(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が伝搬する空間の少なくとも上下方向に導体が配置され、信号伝搬方向の少なくとも一箇所以上の箇所において対向する導体間に信号が供給され、信号伝搬方向の他の一箇所以上の箇所において対向する導体間から信号が出力される導波路と、
この導波路上に周期的に配置された１つ以上のユニットセルとを有し、
各ユニットセルは、
１枚の板状の導体パッチまたは互いに平行に配置された２枚以上の板状の導体パッチと、
前記１枚の導体パッチと接続されるか、または前記２枚以上の導体パッチのうち少なくとも１枚以上の導体パッチと接続された１本以上の導体ポストとからなり、
各ユニットセルから突出した前記導体ポストは、前記導波路の少なくとも１つの導体と接続され且つ前記導波路の他の導体と絶縁されることを特徴とするフィルター。
【請求項２】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、前記導波路の外側に配置された２枚の導体パッチと、２つの群の導体ポストとからなり、
第１群の前記導体ポストは、前記導波路から遠い側にある第１の導体パッチと接続され、前記導波路に近い側にある第２の導体パッチと絶縁され、この第２の導体パッチに面した側の導波路の導体と絶縁され、前記第２の導体パッチに面していない側の導波路の導体と接続され、
第２群の前記導体ポストは、前記第１の導体パッチと絶縁され、前記第２の導体パッチと接続され、この第２の導体パッチに面した側の導波路の導体と接続され、前記第２の導体パッチに面していない側の導波路の導体と絶縁されることを特徴とするフィルター。
【請求項３】
請求項２記載のフィルターにおいて、
前記導体パッチは、平面視四角形であり、
前記２つの群の導体ポストは、１本の第１群の導体ポストと１本の第２群の導体ポストとから構成され、
前記第１群の導体ポストは、前記導体パッチの中央付近に配置され、
前記第２郡の導体ポストは、前記導体パッチの隅近辺に配置されることを特徴とするフィルター。
【請求項４】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、前記導波路の外側に配置された１枚の導体パッチと、１本の導体ポストとからなり、
前記導体ポストは、前記導体パッチと接続され、この導体パッチに面した側の導波路の導体と絶縁され、前記導体パッチに面していない側の導波路の導体と接続されることを特徴とするフィルター。
【請求項５】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、前記導波路の外側に配置された平面視四角形の１枚の導体パッチと、２本の導体ポストとからなり、
前記２本の導体ポストは、前記導体パッチの対向する２辺の中点付近でそれぞれ前記導体パッチと接続され、この導体パッチに面した側の導波路の導体と絶縁され、前記導体パッチに面していない側の導波路の導体と接続されることを特徴とするフィルター。
【請求項６】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、前記導波路の外側に配置された平面視四角形の１枚の導体パッチと、４本の導体ポストとからなり、
前記４本の導体ポストは、前記導体パッチの４隅付近でそれぞれ前記導体パッチと接続され、この導体パッチに面した側の導波路の導体と絶縁され、前記導体パッチに面していない側の導波路の導体と接続されることを特徴とするフィルター。
【請求項７】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、２枚以上の前記導体パッチを有し、１枚以上の第１の導体パッチは、前記導波路の外側に配置され、１枚以上の第２の導体パッチは、前記導波路の内側に配置されることを特徴とするフィルター。
【請求項８】
請求項７記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルは、１本以上の前記導体ポストを有し、
この導体ポストは、前記第１、第２の導体パッチと接続され、前記第１の導体パッチに面した側の導波路の導体と絶縁され、前記第１の導体パッチに面していない側の導波路の導体と接続されることを特徴とするフィルター。
【請求項９】
請求項３記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であることを特徴とするフィルター。
【請求項１０】
請求項４記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であることを特徴とするフィルター。
【請求項１１】
請求項５記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であることを特徴とするフィルター。
【請求項１２】
請求項６記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であることを特徴とするフィルター。
【請求項１３】
請求項７記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であることを特徴とするフィルター。
【請求項１４】
請求項１記載のフィルターにおいて、
さらに、電圧値が可変な直流電圧源を有し、
前記ユニットセルの導体パッチ間の空間と前記導波路の導体間の空間を埋める材料のうち少なくとも一方の空間を埋める材料は、材料特性が直流電圧依存性を有し、
前記直流電圧源は、互いに絶縁された前記導体パッチ間または互いに絶縁された前記導体間に直流電圧を印加することを特徴とするフィルター。
【請求項１５】
請求項１４記載のフィルターにおいて、
前記導波路は、平行平板導波路であり、
前記直流電圧依存性を有する材料を挟む一方の導体は、前記導波路の一方の導体と同電位であり、この直流電圧依存性を有する材料を挟む他方の導体は、前記導波路の他方の導体と同電位であり、
前記直流電圧源は、前記導波路の互いに絶縁された導体間に直流電圧を印加することを特徴とするフィルター。
【請求項１６】
請求項１記載のフィルターにおいて、
各ユニットセルにおいて前記１枚以上の導体パッチの形状が異なることを特徴とするフィルター。
【請求項１７】
請求項１記載のフィルターを有することを特徴とするプリント回路基板。
【請求項１８】
信号が伝搬する空間の少なくとも上下方向に導体が配置され、信号伝搬方向の少なくとも一箇所以上の箇所において対向する導体間に信号が供給され、信号伝搬方向の他の一箇所以上の箇所において対向する導体間から信号が出力される導波路を用いたノイズ抑制方法において、
１枚の板状の導体パッチまたは互いに平行に配置された２枚以上の板状の導体パッチと、前記１枚の導体パッチと接続されるか、または前記２枚以上の導体パッチのうち少なくとも１枚以上の導体パッチと接続された１本以上の導体ポストとからなるユニットセルを、前記導波路上に周期的に配置し、
各ユニットセルから突出した前記導体ポストは、前記導波路の少なくとも１つの導体と接続され且つ前記導波路の他の導体と絶縁されることを特徴とするノイズ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の導体板により進行方向断面の周囲を囲まれるか、あるいは進行方向断面が部分的に開放端となっている導波路を用いて、周波数選択型ノイズ抑制効果、フィルター効果を実現することができるフィルター、プリント回路基板およびノイズ抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平行平板導体対などの複数の導体板に挟まれるか周囲を囲まれる構造体は、導体板と平行な方向に電磁波を伝播させることが可能なため、電気回路の電源系、導波路や空洞共振器、フィルター、漏れ波アンテナ等に応用することが可能である。このような構造をフィルターとして用いる場合には、特定の周波数帯域にわたって電磁波の伝播を遮断したり、透過させたりするための構造的工夫がなされる。広い周波数帯域にわたって電磁波の伝播を遮断させる方法として、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap)構造が近年注目されている。【０００３】
以下では、このＥＢＧ構造を適用した導波路として有名な構造として、文献「O.Ramahi，S.Shahparnia and B.Mohajer-Irvani，“TOWARDS NEW PARADIGMS IN NOISE MITIGATION IN AND FROM PRINTED CIRCUIT BOARDS USING METALLO-DIELECTRIC ELECTROMAGNETIC BAND GAP STRUCTURES”, EMC Europe 2004 (6th International Symposium on EMC), September 6-10 2004，ISBN:90-6144-990-1，p.372-377」に開示された平行平板型導波路構造を例に挙げて説明する。図２６と図２７は、平行平板導体間の空間にマッシュルーム型ＥＢＧ構造を適用した構造を、３次元直交座標系内に示した図である。図２６はＥＢＧ構造をｘｚ平面で切断したときの断面図、図２７はＥＢＣ構造を図２６のｚ＝ｈの位置においてｘｙ平面で切断したときの断面図である。１０１，１０２は互いに平行な２つの導体板である。図２６、図２７の例では、導体板１０１の下面の位置をｚ＝０とし、導体板１０２の上面の位置をｚ＝ｈ＋ｐとし、導体パッチ１０３の上面の位置をｚ＝ｈとしている。また、図２７における左下の隅をｘ＝０、ｙ＝０としている。【０００４】
導体板１０１と１０２で挟まれた空間に、ｘｙ方向に電磁波１０７を伝播させる導波路構造１０６が形成される。１０８は電磁波発生源である。ＬＳＩも電磁波発生源１０８の一例として含まれる。導体パッチ１０３は、周期配置ビア１０４によって導体板１０２に周期的に接続されており、且つ２つの導体板１０１と１０２に挟まれている。図２６、図２７の構造を用いることにより、導体板１０１と１０２との間（０＜ｚ＜ｈ＋ｐ）をｘｙ平面の任意の方向に伝播するはずの電磁波１０７は、特定の周波数帯域において、導体パッチ１０３がある領域を伝播することがほとんどできない。【０００５】
何故なら、導体板１０１と導体パッチ１０３との間の容量Ｃｐａｔｃｈと、導体パッチ１０３の直下のビアのインダクタンスＬｖｉａの直列共振周波数２π／（Ｌｖｉａ×Ｃｐａｔｃｈ）1/2で見積もられる周波数帯域で、周期的に配置された導体パッチ１０３毎に共振現象が生じるため、導体板１０１と導体板１０２との間を電磁波１０７が伝播することが困難になるからである。したがって、図２６、図２７に示したＥＢＣ構造を電源グランドプレーン間等に適用することにより、特定の周波数帯域における電源ノイズを抑制可能な実装回路設計が可能となる。【０００６】
また、特表２００７−５２２７３５号公報には、導体間の誘電体の誘電率を調整可能な装置の構成が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、文献「O.Ramahi，S.Shahparnia and B.Mohajer-Irvani，“TOWARDS NEW PARADIGMS IN NOISE MITIGATION IN AND FROM PRINTED CIRCUIT BOARDS USING METALLO-DIELECTRIC ELECTROMAGNETIC BAND GAP STRUCTURES”, EMC Europe 2004 (6th International Symposium on EMC), September 6-10 2004，ISBN:90-6144-990-1，p.372-377」に開示されたマッシュルーム型ＥＢＧ構造を導波路の内部に用いることにより、特定の周波数帯域における帯域阻止フィルターを実現することができる。例えばマッシュルーム型ＥＢＧ構造をプリント回路基板の電源グランドプレーン対へ応用することにより、電源系のスイッチングノイズや信号ビアから漏れる電磁ノイズを遮断可能な実装回路構造を実現することができる。しかしながら、上記マッシュルーム型ＥＢＧ構造では、特定の単一の周波数帯域の電磁波の伝搬を阻止することしかできず、様々な周波数帯域について電磁波の伝搬を阻止することはできないという問題点があった。【０００８】
また、特表２００７−５２２７３５号公報によれば、導体間の誘電体の誘電率を調整可能なので、装置の電気的特性を制御することが可能である。ただし、特表２００７−５２２７３５号公報に記載された装置の構造は、アンテナに関するものであって、フィルターにおいて上記の問題点を解決するものではなかった。【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、様々な周波数帯域について電磁波の伝搬を阻止することができるフィルター、プリント回路基板およびノイズ抑制方法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】
【００１０】
本発明のフィルターは、信号が伝搬する空間の少なくとも上下方向に導体が配置され、信号伝搬方向の少なくとも一箇所以上の箇所において対向する導体間に信号が供給され、信号伝搬方向の他の一箇所以上の箇所において対向する導体間から信号が出力される導波路と、この導波路上に周期的に配置された１つ以上のユニットセルとを有し、各ユニットセルは、１枚の板状の導体パッチまたは互いに平行に配置された２枚以上の板状の導体パッチと、前記１枚の導体パッチと接続されるか、または前記２枚以上の導体パッチのうち少なくとも１枚以上の導体パッチと接続された１本以上の導体ポストとからなり、各ユニットセルから突出した前記導体ポストは、前記導波路の少なくとも１つの導体と接続され且つ前記導波路の他の導体と絶縁されることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のプリント回路基板は、上記のフィルターを有することを特徴とするものである。【００１２】
また、本発明は、信号が伝搬する空間の少なくとも上下方向に導体が配置され、信号伝搬方向の少なくとも一箇所以上の箇所において対向する導体間に信号が供給され、信号伝搬方向の他の一箇所以上の箇所において対向する導体間から信号が出力される導波路を用いたノイズ抑制方法において、１枚の板状の導体パッチまたは互いに平行に配置された２枚以上の板状の導体パッチと、前記１枚の導体パッチと接続されるか、または前記２枚以上の導体パッチのうち少なくとも１枚以上の導体パッチと接続された１本以上の導体ポストとからなるユニットセルを、前記導波路上に周期的に配置し、各ユニットセルから突出した前記導体ポストは、前記導波路の少なくとも１つの導体と接続され且つ前記導波路の他の導体と絶縁されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導波路上に１つ以上のユニットセルを周期的に配置し、各ユニットセルを、互いに平行に配置された１枚以上の板状の導体パッチと、少なくとも１枚以上の導体パッチと接続された１本以上の導体ポストとから構成し、各ユニットセルから突出した導体ポストを、導波路の少なくとも１つの導体と接続し且つ他の導体と絶縁することにより、広帯域かつ様々な遮断周波数帯域を有するフィルターを実現することができる。本発明のフィルターの遮断周波数帯域は、導体パッチや導体ポストの組み合わせ、各ユニットセルの導体パッチ間の空間の比誘電率や比透磁率、導体パッチと導波路の導体間の空間の比誘電率や比透磁率、導波路内部の空間の比誘電率や比透磁率によって適宜設定することが可能である。したがって、本発明では、実装の制約条件により複数の組み合わせから適当な構造を選択することが可能となり、フィルターの実装設計の幅を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例に係る導波路においてユニットセルを搭載していない状態における斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した導波路と図１に示したユニットセルの位置関係および接続関係を表す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例においてユニットセルを周期的に複数搭載したフィルターの平面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施例においてユニットセルを周期的に複数搭載したフィルターの断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施例に係る導波路においてユニットセルを搭載していない状態における斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した導波路と図１１に示したユニットセルの位置関係および接続関係を表す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施例においてユニットセルを周期的に複数搭載したフィルターの平面図である。
【図１５】図１５は、図１４のフィルターに対する給電部と負荷の接続を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施例に係るフィルターの入出力間結合率特性を示す図である。
【図１７Ａ−１７Ｃ】図１７Ａ−図１７Ｃは、本発明の第３実施例に係るユニットセルの平面図である。
【図１７Ｄ−１７Ｆ】図１７Ｄ−図１７Ｆは、本発明の第３実施例に係るユニットセルと平行平板導波路との接続関係を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３実施例に係るフィルターの入出力間結合率特性を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第４実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、平行平板導波路と図１９に示したユニットセルの位置関係および接続関係を表す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の第４実施例に係るフィルターの入出力間結合率特性を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第５実施例に係るフィルターの断面図である。
【図２３】図２３は、図１４と図２２のフィルターの入出力間結合率特性を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の第６実施例において導波路と直流電圧源との接続を説明するための図である。
【図２５】図２５は、本発明の第７実施例においてプリント回路基板にフィルターを搭載した構成を示す断面図である。
【図２６】図２６は、平行平板導波路に適用したマッシュルーム型ＥＢＧ構造をｘｚ平面で切断したときの断面図である。
【図２７】図２７は、平行平板導波路に適用したマッシュルーム型ＥＢＧ構造をｘｙ平面で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。３０９はユニットセル全体を表している。ユニットセル３０９は、Ｎ層（Ｎは１以上の自然数）の導体パッチ３０１〜３０４をＭ個（Ｍは１以上の自然数）の導体ポスト３０５〜３０７が垂直に貫通した構造となっている。３０１，３０２，３０３，３０４は、それぞれ第一導体パッチ、第二導体パッチ、第三導体パッチ、第Ｎ導体パッチを表している。３０５，３０６，３０７は、それぞれ第一導体ポスト、第二導体ポスト、第Ｍ導体ポストを表している。【００１６】
図１における３１０は座標系である。本実施例では、各導体パッチ３０１〜３０４は、ｘｙ平面に平行であるとする。なお、本実施例では、Ｎを４以上、Ｍを３以上としているが、Ｎは４より小さい数でもよく、Ｍは３より小さい数でもよい。【００１７】
３０８は導体パッチ３０１〜３０４と導体ポスト３０５〜３０７との接続部である。図１では、接続部３０８を１箇所のみ示しているが、当然、ユニットセル３０９内には複数の接続部３０８が存在する。なお、各導体ポスト３０５〜３０７は、導体パッチ３０１〜３０４と電気的に直接接続されている場合もあれば、導体パッチ３０１〜３０４に設けられた図示しないクリアランスホールによって導体パッチ３０１〜３０４と絶縁されている場合もある。【００１８】
図２は、本発明の第１実施例に係る導波路においてユニットセルを搭載していない状態における斜視図である。４０５はユニットセルを搭載していない導波路の全体を表している。導波路４０５の進行方向はｙ方向としてある。導波路４０５の断面寸法は、ｚ方向の厚みがｈ、ｘ方向の幅がｗとなっている。【００１９】
４０１は導波路４０５の上面に配置された、ｘｙ平面と平行な導体壁である導体板、４０２は導波路４０５の下面に配置された、ｘｙ平面と平行な導体壁である導体板である。したがって、導体板４０１と４０２は対向して配置されている。４０３は図２において手前側に配置された、ｙｚ平面と平行な導波路壁面、４０４は図２にいて奥側に配置された、ｙｚ平面と平行な導波路壁面である。【００２０】
導波路４０５が平行平板型導波路の場合、導波路壁面４０３，４０４は開放壁である。一方、導波路４０５が矩形導波路の場合、導波路壁面４０３，４０４は対向する導体壁である。さらに、平行平板導体の対向する導体間を、１つ以上の導体ポストで導通した場合も導波路構造が形成される。プリント回路基板内で広く用いられるマイクロストリップ線路構造やストリップ線路構造も当然、導波路構造と見なすことができる。【００２１】
図３は、図２に示した導波路４０５と図１に示したユニットセル３０９の位置関係および接続関係を表す断面図である。図３は、より具体的には、図２の導波路４０５の導体板４０１と４０２に、ユニットセル３０９から突き出した導体ポスト３０５〜３０７を接続した構造を、導波路の側面方向、すなわちｘ方向から眺めた図である。【００２２】
ユニットセル３０９から突き出した導体ポスト３０５〜３０７は、接続部５０１において導体板４０１と電気的に接続されている。図３では、接続部５０１を１箇所のみ示しているが、当然、１つのユニットセル３０９あたり、複数の接続部５０１が存在する。各導体ポスト３０５〜３０７は、接続部５０１において導体板４０１と電気的に接続されている場合もあれば、導体板４０１に設けられた図示しないクリアランスホールによって導体板４０１と絶縁されている場合もある。【００２３】
同様に、ユニットセル３０９から突き出した導体ポスト３０５〜３０７は、接続部５０２において導体板４０２と電気的に接続されている。図３では、接続部５０２を１箇所のみ示しているが、当然、１つのユニットセル３０９あたり、複数の接続部５０２が存在する。各導体ポスト３０５〜３０７は、接続部５０２において導体板４０２と電気的に接続されている場合もあれば、導体板４０２に設けられた図示しないクリアランスホールによって導体板４０２と絶縁されている場合もある。【００２４】
図４は本実施例においてユニットセル３０９を周期的に複数搭載したフィルターの平面図、図５は図４のフィルターの断面図である。図４はフィルターを上から眺めた図であり、図５は図４のフィルターをｙｚ平面で切断したときの断面図である。図４において、各ユニットセル３０９は、ｘ方向に幅ｃ、ｙ方向に長さａの寸法を有している。各ユニットセル３０９間のｘ方向の間隔はｄ、ｙ方向の間隔はｂである。つまり、ユニットセル３０９は、ｘ方向の周期が（ｃ＋ｄ）でｙ方向の周期が（ａ＋ｂ）となるように周期的に配置されている。そして、各ユニットセル３０９は、図３で説明した接続関係を満たすように導波路４０５に接続されている。【００２５】
図６、図７、図８はそれぞれ本実施例に係るフィルターの別の構造例を示す断面図である。図６の例は、各ユニットセル３０９の導体パッチの一部（図６の例では導体パッチ３０４）を、導波路４０５の内部、すなわち導体板４０１と４０２との間に配置したものである。図７の例では、一部のユニットセル３０９が導波路４０５を下側から貫通するように配置されている。【００２６】
また、図１、図３〜図７の例では、各ユニットセル３０９の導体パッチ３０１〜３０４が同一の形状をしていて、導体ポスト３０５〜３０７の長さも全て同一になっていた。これに対して、図８に示すように、各ユニットセル３０９の導体パッチ３０１〜３０４が異なる形状をしていてもよいし、導体ポスト３０５〜３０７が異なる長さになっていてもよい。【００２７】
以上から明らかなように、必ずしも全ての導体ポストが導波路４０５を貫通する必要はない。さらに、各導体パッチ３０１〜３０４間の空間、および導波路４０５内部の空間を、特定の比誘電率と比透磁率を有する材料で満たすようにしてもよい。例えば本実施例のフィルターをプリント回路基板に実装する場合、ＦＲ（flame retardant）−４等の比誘電率４．３程度の媒質で導体以外の空間が占められることになる。【００２８】
さらに、図９に示すように、各ユニットセル３０９の導体パッチ３０１〜３０４間の空間の層２５０１、導体パッチ３０１〜３０４と導体板４０１，４０２間の空間の層２５０２、および導波路４０５内部の空間の層２５０３を、層毎に比誘電率が異なる材料もしくは層毎に比透磁率が異なる材料で満たすようにしてもよい。さらに、図１０に示すように、複数のユニットセル３０９を、導波路４０５を上側と下側から貫通するように配置してもよい。【００２９】
以上のように、本実施例によれば、広帯域かつ様々な遮断周波数帯域を有するフィルターを実現することができる。フィルターの遮断周波数帯域は、導体パッチ３０１〜３０４や導体ポスト３０５〜３０７の組み合わせ、各ユニットセル３０９の導体パッチ３０１〜３０４間の空間の比誘電率や比透磁率、導体パッチ３０１〜３０４と導体板４０１，４０２間の空間の比誘電率や比透磁率、導波路４０５内部の空間の比誘電率や比透磁率によって適宜設定することが可能である。したがって、本実施例では、実装の制約条件により複数の組み合わせから適当な構造を選択することが可能となり、フィルターの実装設計の幅を広げることができる。【００３０】
［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例に係るフィルターを、図面および計算例を参照して説明する。なお、本実施例は、２つの遮断周波数帯域を有するバンドストップフィルターを具現化する例を示すものである。図１１は、本発明の第２実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。【００３１】
ユニットセル１１０９は、幅がＬ１で長さがＬ２の二枚の矩形の導体パッチ３０１，３０２に対して、長さがｈ１の導体ポスト３０５と長さがｈ２の導体ポスト３０６が接続された構造となっている。なお、導体ポスト３０５は、導体パッチ３０２の４隅の一点１１０１において導体パッチ３０２と電気的に接続されており、且つ導体パッチ３０２に対して垂直にｚ方向に沿って突き出ている。導体ポスト３０６は、導体パッチ３０１の中央点１１０２において導体パッチ３０１と電気的に接続されており、且つ導体パッチ３０２の中央点１１０３に設けられたクリアランスホールによって導体パッチ３０２と絶縁されている。【００３２】
図１２は、本発明の第２実施例に係る導波路においてユニットセルを搭載していない状態における斜視図である。導波路１２０１は、ｘ方向の幅がｗｘ、ｙ方向の長さがｗｙである２つの導体４０１，４０２が距離ｈ離れて対向して配置される平行平板型導波路構造となっている。ｙｚ平面と平行な導波路壁１２０３，１２０４、およびｘｚ平面と平行な導波路壁１２０５，１２０６は開放壁となっている。【００３３】
図１３は、図１２に示した導波路１２０１と図１１に示したユニットセル１１０９の位置関係および接続関係を表す断面図である。図１３は、より具体的には、図１２の導波路１２０１の導体板４０１と４０２に、ユニットセル１１０９から突き出した導体ポスト３０５，３０６を接続した構造を、導波路の側面方向、すなわちｘ方向から眺めた図である。【００３４】
ユニットセル１１０９から突き出した導体ポスト３０５は、接続部１３０１において導体板４０１と電気的に接続されている。ユニットセル１１０９から突き出した導体ポスト３０６は、接続部１３０３において導体板４０２と電気的に接続されている。また、導体ポスト３０６は、導体板４０１の点１３０２に設けられたクリアランスホールによって導体板４０１と絶縁されている。つまり、導体ポスト３０６は、導波路１２０１から遠い側にある導体パッチ３０１と接続され、導波路１２０１に近い側にある導体パッチ３０２と絶縁され、この導体パッチ３０２に面した側の導波路１２０１の導体板４０１と絶縁され、導体パッチ３０２に面していない側の導体板４０２と接続されている。また、導体ポスト３０５は、導体パッチ３０１と絶縁され、導体パッチ３０２と接続され、この導体パッチ３０２に面した側の導波路１２０１の導体板４０１と接続され、導体パッチ３０２に面していない側の導体板４０２と絶縁されている。【００３５】
以上の接続関係にあるユニットセル１１０９を、図４、図５の例と同様に導波路上に周期的に配置することにより、接近した２つの遮断周波数帯域を有するバンドストップフィルターを実現することができる。以下に、このフィルターの特性の計算例を、図面を参照にして示す。【００３６】
図１４は、本実施例においてユニットセル１１０９を周期的に複数搭載したフィルターの平面図である。図１４では左下を原点Ｏとしている。図１４の例では、ｘ方向の幅が１００ｍｍ、ｙ方向の長さが７０ｍｍの導波路１２０１に対して、一辺が５ｍｍの正方形導体パッチ用いたユニットセル１１０９を、ｘ方向およびｙ方向共に１０ｍｍの周期で配置している。各ユニットセル１１０９は、図１３で説明した接続関係を満たすように導波路１２０１に接続されている。図１４において、１４０１は導波路の入力ポート、１４０２は導波路の出力ポートである。【００３７】
ユニットセル１１０９および導波路１２０１の物理パラメータとして、導体ポスト３０５の長さｈ１を０．２ｍｍ、導体ポスト３０６の長さｈ２を１．４ｍｍ、導波路１２０１のｚ方向の厚みｈを１．０ｍｍとする。さらに、各導体パッチ３０１，３０２間の空間、導体パッチ３０１，３０２と導体板４０１，４０２間の空間、および導波路１２０１内部の空間は、比誘電率が４．０５、比透磁率が１．０、誘電正接ｔａｎδが０．０２５の媒質で満たされているとする。【００３８】
図１５に示すように、導波路の入力ポート１４０１において導体板４０１と４０２の間に給電部である電流源１５０１を接続していることを想定し、導波路の出力ポート１４０２において導体板４０１と４０２の間に負荷となる５０Ωの抵抗１５０２を接続していることを想定して、図１４のフィルターの伝搬特性を多層導体の等価回路解析手法を用いて解析し、計算結果として入出力間の結合率（Ｓ２１）を得た。なお、電流源１５０１は５０Ωの内部抵抗を含む。また、多層導体の等価回路解析手法は、例えば文献「小林他，“Analysis of multilayered power distribution systems using SPICE”，ＥＭＣＪ，２００５年１０月」に記載されている。【００３９】
等価回路解析手法を用いて計算した、図１４のフィルターの入出力間結合率特性を図１６に示す。図１６によれば、図１４のフィルターの伝搬特性は、２ＧＨｚ近辺と６ＧＨｚ近辺で結合率が著しく低下していることが分かる。したがって、本実施例の導波路構造は、複数の遮断周波数帯域を有するバンドストップフィルターとして有効であることが分かる。【００４０】
［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例に係るフィルターを、図面および計算例を参照して説明する。図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃはそれぞれユニットセル１７０１，１７０２，１７０３の平面図、図１７Ｄ、図１７Ｅ、図１７Ｆはそれぞれユニットセル１７０１，１７０２，１７０３と平行平板導波路との接続関係を示す断面図である。第１実施例、第２実施例と同様に、平行平板導波路は導体板４０１，４０２を有する。【００４１】
図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃに示すように、ユニットセル１７０１，１７０２，１７０３に使用される導体パッチ３０１は、いずれも一辺が５ｍｍの正方形である。ユニットセル１７０１，１７０２，１７０３と平行平板導波路との間の距離は０．２ｍｍである。平行平板導波路の厚みは１ｍｍである。【００４２】
ユニットセル１７０１では、導体パッチ３０１の中心点に１つの導体ポスト３０５が接続されている。ユニットセル１７０２では、導体パッチ３０１の２辺のそれぞれの中点近傍に導体ポスト３０５，３０６が接続されている。ユニットセル１７０３では、導体パッチ３０１の４隅に導体ポスト３０５〜３０７，３１１が接続されている。導体ポスト３０５〜３０７，３１１は、いずれも導体パッチ３０１に面した側の平行平板導波路の導体板４０１とは接続されておらず、導体パッチ３０１に面していない側の導体板４０２と接続されている。【００４３】
以上の接続関係にあるユニットセル１７０１，１７０２，１７０３を、図４、図５の例と同様に導波路上に周期的に配置する。ユニットセル１７０１，１７０２，１７０３を周期的に配置したフィルターの入出力間結合率特性を上述の等価回路解析手法を用いて計算した結果を図１８に示す。図１８において、Ｓ１７０１はユニットセル１７０１を周期的に配置したフィルターの特性、Ｓ１７０２はユニットセル１７０２を周期的に配置したフィルターの特性、Ｓ１７０３はユニットセル１７０３を周期的に配置したフィルターの特性である。【００４４】
図１８によれば、いずれのユニットセル１７０１，１７０２，１７０３を用いても、導波路はバンドストップフィルターとして機能することが分かる。ただし、ビア（導体ポスト）の配置により周波数特性が変化する。導体ポスト３０５を導体パッチ３０１の中央に１本配置したユニットセル１７０１の場合よりも、導体パッチ３０１の２辺に導体ポスト３０５，３０６を１本ずつ配置したユニットセル１７０２の場合の方が、より高い周波数側に遮断周波数帯域が生じることが分かる。【００４５】
さらに、ユニットセル１７０１，１７０２の場合よりも、導体パッチ３０１の４隅に導体ポスト３０５〜３０７，３１１を配置したユニットセル１７０３の場合の方が、遮断周波数帯域が高周波側にシフトし、尚且つ遮断周波数帯域が広くなることが分かる。【００４６】
［第４実施例］
次に、本発明の第４実施例に係るフィルターを、図面および計算例を参照して説明する。図１９は、本発明の第４実施例に係るユニットセルの構造を示す斜視図である。ユニットセル１９０９は、二枚の矩形の導体パッチ３０１，３０２に対して導体ポスト３０５が接続された構造となっている。導体ポスト３０５は、接続部１９０４において導体パッチ３０１と電気的に接続され、また接続部１９０５において導体パッチ３０２と電気的に接続されている。【００４７】
図２０は、平行平板導波路２００９と図１９に示したユニットセル１９０９の位置関係および接続関係を表す断面図である。他の実施例と同様に、平行平板導波路２００９は、導体板４０１，４０２を有する。図２０の例では、ユニットセル１９０９の導体パッチ３０２が、平行平板導波路２００９の内部、すなわち導体板４０１と４０２との間に配置されている。【００４８】
ユニットセル１９０９から突き出した導体ポスト３０５は、接続部２００４において導体板４０２と電気的に接続されている。また、導体ポスト３０５は、導体板４０１の点２００３に設けられたクリアランスホールによって導体板４０１と絶縁されている。つまり、導体ポスト３０５は、導体パッチ３０１に面した側の平行平板導波路２００９の導体板４０１と絶縁され、導体パッチ３０１に面していない側の導体板４０２と接続されている。【００４９】
以上の接続関係にあるユニットセル１９０９を、図４、図５の例と同様に導波路上に周期的に配置する。ユニットセル１９０９を周期的に配置したフィルターの入出力間結合率特性を有限要素法を用いて計算した結果を図２１に示す。ここでは、導体パッチ３０１，３０２が一辺が９ｍｍの正方形で、平行平板導波路２００９の厚みｈが０．４６ｍｍ、導体ポスト３０５の長さｈ２が０．５２ｍｍ、導体板４０１と導体パッチ３０２の間隔が０．０６ｍｍであり、導体パッチ３０１と導体板４０１間の空間および平行平板導波路２００９の内部の空間が比誘電率４．１８８、誘電正接０．０２の誘電体材料で満たされているとする。図２１によれば、本実施例の導波路構造がバンドストップフィルターとして機能していることが分かる。【００５０】
［第５実施例］
次に、本発明の第５実施例に係るフィルターを、図面および計算例を参照して説明する。本実施例においては、ユニットセルおよび導波路、導体ポストと導波路との接続関係は、図１１〜図１４で示したとおりであるが、対向する導体パッチ間の材料定数を図１１〜図１４とは異なる値とする。【００５１】
図２２は本発明の第５実施例に係るフィルターの断面図である。本実施例では、導体パッチ３０１と３０２間の空間を２２０１、導体パッチ３０２と導体板４０１間の空間を２２０２、導体板４０１と４０２間の空間を２２０３とする。ここで、空間２２０１のみ比誘電率を１０とし、空間２２０２，２２０３の比誘電率を４．０５とした場合のフィルターと、空間２２０２のみ比誘電率を１０とし、空間２２０１，２２０３の比誘電率を４．０５とした場合のフィルターの２種類が存在するものとする。これらのフィルターを、図１４のフィルター、すなわち導体以外の全ての層が比誘電率の４．０５の材料で満たされているフィルターと比較する。【００５２】
フィルターの入出力間結合率特性を上述の等価回路解析手法を用いて計算した結果を図２３に示す。図２３において、Ｓ１４１０は図１４のフィルターの特性、Ｓ２２０４は空間２２０１のみ比誘電率を１０とし、空間２２０２，２２０３の比誘電率を４．０５としたフィルターの特性、Ｓ２２０５は空間２２０２のみ比誘電率を１０とし、空間２２０１，２２０３の比誘電率を４．０５としたフィルターの特性である。【００５３】
図２３によれば、空間２２０１のみ比誘電率を１０とした場合、２つの遮断周波数帯域が図１４のフィルターの場合よりも低周波側にシフトしていることが分かる。空間２２０２のみ比誘電率を１０とした場合にも、同様に２つの遮断周波数帯域が図１４のフィルターの場合よりも低周波側にシフトしているが、同時に高周波側の遮断周波数帯域が広くなっていることも分かる。【００５４】
なお、本実施例では、図１１〜図１４の構造を用いて、特定の層の比誘電率がその他の層の比誘電率と異なる場合を示したが、このような比誘電率の設定を上記の第３実施例、第４実施例に適用してもよいことは言うまでもない。例えば第３実施例の図１７の構成に適用する場合は、導体パッチ３０１と導体板４０１間の層の比誘電率を、導体板４０１と４０２間の層の比誘電率と異なる値にすればよい。例えば導体パッチ３０１と導体板４０１間の層の比誘電率を１０、導体板４０１と４０２間の層の比誘電率を４．０５とした場合、フィルターの遮断周波数帯域は図１８の計算結果よりも低周波側にシフトする。【００５５】
［第６実施例］
次に、本発明の第６実施例に係るフィルターを図面を参照して説明する。本実施例においては、第５実施例と同様に、導体パッチや導波路の導体板によって挟まれた各層を異なる材料で満たすと同時に、これらの各層を満たす材料として、電気的に絶縁された導体間の空間の材料定数、すなわち比誘電率や比透磁率が直流電圧値に依存する材料を用いる。以上の構造とすることにより、本実施例では、導体間に印加する直流電圧により、遮断周波数帯域を変化させることが可能なアクティブフィルターを実現することができる。【００５６】
図２４は、図２２に示したフィルターに対して、直流電圧源２４０１を接続した状態を示す図である。直流電圧源２４０１は、導体板４０１と４０２との間に直流電圧を印加する。導体板４０１と４０２は、電気的に絶縁されていることは言うまでもない。ここで、導体パッチ３０１と３０２は電気的に絶縁されているため、導体パッチ３０１と３０２間の空間２２０１を満たす材料として、比誘電率が直流電圧源２４０１から印加される電圧値に依存する材料を使用し、印加する電圧を直流電圧源２４０１で制御することにより、図２３に示した遮断周波数帯域を制御することができる。【００５７】
なお、本実施例では、図２２の構造を用いて、特定の層の比誘電率を直流電圧源２４０１により制御する例を示したが、このような比誘電率の制御を第３実施例、第４実施例に適用してもよいことは言うまでもない。第３実施例の図１７の構成に適用する場合は、導体パッチ３０１と導体板４０１間の空間を満たす材料として、比誘電率が直流電圧に依存する材料を使用し、導体板４０１と４０２との間に直流電圧を印加すればよい。【００５８】
［第７実施例］
図２５は、プリント回路基板に第１実施例〜第６実施例で説明したフィルターを搭載した構成を示す断面図である。図２５の例では、第１実施例〜第６実施例で説明したフィルターを、プリント回路基板内のマイクロストリップ線路型導波路、および電源グランドプレーン対として用いられる平行平板型導波路上に実現している。【００５９】
図２５において、２７０１はＬＳＩドライバー、２７０２はＬＳＩレシーバー、２７０３はマイクロストリップ、２７０４はグランドプレーン、２７０５は電源プレーン、２７０６はプリント回路基板用の誘電体材料である。本実施例では、マイクロストリップ線路上を伝わる信号の特定の周波数成分を除去するためにユニットセル２７０７を周期的に配置し、さらに電源グランドプレーン対間を伝わる電源ノイズの特定の周波数成分を除去するためにユニットセル２７０８を周期的に配置している。【００６０】
以上、上記実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施例だけに限定されるものではない。本発明の構成や詳細は、上記実施例を適宜組み合わせて用いてもよく、さらに本発明の請求の範囲内において、適宜変更することもできる。
この出願は、２００８年５月２７日に出願された日本出願特願２００８−１３７８６５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の内容を全てここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、導波路構造を用いたフィルターに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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