

コプレーナ導波路は、プリント基板技術を用いて製造できる平面型電気伝送線路の一種であり、マイクロ波周波数信号の伝送に用いられる。より小規模な例としては、コプレーナ導波路伝送線路は、モノリシックマイクロ波集積回路にも組み込まれている。
従来のコプレーナ導波路(CPW )は、誘電体基板上に印刷された単一の導電トラックと、そのトラックの両側に配置された一対のリターン導体から構成されます。これら3つの導体はすべて基板の同じ面上に配置されているため、同一平面上にあります。リターン導体は、中央のトラックから小さなギャップによって隔てられており、このギャップの幅は線路の長さに沿って一定です。中央の導体から離れた位置では、リターン導体は通常、無限に長い距離まで伸びているため、それぞれが概念的には半無限平面となります。
導体裏打ちコプレーナ導波路(CBCPW)、別名接地付きコプレーナ導波路(CPWG )は、基板の裏面全体を覆う接地平面を持つ一般的なバリアントです。 [ 2 ] [ 3 ]接地平面は、3番目のリターン導体として機能します。
コプレーナ導波路は、1969年にチェン・P・ウェンによって発明され、主にジャイレータやアイソレータなどの非相反コンポーネントを平面伝送線路回路に組み込むための手段として用いられた。 [ 4 ]
コプレーナ導波路で伝搬される電磁波は、誘電体基板内と、その上の空気中に部分的に存在します。一般に、基板の誘電率は空気の誘電率とは異なり(かつ大きい)、そのため波は不均一な媒質中を伝搬します。結果として、CPWは真のTEM波をサポートしません。非ゼロ周波数では、E場とH場の両方に縦方向成分(ハイブリッドモード)が存在します。ただし、これらの縦方向成分は通常小さく、このモードは準TEMモードとして記述する方が適切です。[ 5 ]
共振アイソレータや差動位相シフターなどの非相反ジャイロ磁気デバイス[ 6 ]は、静的に磁化されたフェライト体に回転(円偏波)磁場を提示するマイクロ波信号に依存しています。CPWは、中央導体と側方導体の間の2つのスロットにまさにそのような回転磁場を生成するように設計できます。
誘電体基板は、CPW線路を伝搬するマイクロ波信号の磁場に直接的な影響を与えません。したがって、磁場に関して、CPWは基板側と空気側の間の金属化面において対称となります。その結果、各導体の反対側の面(空気側と基板側)を流れる平行な経路に沿って流れる電流は同じインダクタンスを受け、全体の電流は両面に均等に分配される傾向があります。
逆に、基板は電界に影響を与えるため、基板側は空気側よりもスロット間の静電容量が大きくなります。導体の基板面では、空気面よりも電荷が蓄積または放出されやすくなります。その結果、波の電流方向が反転する箇所では、電荷が空気面と基板面の間の金属配線の端を越えて溢れ出します。この端を流れる二次電流によって、各スロット内に縦方向(線路に平行)の磁場が発生し、これは導体に沿った主電流に伴う垂直方向(基板表面に垂直)の磁場と直交します。
基板の誘電率が1よりはるかに大きい場合、縦方向の磁場の大きさは垂直方向の磁場の大きさに近づき、スロット内の合成磁場は円偏光に近づきます。[ 4 ]
コプレーナ導波路は、固体量子コンピューティングの分野で重要な役割を果たしており、例えばマイクロ波光子を超伝導量子ビットに結合させるのに用いられています。特に、回路量子電磁力学の研究分野は、コプレーナ導波路共振器を重要な要素として開始されました。コプレーナ導波路共振器は、マイクロ波光子を波長の3乗よりもはるかに小さい体積に閉じ込めることで、高い電界強度を実現し、超伝導量子ビットとの強い結合を可能にします。この結合をさらに強化するために、極めて低い損失を持つ超伝導コプレーナ導波路共振器が用いられました。 [ 7 ] [ 8 ](このような超伝導コプレーナ共振器の低温における品質係数は、低電力限界でも10⁶を超えることがあります。 [ 9 ] )コプレーナ共振器は、複数の量子ビットを相互に結合させる量子バスとしても使用できます。 [ 10 ] [ 11 ]
固体研究における共平面導波路のもう1つの応用例は、磁気共鳴を伴う研究、例えば電子スピン共鳴分光法[ 12 ]やマグノニクス[ 13 ]の研究である。
コプレーナ導波路共振器は、(高温超伝導)薄膜の材料特性を評価するためにも使用されている。 [ 14 ] [ 15 ]