図４Ｃおよび図４Ｄは、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）を備える金属導波管構造（１１０）を示し、各パターンが、テーパカプラを規定しており、これらのテーパカプラは、中央の誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端部（１２０ａ、１２０ｂ）の両側にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」、（ＴＳＡー１ａ）および（ＴＳＡー１ｂ）であるのが好ましい。金属導波管構造（１１０）は、プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ローパス特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備え、そのローパス特性相互接続は、ＤＣからミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの、低周波数範囲で動作する。また、ハイブリッド相互接続プローブ（２００）は、金属導波管構造（１１０）および誘電体導波管構造（１２０）に接続される基板（１４０）を備える。この送信線の好ましい励起モードでは、ハイブリッド相互接続プローブ（２００）全域をシングルモードが伝搬する。図４Ｃは、シングルモード励起を実現することを可能にする、ハイブリッド相互接続プローブ（２００）のランチャ部の詳細を示している。
【0030】
超広帯域相互接続プローブ（２００）の末端には、信号アクセスポートが提供され、ポート（Ｐ１）および（Ｐ２）が、電子信号を供給または検出可能なポイントである。相互接続超広帯域相互接続プローブ（２００）のブロードバンド特性を実証するために、ポート（Ｐ１）を使用して、信号が注入され（送信器ポート）、ポート（Ｐ２）を使用して、広範囲の周波数についての送信線として挙動する提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）を用いて相互接続される信号を観察する（受信器ポート）。
【0031】
１つの例では、積み重ねられる誘電体導波管素子の誘電率が同じであり得、同じ材料内で加工される。これは、各層の誘電材料がそれぞれ異なってもよい本開示を制限するものではない。図４では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）が位置する基板（１４０）が、誘電体導波管構造（１２０）についてのものと同じであっても、同じでなくてもよいが、基板の誘電率が誘電体導波管構造（１２０）のもの以下である場合に、この構造は、より低い挿入損失で、はるかに高い周波数で送信を行う。
【0032】
図４Ｃの超広帯域相互接続プローブ（２００）では、バイファイラ送信線（１１０Ｃ）と誘電体導波管構造（１２０）との組合せが、バイファイラ送信線（１１０ｃ）により低周波数範囲を広げることを可能にする。誘電体導波管構造（１２０）が低周波数範囲で信号を導く能力は乏しくなり得るので、低周波数での提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）の挙動は、バイファイラ送信線（１１０ｃ）により支配される。低周波数での、この構造の挙動は、１０ＧＨｚの動作周波数では、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、図５に示された電界振幅の分布を呈する。ＴＳＡアンテナ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－１ｂ）は、中央のバイファイラ送信線（１１０ｃ）の特性インピーダンスを、両端のポート（Ｐ１）および（Ｐ２）の特性インピーダンスに適応して、それらポート間での送信を最大にする。信号周波数が遷移周波数範囲まで高まると、信号は、近接場を通してＴＳＡアンテナ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－１ｂ）から誘電体導波管構造（１２０）に結合する。図６は、この状況を示しており、ここでは、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、信号が誘電体導波管構造中を移動する場合の、１００ＧＨｚでの電界振幅分布が呈されている。
【0033】
１つの実施形態では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）とを備える提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）を、アンテナとして実行可能である。これにより、各周波数での放射される電磁波の位相中心を規定して、ＴＳＡアンテナ（ＴＳＡ－１ａ）および（ＴＳＡ－１ｂ）を画定する金属導波管構造と、それぞれの誘電体導波管テーパ端（１２０ａ）および（１２０ｂ）との両構造間の結合を最適化することが可能になる。超ブロードバンド動作については、両構造上での電磁波の位相中心が、動作範囲内の全ての周波数にて重ならなければならない。これは、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と誘電体導波管構造（１２０）との両構造について同じタイプのテーパプロファイルを使用することで成し遂げることが可能である。両構造、すなわち、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）およびそれぞれの誘電体導波管テーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）についての線形プロファイルが使用されている。これは、同じ開口角を用いた、簡略性および結合についての好ましい実施形態である。しかし、本開示は、このプロファイルに限定されず、様々なポートが様々なテーパリングプロファイルを有することができるケースを含めた他の構造も考えることができる。
【0034】
他の実施形態では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）とを備える提案された超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）を、近接場カプラとして実行可能である。
【0035】
広い帯域幅を考えると、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）は、高周波数では電力が大きく、これにより、より高次のモードが構造中を伝搬することが可能になる。全ての周波数で電磁波の位相中心が重なる構成により、より高次のモードの励起を抑制するか、または、少なくとも軽減するという追加の利点が成し遂げられる。マルチモード伝搬が起こると、様々な速度で伝搬して分散を導入するモード間での弱め合う干渉に起因して送信に信号降下が現れる。図７は、図４Ｃおよび図４Ｄに示されるプローブ（２００）のシミュレーションＳパラメータを示しており、Ｓ１２およびＳ２１は、ポート（Ｐ１）、（Ｐ２）間での送信を表している。図示のように、これらのパラメータは、０ｄＢ近くであり、降下がなく、これは、単一の基本モードでの無損失（または殆ど無損失）の送信を示す。したがって、提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）では、上記の上位モードを軽減可能であり、これは、非ヌルのＳ－パラメータ表現を評価することができる（すなわち、図７の０ｄＢに近いパラメータ振幅Ｓ１２およびＳ１２）からである。ｄＢで表されるＳ１１およびＳ２２の振幅は、可能な限り低いことが望まれる。
【0036】
超広帯域相互接続プローブ（２００）について図７に示される結果を、１０ＭＨｚから１８０ＧＨｚまでの狭帯域送信ヌルを除外するように、狭い周波数ステップでシミュレーションした。関連する計算コストに起因して、飛び飛びの周波数点が、構造のブロードバンド動作周波数範囲を実証するように、１８０ＧＨｚよりも上に示されている（２２０ＧＨｚのマーカｍ２、２６０ＧＨｚのマーカｍ３、３００ＧＨｚのマーカｍ４、および、３４０ＧＨｚのドット）。明らかに、３４０ＧＨｚでは、基本モードが依然優勢であり、これは、図８が、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、３４０ＧＨｚ（テラヘルツ範囲）（対数振幅尺）でのシミュレーション電界振幅の分布を表しているからである。具体的には、図８は、超広帯域相互接続プローブ（２００）の中央部の詳細を示している。どのように電力の殆どが誘電体導波管構造（１２０）の内側で単一の基本的な進路を移動し得るかを知ることができる。これに伴って、本構造の最も高いカットオフ周波数が、シミュレーションでは達されずに、テラヘルツ範囲に拡張されることを実証可能である。
【0037】
図７では、５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数範囲が強調され、この例では、その範囲が、遷移周波数帯である。ここでは、超広帯域相互接続プローブ（２００）が、超広帯域相互接続プローブ（２００）の重なりに起因して、１ｄＢから１．５ｄＢの挿入損失および相当なリップルを呈して、バイファイラ送信線（１１０ｃ）および誘電体導波管構造（１２０）として動作する。
【0038】
開示の相互接続プローブの他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブの極めて広く、切れ目のない動作周波数範囲に由来し、矩形導波管についてのＩＥＥＥ規格を含めた、複数の矩形および円形導波管コネクタとの相互接続を確立する能力に関する。図９Ａおよび図９Ｂは、図３Ｂに示される提案された相互接続超広帯域相互接続プローブ（１００）をどのように使用して、異なる２つの矩形導波管基準フランジサイズにつなげることが可能かを示しており、提案された相互接続超広帯域相互接続プローブ（１００）の修正を全く要さずに、また、追加の損失を全く起こさずに、フランジサイズに応じて、矩形導波管への誘電体導波管構造の差込みの深さを適応させている。導波管のテーパ端（１２０ａ）は、矩形導波管に入ったコネクタ内で基本モードを開始する。したがって、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）では、誘電体導波管構造（１２０）の端部（１２０ａ、１２０ｂ）を、矩形導波管（Ｗ１、Ｗ２）の開口に機械的に挿入して、伝搬場に結合することが可能である。このシナリオでは、動作周波数帯が、超広帯域相互接続プローブ（１００）ではなく、矩形導波管基準により決まり得る。この相互接続は、提案構造（１００）の様々な構成を用いて実現可能である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、１４０ＧＨｚでのＷＲ－８（図９ＡのＷ１）および２２０ＧＨｚでのＷＲ－４（図９ＢのＷ２）に結合された同一構造について、シミュレーション電界振幅の分布を示す。
【0039】
他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）が、他の誘電体構造に信号を結合可能であることに関する。同軸ケーブルおよび矩形導波管とは違い、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）中を伝搬する電磁場は、その中に閉じ込められないので、誘電体導波管構造（１２０）は、他の誘電体構造への近接場結合のために使用可能である。一例として、図１１は、図３Ａまたは図３Ｂに示される誘電体導波管構造（１２０）の端部の２００ＧＨｚシミュレーション電界振幅分布を示しており、電磁信号をトロイダル誘電体共振器（１２００）に結合して、構造内にウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）を生成している。
【0040】
他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）が、自由空間アンテナとして、超広帯域相互接続プローブ中を伝搬する電磁波を空気中に放射可能なことに関する。図１２Ａは、図３Ａまたは図３Ｂの提案構造が、送信および受信の両シナリオで、１５０ＧＨｚで最適化される誘電体導波管アンテナのプロトタイプとして使用されるアンテナとして機能している様を示す。図１２Ｂは、図示のアンテナとして１５０ＧＨｚで機能している図３Ａまたは図３Ｂの提案構造の放射パターンを示す。信号が単一のメインローブ内で放射されるので、それを、ビームの空間指向性を有する無線周波数光学システムに統合することができる。
【0041】
超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）をアンテナとみなすと、それは即座に、送信器または受信器デバイスを展開させることを可能して、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）の第１の金属導波管パターン（１１０ａ）のＴＳＡアンテナにおける送信器（例えば、光混合器）または受信器（例えば、ショットキーダイオード）デバイスが、アンテナに加えられる。このシミュレーションでは、送信器のためのアクセスポート（Ｐ１）、および、受信器のためのアクセスポート（Ｐ２）（図４Ａ、図４Ｂ）における点源が想定される。考えられる一実施形態では、送信器側（図１３）で、第１の金属導波管パターン（１１０ａ）のＴＳＡアンテナの頂点にフォトダイオード（Ｐ３）が置かれる。
【0042】
上記デバイスにＤＣバイアスが必要な場合は、ベースバンド信号アクセスを提供する高インピーダンス線路を使用して、必要な接続を築く解決策が示される。このベースバンドの帯域幅は、直接検出受信器に対して最適化され得る。図１３では、追加の（好ましくは低誘電率の）マイクロ波基板（１４０）が使用されている。バイファイラ送信線（１１０ｃ）のない超広帯域相互接続プローブ（２００）が示されている。フォトダイオードが、イメージ内に示されていない光ファイバにより照らされる。光学変調技術を使用することで、この構造を用いてブロードバンド信号を送信することが可能である。
【0043】
図１４は、アクセスポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３間での図１３の提案構造のＳ－パラメータのシミュレーションを示し、Ｐ３は狭ベースバンドアクセスポートである。具体的には、図１４は、シミュレーションから得られるＳパラメータの振幅（ｄＢ）を示し、Ｓ１３、Ｓ２３、および、Ｓ２１は、ポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）間の送信を表している。ポート（Ｐ１）（例えば、直流電源）と（Ｐ３）（フォトダイオード）との間の送信は、送信器デバイスのバイアスを提供することが可能になる０から６００ＭＨｚの帯域で起こる（Ｓ１３＝０ｄＢ）。超広帯域相互接続プローブ（１００）を通した送信器ポートと受信器ポートとの間の無線周波数接続（Ｐ３からＰ２）が、５５ＧＨｚを上回る周波数について起こる（０ｄＢに近いＳ２３）。バイアスポート（Ｐ１）と遠隔受信器（Ｐ２）との間で、良好な電気分離が成し遂げられる。
【0044】
受信器として使用される場合に、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）は、ショットキーゼロバイアスダイオード（ＺＢＤ）包絡線検出器または他のタイプの受信器素子を（Ｐ３）内に置くことを可能にする。ショットキーＺＢＤを用いると、バイアス接続を通して、受信されるベースバンド信号を検出可能であり、ベースバンド帯域幅は、例えば、０から６００ＭＨｚである。
【0045】
送信器または受信器構成内で上記ベースバンド帯域幅を増大するためには、広ベースバンドアクセスポートを有した図１５の超広帯域相互接続プローブ（１００）が提案され、ここでは、第３のテーパカプラを画定する第３の金属導波管パターン（１１０ｄ）、好ましくは、追加のＴＳＡアンテナ（ＴＳＡ－２ａ）が、マイクロ波基板（１４０）に置かれて、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）を囲み、この誘電体導波管構造は、低周波数でのポート（Ｐ１）、（Ｐ３）間の接続を保証する第１のＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）と電気的に接続する。両ＴＳＡアンテナ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－２ａ）のアーム同士は、それらの端部にて電気的に接続される（例えば、導電性インク、導電性エポキシ、ワイヤボンディング、または、異なる層同士の金属間の電気的接続を可能にする他の形態を通して）。図１５に示される構造の実現の際には、０Ｈｚから５０ＧＨｚの帯域で動作する超ブロードバンドＣＰＳ－ＣＰＷ遷移部が含まれる。この遷移部は、ＣＰＳ線内の金属のうちの１つを、ＣＰＷ線の導体中心に接合する導電ブリッジ（１６０）からなる。金属導波管構造（１１０）に結合する様々な導波管構造間での任意の導波管遷移を実現可能にすることができることが指摘される。
【0046】
この設計では、ポート（Ｐ２）が、誘電体導波管構造（１２０）（またはバイファイラ線（１１０ｃ））を通して、（Ｐ３）に位置するダイオードに到達するマイクロ波信号（一般には変調されたキャリアであるので、特定の帯域幅からなる）のソースである。超広帯域相互接続プローブ（１００）は、変調された信号のベースバンド変換を実行する。ベースバンド信号は、（ＴＳＡ－２ａ）、ＣＰＳ線、ＣＰＳ－ＣＰＷ遷移部を通してポート（Ｐ１）に送られる。図１６は、アクセスポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３間での図１５の提案構造のＳ－パラメータを示し、Ｐ３は広ベースバンドアクセスポートである。この実施形態では、６０ＧＨｚから最低でも３４０ＧＨｚの周波数について、（Ｐ２）ソースから（Ｐ３）ダイオードまでで低損失送信（０ｄＢ近くのＳ２３）を見ることができる。ベースバンドポート（Ｐ１）へのダイオード接続（Ｐ３）（Ｓ１３）により、－６ｄＢのレベルで２４．５ＧＨｚの帯域幅が成し遂げられる。ソースとベースバンドポートとの分離（Ｓ１２）は、検討された周波数のうちのほとんどで１５ｄＢよりも良好であり、６０ＧＨｚから７０ＧＨｚの周波数範囲では１０ｄＢよりも良好である。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポート（Ｐ１）と、第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポート（Ｐ２）とに接続可能な超広帯域相互接続プローブ（１００）であって、前記第１のアクセスポート（Ｐ１）が、第１のテーパカプラ（１０１ａ）を備え、前記第２のアクセスポート（Ｐ２）が、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を備え、前記超広帯域相互接続プローブ（１００）が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパスフィルタ特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）を備え、
前記誘電体導波管構造（１２０）が、
前記第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して前記第１のアクセスポート（Ｐ１）に接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）、および
前記第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して前記第２のアクセスポート（Ｐ２）に接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える、
超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項2】
前記誘電体導波管構造（１２０）が、矩形部を有する、請求項１に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項3】
前記誘電体導波管構造（１２０）に取り付けられた基板（１４０）をさらに備える、請求項１または２に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項4】
前記基板（１４０）上の金属導波管構造（１１０）をさらに備え、前記金属導波管構造（１１０）が、前記第１のテーパカプラ（１０１ａ）および前記第２のテーパカプラ（１０２ａ）に接続された両端部に金属製プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）を備える、
請求項３に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）。
【請求項5】
電子デバイス（１０２）のアクセスポート（Ｐ１）に接続可能な超広帯域相互接続プローブ（３００）であって、前記アクセスポートが、テーパカプラ（１０２ａ）を備え、前記超広帯域相互接続プローブ（３００）が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパスフィルタ特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）であって、
第１のテーパ端（１２０ａ）、および
前記テーパカプラ（１０２ａ）を介して前記電子デバイス（１０２）の前記アクセスポート（Ｐ１）に接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える、誘電体導波管構造（１２０）と、
前記誘電体導波管構造（１２０）に取り付けられた基板（１４０）と、
前記基板（１４０）上の金属導波管構造（１１０）と
を備え、前記金属導波管構造（１１０）が、前記誘電体導波管構造（１２０）の前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましいテーパカプラであって、アクセスポート（Ｐ）を画定するテーパカプラを画定する金属導波管パターン（１１０ａ）を備える、
超広帯域相互接続プローブ（３００）。
【請求項6】
前記金属導波管構造（１１０）が、金属製プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの前記低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備える、請求項５に記載の超広帯域相互接続プローブ（３００）。
【請求項7】
矩形導波管と、請求項５または６に記載の超広帯域相互接続プローブ（３００）と
を備える相互接続システム。
【請求項8】
マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作するハイパスフィルタ特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）であって、第１のテーパ端（１２０ａ）、および
第２のテーパ端（１２０ｂ）
を備える誘電体導波管構造（１２０）と、
ＤＣから、ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立する金属導波管構造（１１０）であって、
前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましい第１のテーパカプラを画定する第１の金属導波管パターン（１１０ａ）、および
前記第２のテーパ端（１２０ｂ）の周囲にあるテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ｂ）であるのが好ましい第２のテーパカプラを画定する第２の金属導波管パターン（１１０ｂ）
を備える金属導波管構造（１１０）と、
前記金属導波管構造（１１０）および前記誘電体導波管構造（１２０）に接続された基板（１４０）と
を備える超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項9】
前記金属導波管構造（１１０）が、前記第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にある超広ベースバンド動作用のテーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－２ａ）であるのが好ましい第３のテーパカプラを画定する第３の金属導波管パターン（１１０ｄ）をさらに備え、前記テーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－１ａ）と前記テーパスロットアンテナ「ＴＳＡ」（ＴＳＡ－２ａ）とが電気的に接続される、請求項８に記載の超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項10】
前記金属導波管構造（１１０）が、少なくとも２つの金属製プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ＤＣから、前記ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの前記低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備える、請求項８または９に記載の超広帯域相互接続プローブ（２００）。
【請求項11】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）のアンテナとしての用途。
【請求項12】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）の近接場カプラとしての用途。
【請求項13】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）と、送信器と
を備える信号送信器デバイス。
【請求項14】
前記送信器が、オプトエレクトロニック変換器（すなわち、フォトダイオードおよび光伝導アンテナなど）を備える、請求項１３に記載の信号送信器デバイス。
【請求項15】
請求項１から１０に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００、２００、３００）と、受信器と
を備える信号受信器デバイス。
【請求項16】
前記受信器が、ショットキーゼロバイアスダイオード（ＺＢＤ）包絡線検出器を備える、請求項１５に記載の信号受信器デバイス。
【請求項17】
第１のテーパカプラ（１０１ａ）を有する第１のアクセスポートを備える第１の電子デバイス（１０１）と、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を有する第２のアクセスポートを備える第２の電子デバイス（１０２）と、
請求項１から４に記載の超広帯域相互接続プローブ（１００）と
を備える相互接続システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気信号のための超広帯域相互接続プローブ構造について言及し、この構造は、様々な材料基板上に作製され得る金属導波管素子に誘電体導波管素子を組み合わせるものである。この組合せに由来する相互接続構造は、超広帯域幅を提供し、動作周波数範囲は、０Ｈｚ（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）からテラヘルツ波範囲（３００ＧＨｚから３０００ＧＨｚ）以上に至ることが可能である。
【背景技術】
【0002】
これまでに、電気信号についての様々な相互接続基準が規定されており、それらは、エレクトロニクス産業で、デバイスおよびデバイス特性についての計装試験機器において使用されており、かつ、通信から分光法に基づくセンサシステムに至る広範囲の応用分野で使用されている。ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）は、エレクトロニクスにおける位相敏感測定についての主な測定プラットフォームである。ＶＮＡは、業界で受け入れられた較正手順を標準化した唯一のプラットフォームを提供して、電子システムの周波数応答を特徴づけており、その範囲は、低周波数（数キロヘルツ）から、ミリメートル（ＭＭＷ、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）およびテラヘルツ（ＴＨｚ、３００ＧＨｚから３０００ＧＨｚ）に至る。ＶＮＡは、周波数領域で動作して、電子デバイスに干渉する信号の振幅および位相を測定し、ここでは、送信信号および反射信号の両方が同時に測定され、周波数が測定帯を通じて掃引されることで、周波数依存データが提供される。ＶＮＡシステムは、標準化同軸コネクタに嵌合されるベースバンドユニット（最大周波数６７ＧＨｚ未満）から構成される。これらのコネクタにより、同軸ケーブルを使用することで、最大周波数をより高い周波数に拡張することを可能にする周波数拡張ヘッドを接続することができる。モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の作製では、著しい進歩が成し遂げられているが、現在の高周波電気相互接続技術の限界を、より高い周波数に押し上げるための新たな開発は不足している。
【0003】
この不足は、同軸コネクタインタフェースを使用するＶＮＡブロードバンド周波数拡張ヘッドの制限の原因となる。それらをより高度なバージョンにしたものでは、０Ｈｚ（ＤＣ）から１３３ＧＨｚ（標準的な１ｍｍコネクタを使用する場合）、または０Ｈｚから２２０ＧＨｚ（より高度な標準的な０．６ｍｍコネクタを使用する場合）の周波数範囲が対象にされている。これらのコネクタのコスト（標準的な１ｍｍコネクタの場合、１台当たり６００ユーロ以上）は別として、主要な問題のうちの１つは、同軸コネクタが０．６ｍｍ同軸基準（与えられているこの寸法は、外部導体の最小内径を指す）で自体の物理的限界に達することである。最大動作周波数をさらに高めるためには、同軸コネクタ自体のサイズをさらに減らさなければならず、このことは、それらコネクタの脆さを高め、作製することのできる接点の数に直接的に影響する。より深刻なことは、測定の再現性に関する問題であり、有資格者がこれらの相互接続を実行する場合でさえも見られる問題である。
【0004】
同軸基準の最大周波数より上の周波数でＶＮＡが測定を実行する必要がある場合には、他の制限も生じる。テラヘルツの周波数範囲に達する周波数拡張ヘッドは、標準化された矩形金属導波管相互接続を利用し、これらの相互接続は、重大な制限を導入する様々な導波管フランジサイズを規定する。２つのフランジ間の相互接続は、可能な限り完全に近くなければならず、なぜなら、こうした短い導波管では、フランジ接続に歪みがあると、それが信号品質を劣化させ、信号電力を減らすことになる望まれない反射を引き起こし得るからである。このことは、ＴＨｚにおいてより重大であり、これは、より小さな寸法が要されるからである。同軸コネクタと同じように、周波数が高いほど、導波管のサイズは小さくなる。このことも、矩形金属導波管を、現在の技術水準での通常工業生産が及ばないものにしている。しかし、矩形金属導波管の最も重大な制限は、導波管サイズにより、カットオフ周波数の下限および上限が定められて、スペクトルが複数の周波数帯でスライスされることである。一例として、ＷＲ－２基準は３２５から５００ＧＨｚで動作し、寸法は５０８μｍ×２５４μｍである。これらの寸法は、ＷＲ－１については２５４μｍ×１２７μｍに減り、７５０から１１００ＧＨｚで動作する。これらの基準は、デバイスが動作する周波数範囲を、それらデバイスに提供されたＷＲ基準のサブバンドに制限し、これにより、様々なサブバンドに渡って動作可能なシステムまたはデバイスが存在することが妨げられる。さらに、様々なＷＲ基準に対して対策をとるためには、各サブバンドで、適当なマイクロ波拡張ヘッド対を用いて測定を行わなければならず、これにより、測定が遥かに困難になり、周波数範囲全体に渡る較正測定ができなくなる。
【0005】
本発明は、既存の接続インタフェースでの前述の制限を解消することを意図する。
【発明の概要】
【0006】
本発明は、電気信号についての新たなタイプの相互接続プローブに関し、この相互接続プローブは、切れ目のない超広域の動作周波数範囲を提供し、これにより、最大周波数が、現在の同軸コネクタ規格の限界を超えて、テラヘルツ波範囲、および、それを超える範囲に高められる。さらに、この構造は、汎用性が高く、現在の高周波数相互接続基準の全てと整合するように使用することができ、これらの基準は、同軸、または、矩形導波管フランジのサイズのうちのいずれかであり、かつ、動作範囲内での周波数について広帯域送信器／受信器アンテナとして働く。
【0007】
本開示では、この新たな電気相互接続の多用性が実証され、この新規構造により可能になる様々な相互接続シナリオ、および、その構造を配置可能な様々な構成が説明される。
【0008】
本プローブの第１の態様は、それが、ハイパスフィルタ特性を有する誘電体導波管構造を備え、こうすることで、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を超える周波数を有する信号について電気相互接続を確立することである。誘電体導波管は、好ましくは矩形である部分を有し、この部分は、第１の電子デバイスのアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端を備え、このアクセスポートは、第１のテーパカプラを備える。誘電体導波管は、第２の電子デバイスのアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端を備え、このアクセスポートは、第２のテーパカプラを備える。
【0009】
例えば、誘電体導波管構造は、マイクロ波範囲（すなわち、３ＧＨｚから３０ＧＨｚ）またはミリ波範囲（すなわち、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）での低カットオフ周波数（ｆＣＬ）、例えば、６０ＧＨｚの動作周波数から始まる範囲であり、テラヘルツ波範囲（すなわち、３００から３０００ＧＨｚ）、および、それを超える範囲に至る広い周波数範囲を対象にして動作するように設計され得る。
【0010】
本広帯域相互接続プローブの第２の態様は、それが、ローパスフィルタ特性を有する金属導波管構造をさらに備え得ることであり、このローパスフィルタ特性は、２つの電子デバイスのアクセスポート間の金属電気接触を確立することを可能にし、この金属電気接触により、相互接続動作周波数範囲が低周波数から始まることが可能になる（すなわち、ＤＣ、０Ｈｚから始まるのが好ましい）。これにより、０Ｈｚからミリ波範囲での高カットオフ周波数（ｆＣＨ）に至る信号の電気相互接続が可能になる。
【0011】
例えば、金属導波管構造は、０Ｈｚから始まり、ミリ波範囲（すなわち、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ、例えば、１００ＧＨｚの動作周波数）に至る範囲で動作するように、設計され得る。広帯域動作についての好ましい一実施形態では、この金属導波管構造が、低周波数から始まり（すなわち、ＤＣ、０Ｈｚから始まる）、誘電体導波管構造の低カットオフ周波数を上回る周波数範囲で動作する（ｆＣＨ＞ｆＣＬ、例えば、先の例の６０ＧＨｚを上回る）。
【0012】
広帯域相互接続プローブの１つの例の第３の態様は、金属導波管構造が、誘電体導波管のテーパ端に適合する少なくとも１つのテーパカプラ構造を備えることが可能であり、これにより、広帯域相互接続プローブに少なくとも１つのアクセスポートが提供されることである。テーパカプラの広い方の末端には、金属導波管構造とテーパカプラとの間の金属接点がある。これにより、金属導波管構造中の低周波数信号の相互接続および誘電体導波管中の高周波数の相互接続の確立が可能になる。
【0013】
誘電体導波管構造と金属導波管構造とを独立して使用して、それらの動作周波数範囲内で相互接続を確立することが可能である。さらに、本開示は、これら２つの構造を組み合わせて、ＤＣ（０Ｈｚ）からテラヘルツ周波数範囲、および、それを上回る範囲まで動作する相互接続プローブの広帯域動作を成し遂げることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0014】
先の説明のより良い理解のために、また例を提供するだけの目的のために、実用的な実施形態を概略的に示した、限定を行わない幾つかの図面が含まれている。
【図1A】誘電体導波管を備える提案された超広帯域プローブ構造の一例と、誘電体導波管のテーパ端に適合したテーパカプラを有するアクセスポートをそれぞれが備える２つの電子デバイスとの間の相互接続を示す。
【図1B】誘電体導波管を備える提案された超広帯域プローブ構造の一例と、誘電体導波管のテーパ端に適合したテーパカプラを有するアクセスポートをそれぞれが備える２つの電子デバイスとの間の相互接続を示す。
【図2A】２つの電子デバイス間の相互接続を確立する、本発明により提案された超広帯域相互接続プローブの他の例を示し、ここでは、誘電体導波管が基板材料に取り付けられている。
【図2B】２つの電子デバイス間の相互接続を確立する、本発明により提案された超広帯域相互接続プローブの他の例を示し、ここでは、誘電体導波管が基板材料に取り付けられている。
【図2C】金属導波管構造が画定された基板材料に取り付けられた誘電体導波管構造を備え、バイファイラ線設計を有する、提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図3A】基板材料に取り付けられた誘電体導波管構造を備え、誘電体導波管のテーパ端に沿ってテーパカプラを画定する金属導波管パターンを含む、提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図3B】テーパカプラと、コンタクトチップで終端されたバイファイラ線とを画定する金属導波管パターンを備える提案された超広帯域プローブ構造の他の例を示す。
【図4A】提案された超広帯域相互接続プローブが誘電体導波管構造と、テーパカプラを画定する金属導波管パターンとを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4B】提案された超広帯域相互接続プローブが誘電体導波管構造と、テーパカプラを画定する金属導波管パターンとを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4C】提案された超広帯域相互接続プローブがテーパカプラおよびバイファイラ線を画定する金属導波管パターンを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図4D】提案された超広帯域相互接続プローブがテーパカプラおよびバイファイラ線を画定する金属導波管パターンを備える場合の、他の提案構造の関連電磁素子を示す。
【図13】提案構造への狭ベースバンドアクセスポートを示す。
【図15】提案構造への広ベースバンドアクセスポートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１Ａは、基板（１０１ｂ）に位置する第１の電子デバイス（１０１）および基板（１０２ｂ）に位置する第２の電子デバイス（１０２）に接続する提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の１つの例の模式的概要を示す。
【0016】
図１Ｂは、誘電体導波管構造（１２０）を備える提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の詳細図を示す。誘電体導波管構造（１２０）は、ハイパスフィルタ特性を有し、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を上回る高周波数範囲信号について相互接続を確立する。誘電体導波管構造（１２０）は、第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して第１の電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポート（Ｐ１）に接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）を備える。誘電体導波管構造（１２０）は、第２の電子デバイス（１０２）のアクセスポートの第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポート（Ｐ２）に接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）を備える。
【0017】
この構造の好ましい実施形態では、誘電体導波管構造（１２０）の中央部が、矩形形状を有し、テーパ部またはテーパ端（１２０ａ）を伴った相互接続インタフェースにて終端され、第１の電子デバイス（１０１）のアクセスポートが、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）に適合した第１のテーパカプラ（１０１ａ）構造を有する。図１Ｂに示されるように、相互接続インタフェースにおいて、第１の電子デバイス（１０１）の基板（１０１ｂ）上の第１のテーパカプラ（１０１ａ）に誘電体導波管構造（１２０）を近づけることで、誘電体導波管中の高周波数について、第１の電子デバイス（１０１）との超広帯域相互接続プローブ（１００）の相互接続を確立することが可能になる。
【0018】
図２Ａおよび図２Ｂは、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）を備える相互接続システムを示し、超広帯域相互接続プローブ（１００）が、２つの電子デバイス（１０１、１０２）または回路を接続して、超ブロードバンド周波数相互接続を提供しており、超広帯域相互接続プローブ（１００）が、誘電体導波管構造（１２０）に接続された基板（１４０）をさらに備えている。こうした応用例では、超広帯域相互接続プローブ（１００）を使用して、第１の電子デバイス（１０１）の回路を、第２の電子デバイス（１０２）の回路に接続する。誘電体導波管構造（１２０）を備える超広帯域相互接続プローブ（１００）は、ハイパスフィルタ特性相互接続を確立し、このハイパスフィルタ特性相互接続は、同じ形状を両端部で、すなわち、図２Ｂに示される第１のテーパカプラ（１０１ａ）を介して、第１の電子デバイス（１０１）の第１のアクセスポートに接続可能な第１のテーパ端（１２０ａ）、および、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して、第２の電子デバイス（１０２）の第２のアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）を有している。本説明では、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）が、簡略化のために対称になっているが、このことは、誘電体導波管構造（１２０）についての様々な形状を、本開示の形状に限定しない。
【0019】
高周波数での接続については、これは、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）と、電子デバイス（１０１、１０２）のテーパカプラ（１０１ａ、１０２ａ）の金属パターンとの間の近接場結合を通して、誘電体導波管構造（１２０）を用いて確立される。図２Ａに示されるように、誘電体導波管（１２０）は連続基板（１４０）上に描かれており、この基板は、電子デバイス基板（１０１ｂ）が後に続く誘電体導波管支持基板を表している。
【0020】
図２Ｃは、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の他の例の詳細図を示しており、金属導波管構造（１１０）が、その構造の末端にて金属製プローブチップ（１１０ｃ’）を用いて終端されたバイファイラ送信線（１１０ｃ）を画定して、基板（１０１ｂ）上に位置する第１の電子デバイス（１０１）のアクセスポートの第１のテーパカプラ（１０１ａ）との金属接触を確立し、これにより、高カットオフ周波数（ｆＣＨ）より下の周波数を有する信号について、ローパスフィルタ特性の相互接続が確立される。誘電体導波管構造（１２０）は、ハイパスフィルタ特性を有し、低カットオフ周波数（ｆＣＬ）を上回る高周波数範囲信号について相互接続を確立する。他の実施形態では、バイファイラ送信線（１１０ｃ）を、テーパスロットアンテナ（以下、「ＴＳＡ」と記載する）（ＴＳＡ－１ａ）と組み合わせることも可能である。
【0021】
金属導波管構造（１１０）により確立される接続は、低周波数について使用されるので、この相互接続の電気的および機械的要件は、２（グランド－信号、ＧＳ）または３導体（グランド－信号－グランド、ＧＳＧ）接触プローブを通した既存の送信線相互接続と比較すると、緩和される。接点の寸法は、それに対応して、より大きくすることが可能である（既存のＧＳＧプローブ上の接触面積は、本提案の設計では５００μｍ×５００μｍであるのに対し、１２μｍ×１２μｍである）。接触面積がより大きくなることで、この超広帯域相互接続プローブ（１００）を通じてデバイスに供給される電気的バイアス力を高めることも可能になる。さらに、そのことにより、繰返しの相互接続後の、または、未熟な使用をされた場合の超広帯域相互接続プローブ（１００）のアラインメントおよびサバイバビリティが促進される。
【0022】
高周波数での接続については、これは、誘電体導波管構造（１２０）を用いて、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）と、接続対象の第１の電子デバイス（１０１）のアクセスポートの第１のテーパカプラ（１０１ａ）との間の近接場結合を通して、確立される。
【0023】
図３Ａは、誘電体導波管構造（１２０）および基板（１４０）を備える提案された超広帯域相互接続プローブ（３００）の他の例を示し、ハイパスフィルタ特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）が、第１のテーパ端（１２０ａ）と、第２の電子デバイス（１０２）の第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介してアクセスポートに接続可能な第２のテーパ端（１２０ｂ）とを備える。
【0024】
超広帯域相互接続プローブ（３００）は、テーパカプラの形状を有する第１の金属導波管パターン（１１０ａ）を画定する金属導波管構造を備え、そのテーパカプラは、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましく、また、超広帯域相互接続プローブ（３００）にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アクセスポート（Ｐ）を提供し、そのＲＦアクセスポートは、電気信号を供給または検出可能なポイントである。さらに、第２のテーパ端（１２０ｂ）は、第２のテーパカプラ（１０２ａ）を介して第２の電子デバイス（１０２）のアクセスポートに接続可能である。
【0025】
図３Ｂは、誘電体導波管構造（１２０）と、基板（１４０）と、ローパスフィルタ特性の相互接続を確立するバイファイラ線の金属製プローブチップ（１１０ｃ’）と、第１の金属導波管パターン（１１０ａ）を画定する金属導波管構造とを備え、ローパスフィルタ特性相互接続が、ＤＣから、ミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの低周波数範囲で動作する、プローブ（３００）を示している。
【0026】
図４Ａおよび図４Ｂは、ハイパスフィルタ特性相互接続を確立する誘電体導波管構造（１２０）を備え、ハイパスフィルタ特性相互接続が、マイクロ波範囲またはミリ波範囲の低カットオフ周波数ｆＣＬから始まる高周波数範囲で動作する、本発明による他の超広帯域相互接続プローブ（２００）を示す。先の超広帯域相互接続プローブ（１００）同様に、誘電体導波管構造（１２０）は、第１のテーパ端（１２０ａ）および第２のテーパ端（１２０ｂ）を備える。
【0027】
さらに、超広帯域相互接続プローブ（２００）は、第１のアクセスポート（Ｐ１）と第２のアクセスポート（Ｐ２）との間にあり、ＤＣからミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの、低周波数範囲で動作するローパスフィルタ特性相互接続を確立する金属導波管構造（１１０）を備える。
【0028】
超広帯域相互接続プローブ（２００）の金属導波管構造（１１０）は、第１の電子デバイス（１０１）に接続可能な第１のテーパカプラを画定する第１の金属導波管パターン（１１０ａ）（第１のテーパカプラは、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）の周囲にあるＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）であるのが好ましい）と、第２の電子デバイス（１０２）に接続可能な第２のテーパカプラを画定する第２の金属導波管パターン（１１０ｂ）（第２のテーパカプラは、第２のテーパ端（１２０ｂ）および基板（１４０）の周囲にあるＴＳＡ（ＴＳＡ－１ｂ）であるのが好ましい）とを備える。
【0029】
図４Ｃおよび図４Ｄは、超広帯域相互接続プローブ（２００）の他の実施形態を表す。図４Ｃおよび図４Ｄは、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）を備える金属導波管構造（１１０）を示し、各パターンが、テーパカプラを規定しており、これらのテーパカプラは、中央の誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）の両側にあるＴＳＡ、（ＴＳＡー１ａ）および（ＴＳＡー１ｂ）であるのが好ましい。金属導波管構造（１１０）は、金属製プローブチップ（１１０ｃ’）を有し、ローパスフィルタ特性相互接続を確立するバイファイラ送信線（１１０ｃ）をさらに備え、そのローパスフィルタ特性相互接続は、ＤＣからミリ波範囲の高カットオフ周波数ｆＣＨまでの、低周波数範囲で動作する。また、超広帯域相互接続プローブ（２００）は、金属導波管構造（１１０）および誘電体導波管構造（１２０）に接続される基板（１４０）を備える。この送信線の好ましい励起モードでは、超広帯域相互接続プローブ（２００）全域をシングルモードが伝搬する。図４Ｃは、シングルモード励起を実現することを可能にする、超広帯域相互接続プローブ（２００）のランチャ部の詳細を示している。
【0030】
超広帯域相互接続プローブ（２００）の末端には、信号アクセスポートが提供され、アクセスポート（Ｐ１）および（Ｐ２）が、電気信号を供給または検出可能なポイントである。超広帯域相互接続プローブ（２００）のブロードバンド特性を実証するために、第１のアクセスポート（Ｐ１）を使用して、信号が注入され（送信器ポート）、第２のアクセスポート（Ｐ２）を使用して、広範囲の周波数についての送信線として挙動する提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）を用いて相互接続される信号を観察する（受信器ポート）。
【0031】
１つの例では、積み重ねられる誘電体導波管素子の誘電率が同じであり得、同じ材料内で加工される。これは、各層の誘電材料がそれぞれ異なってもよい本開示を制限するものではない。図４では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）が位置する基板（１４０）が、誘電体導波管構造（１２０）についてのものと同じであっても、同じでなくてもよいが、基板の誘電率が誘電体導波管構造（１２０）のもの以下である場合に、この構造は、より低い挿入損失で、はるかに高い周波数で送信を行う。
【0032】
図４Ｃの超広帯域相互接続プローブ（２００）では、バイファイラ送信線（１１０Ｃ）と誘電体導波管構造（１２０）との組合せが、バイファイラ送信線（１１０ｃ）により低周波数範囲を広げることを可能にする。誘電体導波管構造（１２０）が低周波数範囲で信号を導く能力は乏しくなり得るので、低周波数での提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）の挙動は、バイファイラ送信線（１１０ｃ）により支配される。低周波数での、この構造の挙動は、１０ＧＨｚの動作周波数では、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、図５に示された電界振幅の分布を呈する。ＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－１ｂ）は、中央のバイファイラ送信線（１１０ｃ）の特性インピーダンスを、両端のアクセスポート（Ｐ１）および（Ｐ２）の特性インピーダンスに適応して、それらポート間での送信を最大にする。信号周波数が遷移周波数範囲まで高まると、信号は、近接場を通してＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－１ｂ）から誘電体導波管構造（１２０）に結合する。図６は、この状況を示しており、ここでは、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、信号が誘電体導波管構造中を移動する場合の、１００ＧＨｚでの電界振幅分布が呈されている。
【0033】
１つの実施形態では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）とを備える提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）を、アンテナとして実行可能である。これにより、各周波数での放射される電磁波の位相中心を規定して、ＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）および（ＴＳＡ－１ｂ）を画定する金属導波管構造と、それぞれの誘電体導波管テーパ端（１２０ａ）および（１２０ｂ）との両構造間の結合を最適化することが可能になる。超ブロードバンド動作については、両構造上での電磁波の位相中心が、動作範囲内の全ての周波数にて重ならなければならない。これは、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と誘電体導波管構造（１２０）との両構造について同じタイプのテーパプロファイルを使用することで成し遂げることが可能である。両構造、すなわち、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）およびそれぞれの誘電体導波管テーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）についての線形プロファイルが使用されている。これは、同じ開口角を用いた、簡略性および結合についての好ましい実施形態である。しかし、本開示は、このプロファイルに限定されず、様々なポートが様々なテーパリングプロファイルを有することができるケースを含めた他の構造も考えることができる。
【0034】
他の実施形態では、第１および第２の金属導波管パターン（１１０ａ、１１０ｂ）と、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）とを備える提案された超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）を、近接場カプラとして実行可能である。
【0035】
広い帯域幅を考えると、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）は、高周波数では電力が大きく、これにより、より高次のモードが構造中を伝搬することが可能になる。全ての周波数で電磁波の位相中心が重なる構成により、より高次のモードの励起を抑制するか、または、少なくとも軽減するという追加の利点が成し遂げられる。マルチモード伝搬が起こると、様々な速度で伝搬して分散を導入するモード間での弱め合う干渉に起因して送信に信号降下が現れる。図７は、図４Ｃおよび図４Ｄに示される超広帯域相互接続プローブ（２００）のシミュレーションＳパラメータを示しており、Ｓ１２およびＳ２１は、アクセスポート（Ｐ１）、（Ｐ２）間での送信を表している。図示のように、これらのパラメータは、０ｄＢ近くであり、降下がなく、これは、単一の基本モードでの無損失（または殆ど無損失）の送信を示す。したがって、提案された超広帯域相互接続プローブ（２００）では、上記の上位モードを軽減可能であり、これは、非ヌルのＳ－パラメータ表現を評価することができる（すなわち、図７の０ｄＢに近いパラメータ振幅Ｓ１２およびＳ２１）からである。ｄＢで表されるＳ１１およびＳ２２の振幅は、可能な限り低いことが望まれる。
【0036】
超広帯域相互接続プローブ（２００）について図７に示される結果を、１０ＭＨｚから１８０ＧＨｚまでの狭帯域送信ヌルを除外するように、狭い周波数ステップでシミュレーションした。関連する計算コストに起因して、飛び飛びの周波数点が、構造のブロードバンド動作周波数範囲を実証するように、１８０ＧＨｚよりも上に示されている（２２０ＧＨｚのマーカｍ２、２６０ＧＨｚのマーカｍ３、３００ＧＨｚのマーカｍ４、および、３４０ＧＨｚのドット）。明らかに、３４０ＧＨｚでは、基本モードが依然優勢であり、これは、図８が、図４Ｃおよび図４Ｄに示される提案構造について、３４０ＧＨｚ（テラヘルツ波範囲）（対数振幅尺）でのシミュレーション電界振幅の分布を表しているからである。具体的には、図８は、超広帯域相互接続プローブ（２００）の中央部の詳細を示している。どのように電力の殆どが誘電体導波管構造（１２０）の内側で単一の基本的な進路を移動し得るかを知ることができる。これに伴って、本構造の最も高いカットオフ周波数が、シミュレーションでは達されずに、テラヘルツ波範囲に拡張されることを実証可能である。
【0037】
図７では、５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数範囲が強調され、この例では、その範囲が、遷移周波数帯である。ここでは、超広帯域相互接続プローブ（２００）が、超広帯域相互接続プローブ（２００）の重なりに起因して、１ｄＢから１．５ｄＢの挿入損失および相当なリップルを呈して、バイファイラ送信線（１１０ｃ）および誘電体導波管構造（１２０）として動作する。
【0038】
開示の超広帯域相互接続プローブの他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブの極めて広く、切れ目のない動作周波数範囲に由来し、矩形導波管についてのＩＥＥＥ規格を含めた、複数の矩形および円形導波管コネクタとの相互接続を確立する能力に関する。図９Ａおよび図９Ｂは、図３Ｂに示される提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）をどのように使用して、異なる２つの矩形導波管基準フランジサイズにつなげることが可能かを示しており、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）の修正を全く要さずに、また、追加の損失を全く起こさずに、フランジサイズに応じて、矩形導波管への誘電体導波管構造の差込みの深さを適応させている。導波管の第１のテーパ端（１２０ａ）は、矩形導波管に入ったコネクタ内で基本モードを開始する。したがって、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）では、誘電体導波管構造（１２０）のテーパ端（１２０ａ、１２０ｂ）を、矩形導波管（Ｗ１、Ｗ２）の開口に機械的に挿入して、伝搬場に結合することが可能である。このシナリオでは、動作周波数帯が、超広帯域相互接続プローブ（１００）ではなく、矩形導波管基準により決まり得る。この相互接続は、提案構造（１００）の様々な構成を用いて実現可能である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、１４０ＧＨｚでのＷＲ－８（図９ＡのＷ１）および２２０ＧＨｚでのＷＲ－４（図９ＢのＷ２）に結合された同一構造について、シミュレーション電界振幅の分布を示す。
【0039】
他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）が、他の誘電体構造に信号を結合可能であることに関する。同軸ケーブルおよび矩形導波管とは違い、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００）中を伝搬する電磁場は、その中に閉じ込められないので、誘電体導波管構造（１２０）は、他の誘電体構造への近接場結合のために使用可能である。一例として、図１１は、図３Ａまたは図３Ｂに示される誘電体導波管構造（１２０）の端部の２００ＧＨｚシミュレーション電界振幅分布を示しており、電磁信号をトロイダル誘電体共振器（１２００）に結合して、構造内にウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）を生成している。
【0040】
他の利点は、提案された超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）が、自由空間アンテナとして、超広帯域相互接続プローブ中を伝搬する電磁波を空気中に放射可能なことに関する。図１２Ａは、図３Ａまたは図３Ｂの提案構造が、送信および受信の両シナリオで、１５０ＧＨｚで最適化される誘電体導波管アンテナのプロトタイプとして使用されるアンテナとして機能している様を示す。図１２Ｂは、図示のアンテナとして１５０ＧＨｚで機能している図３Ａまたは図３Ｂの提案構造の放射パターンを示す。信号が単一のメインローブ内で放射されるので、それを、ビームの空間指向性を有する無線周波数光学システムに統合することができる。
【0041】
超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）をアンテナとみなすと、それは即座に、送信器または受信器デバイスを展開させることを可能して、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）の第１の金属導波管パターン（１１０ａ）のＴＳＡにおける送信器（例えば、光混合器）または受信器（例えば、ショットキーダイオード）デバイスが、アンテナに加えられる。このシミュレーションでは、送信器のための第１のアクセスポート（Ｐ１）、および、受信器のための第２のアクセスポート（Ｐ２）（図４Ａ、図４Ｂ）における点源が想定される。考えられる一実施形態では、送信器側（図１３）で、第１の金属導波管パターン（１１０ａ）のＴＳＡの頂点にアクセスポートとしてのフォトダイオード（Ｐ１）が置かれる。
【0042】
上記デバイスにＤＣバイアスが必要な場合は、ベースバンド信号アクセスを提供する高インピーダンス線路を使用して、必要な接続を築く解決策が示される。このベースバンドの帯域幅は、直接検出受信器に対して最適化され得る。図１３では、追加の（好ましくは低誘電率の）マイクロ波基板（１４０）が使用されている。バイファイラ送信線（１１０ｃ）のない超広帯域相互接続プローブ（２００）が示されている。フォトダイオードが、イメージ内に示されていない光ファイバにより照らされる。光学変調技術を使用することで、この構造を用いてブロードバンド信号を送信することが可能である。
【0043】
図１４は、アクセスポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３間での図１３の提案構造のＳ－パラメータのシミュレーションを示し、Ｐ３は狭ベースバンドアクセスポートである。具体的には、図１４は、シミュレーションから得られるＳパラメータの振幅（ｄＢ）を示し、Ｓ３１、Ｓ２３、および、Ｓ２１は、アクセスポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）間の送信を表している。アクセスポート（Ｐ３）（例えば、直流電源）と（Ｐ１）（例えば、フォトダイオード）との間の送信は、送信器デバイスのバイアスを提供することが可能になる０から６００ＭＨｚの帯域で起こる（Ｓ３１＝０ｄＢ）。超広帯域相互接続プローブ（１００）を通した送信器ポートと受信器ポートとの間の無線周波数接続（Ｐ１からＰ２）が、５５ＧＨｚを上回る周波数について起こる（０ｄＢに近いＳ２３）。バイアスポート（Ｐ３）と遠隔受信器（Ｐ２）との間で、良好な電気分離が成し遂げられる。
【0044】
受信器として使用される場合に、超広帯域相互接続プローブ（１００、２００）は、ショットキーゼロバイアスダイオード（ＺＢＤ）包絡線検出器または他のタイプの受信器素子を（Ｐ１）内に置くことを可能にする。ショットキーＺＢＤを用いると、バイアス接続を通して、受信されるベースバンド信号を検出可能であり、ベースバンド帯域幅は、例えば、０から６００ＭＨｚである。
【0045】
送信器または受信器構成内で上記ベースバンド帯域幅を増大するためには、広ベースバンドアクセスポートを有した図１５の超広帯域相互接続プローブ（１００）が提案され、ここでは、第３のテーパカプラを画定する第３の金属導波管パターン（１１０ｄ）、好ましくは、追加のＴＳＡ（ＴＳＡ－２ａ）が、マイクロ波基板（１４０）に置かれて、誘電体導波管構造（１２０）の第１のテーパ端（１２０ａ）を囲み、この誘電体導波管構造は、低周波数でのアクセスポート（Ｐ１）、（Ｐ３）間の接続を保証する第１のＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ）と電気的に接続する。両ＴＳＡ（ＴＳＡ－１ａ、ＴＳＡ－２ａ）のアーム同士は、それらの端部にて電気的に接続される（例えば、導電性インク、導電性エポキシ、ワイヤボンディング、または、異なる層同士の金属間の電気的接続を可能にする他の形態を通して）。図１５に示される構造の実現の際には、０Ｈｚから５０ＧＨｚの帯域で動作する超ブロードバンドＣＰＳ－ＣＰＷ遷移部が含まれる。この遷移部は、ＣＰＳ線内の金属のうちの１つを、ＣＰＷ線の導体中心に接合する導電ブリッジ（１６０）からなる。金属導波管構造（１１０）に結合する様々な導波管構造間での任意の導波管遷移を実現可能にすることができることが指摘される。
【0046】
この設計では、第２のアクセスポート（Ｐ２）が、誘電体導波管構造（１２０）（またはバイファイラ線（１１０ｃ））を通して、（Ｐ１）に位置するダイオードに到達するマイクロ波信号（一般には変調されたキャリアであるので、特定の帯域幅からなる）のソースである。超広帯域相互接続プローブ（１００）は、変調された信号のベースバンド変換を実行する。ベースバンド信号は、（ＴＳＡ－２ａ）、ＣＰＳ線、ＣＰＳ－ＣＰＷ遷移部を通してアクセスポート（Ｐ３）に送られる。図１６は、アクセスポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３間での図１５の提案構造のＳ－パラメータを示し、Ｐ３は広ベースバンドアクセスポートである。この実施形態では、６０ＧＨｚから最低でも３４０ＧＨｚの周波数について、（Ｐ２）ソースから（Ｐ１）ダイオードまでで低損失送信（０ｄＢ近くのＳ２１）を見ることができる。ベースバンドポート（Ｐ３）へのダイオード接続（Ｐ１）（Ｓ３１）により、－６ｄＢのレベルで２４．５ＧＨｚの帯域幅が成し遂げられる。ソースとベースバンドポートとの分離（Ｓ３２）は、検討された周波数のうちのほとんどで１５ｄＢよりも良好であり、６０ＧＨｚから７０ＧＨｚの周波数範囲では１０ｄＢよりも良好である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図7】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図14】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図16】
【国際調査報告】