(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数より低い周波数の電磁波の通過を阻止する電磁波フィルタ装置において、上記電磁波フィルタ装置は、
接地導体と、
上記接地導体に設けられた第１の開口と、
両端で上記接地導体にそれぞれ接続され、上記第１の開口を複数の第２の開口に分割する複数のストリップ導体と、
上記ストリップ導体のそれぞれに所定間隔で設けられた複数の帯域阻止フィルタとを備え、
上記各帯域阻止フィルタは、上記所定周波数において１／４実効波長に相当する長さを有する開放スタブ導体であり、上記各帯域阻止フィルタに電流が流れることにより、上記各帯域阻止フィルタは、上記電磁波フィルタ装置を通過する上記所定周波数の電磁波に起因して上記所定周波数の電流が上記各ストリップ導体を流れることを阻止することを特徴とする電磁波フィルタ装置。
【請求項２】
上記各開放スタブ導体は、Ｔ字形状又はＹ字形状を有することを特徴とする請求項１記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項３】
上記各開放スタブ導体は、上記ストリップ導体に接続された第１の導体部分と、上記第１の導体部分の先端から分岐した第２及び第３の導体部分とを備え、上記第２及び第３の導体部分は互いに等しい線幅及び長さを有することを特徴とする請求項２記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項４】
上記各開放スタブ導体において、上記第２及び第３の導体部分は、上記第１の導体部分を含む所定の平面に対して鏡面対称に構成されることを特徴とする請求項３記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項５】
上記開放スタブ導体のそれぞれは、上記開放スタブ導体が上記ストリップ導体に接続された位置において上記ストリップ導体の長手方向に直交する平面に対して鏡面対称に構成されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項６】
上記ストリップ導体のそれぞれにおいて、上記複数の開放スタブ導体は、上記ストリップ導体の長手方向に沿って、互いに逆向きの第１の方向及び第２の方向に向かって交互に接続されることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項７】
上記複数のストリップ導体のうちの少なくとも一部は互いに平行に設けられ、
上記平行なストリップ導体のうちの隣接する任意の２つのストリップ導体において、ストリップ導体間で近接した各一対の開放スタブ導体のうち、一方の開放スタブ導体は上記第１の方向に向かって接続され、他方の開放スタブ導体は上記第２の方向に向かって接続されることを特徴とする請求項６記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項８】
上記各開放スタブ導体の導体部分のうちの少なくとも一部は、上記電磁波フィルタ装置を通過する電磁波の進行方向に平行に設けられることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項９】
上記ストリップ導体のそれぞれにおいて、上記複数の帯域阻止フィルタは、Ｎを整数とするとき、上記所定周波数においてＮ／２波長に相当する長さとは異なる間隔で設けられることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項１０】
上記複数のストリップ導体は、
上記第１の開口を含む所定の面内において、第３の方向に平行に設けられた複数の第１のストリップ導体と、
上記面内において、上記第３の方向に交差する第４の方向に平行に設けられた複数の第２のストリップ導体とを含むことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項１１】
上記複数の第１のストリップ導体は両面プリント配線基板の第１の面に形成され、
上記複数の第２のストリップ導体は上記両面プリント配線基板の第２の面に形成され、
上記複数の第１のストリップ導体の少なくとも一部と、上記複数の第２のストリップ導体の少なくとも一部とは、ビア導体を介して互いに接続されることを特徴とする請求項１０記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項１２】
上記複数のストリップ導体及び上記複数の帯域阻止フィルタは、１つ以上の導体層を含むプリント配線基板において、上記導体層のうちの１つ以上にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の電磁波フィルタ装置を備えたことを特徴とするレドーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などのアナログ高周波信号もしくはデジタル信号を送受信するアンテナ装置を電子機器に搭載する際に必要となる電磁波フィルタ装置に関する。本発明は、例えば動画伝送用の無線通信機能を有する電子機器において、特に無線通信機能によって用いる所定周波数の放射パターンを劣化させることなく、電子機器内部から発生するノイズの外部空間への不要な輻射を抑圧する機能を有する電磁波フィルタ装置、又はそのような電磁波フィルタ装置を備えたレドームに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動画伝送の無線化技術が広く検討されており、６０ＧＨｚ帯のミリ波信号を利用した規格が実用化されつつある。微細化プロセスを適用したＣＭＯＳ技術によって、６０ＧＨｚ帯の能動回路が１チップで実現されてきているものの、回路内のトランジスタの駆動電圧が低いので回路の高出力化は困難である。また、６０ＧＨｚ帯の電磁波は回折伝搬が期待できず、送信機器と受信機器との間に見通しを確保する必要がある。無線動画伝送を屋内で行う際には、ユーザが通信経路を頻繁に遮蔽する可能性が想定されるので、壁や天井や床の反射を利用して遮蔽を回避しながら見通しを確保するためのビームステアリング技術の適用が検討されている。前述のＣＭＯＳ素子の出力特性が低いという課題は、多数のアンテナ素子の電力を空間的に合成するアレイアンテナ技術により克服されるが、波長が短くなるミリ波帯ではマイクロ波帯と比較して伝搬損失が深刻となるので、アンテナ利得を極めて高い値に維持しながら指向性を変化させる必要がある。すなわち、６０ＧＨｚ帯の動画伝送モジュールは、任意の機器に搭載された後も、任意の通信方向に対して設計利得を維持する必要がある。
【０００３】
一方、電子機器は、周辺機器への悪影響を避けるために、不要に輻射する電磁波成分を一定レベル以下に抑圧するように規制されており、このため、機器内部から不要な電磁波が漏洩しないよう機器の筐体をシールド構造にすることが一般的である。そのため、無線通信インターフェイスを電子機器筐体に内装した場合、従来では、送受信アンテナを機器の外部に実装するか、不要電磁輻射が規制に合格できる程度に収まるように、アンテナを内装している部分のシールド構造を切り欠いている。
【０００４】
特許文献１は、所定周波数の電波のみを通過させて外来ノイズ電波による影響を抑制した電波レーダ装置に関するものである。特許文献１にて開示されたレーダ装置によれば、レーダ本体を被覆する導体からなるシールド構造を備え、シールド構造は、少なくともアンテナに対向する部分に形成された周波数選択用のスクリーン部を有し、スクリーン部は、スクリーン部の外縁に両端が短絡された追加導体によって複数の開口部に分割されることにより、所定周波数ｆｐよりも低い周波数ｆＬのノイズ電磁波を遮断するとともに、各開口部の共振周波数を所定周波数ｆｐに設定することによって、所定周波数ｆｐの電磁波を透過させることが可能であるとしている。
【０００５】
特許文献２は、特定の電磁波のみを通過させ、他の電磁波を遮断する電磁波遮断構造体に関するものである。特許文献２の電磁波遮断構造体においては、複数の開口を設けた導電層が開示されている。開口の長さを調整することにより、所定周波数の電磁波のみを通過させることが可能であり、導電層による遮蔽と合わせて、特許文献１の発明と同様の効果をあげる。開口の幅ｗは小さいほど良く、その許容範囲は開口の長さｌの約５％以下としている。「開口の幅ｗが大きくなりすぎると、開口のスロットアンテナとしての特性が悪化する」との記載があり、各開口部はスロットアンテナとして機能させていることが分かる。水平偏波と垂直偏波の両偏波に対応できるとされる構成も開示されているが、基本的な原理は特許文献１の発明と同様である。
【０００６】
特許文献３は、特定の周波数帯域では電波を透過し、それ以外の帯域では高い遮蔽特性を示すシールド構造に関するものである。特許文献３の発明においても、特許文献１及び２の発明と同様の構成で、スクリーン部を分割した複数の開口が、所定周波数に対してスロットアンテナとして機能するよう調整し、共振させた開口を介して所定周波数の電磁波の通過を実現している。特許文献１及び２の構成との差異として、特許文献３の発明においては、所定周波数ｆｐより高い周波数ｆＨにおいて、開口が有する２つの対向する外縁部間を短絡するバンドパスフィルタが追加されており、所定周波数ｆｐの電磁波の通過を許容し、所定周波数より低い周波数ｆＬの電磁波の通過を遮断するだけでなく、高い周波数ｆＨの電磁波の通過をも遮断することができた、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４８８３５号公報。
【特許文献２】特開２００２−３３５９２号公報。
【特許文献３】特開２００４−２９７７６３号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の電磁波フィルタ装置においては、電磁波フィルタ装置によって遮蔽された（例えばレドーム又はシールド構造内に格納された）アンテナ装置の放射特性が、遮蔽前の特性と比較して変化してしまうという課題があった。例えば、特許文献１においては、スクリーン部の追加導体の形状を最適化することによって所定周波数ｆｐの電磁波の通過係数を最大化できるとしているが、主ビーム方向以外の放射角も含む放射特性を維持するように最適化する手法について詳細な記載はない。
【０００９】
特許文献２においても、「所定の周波数の電磁波を発射するためのエネルギ効率を向上することができる」という記載があるが、電磁波フィルタ装置による遮蔽の前後で所定周波数ｆｐにおけるアンテナ放射特性を維持することについての記載はない。むしろ、各開口がスロットアンテナとして機能することが明示されており、これによれば、原理的に、電磁波フィルタ装置による遮蔽の前後でアンテナ放射特性が変化することが暗示されている。
【００１０】
特許文献３においても、スクリーン部を通過する所定周波数ｆｐでの電磁波の放射特性の変化を抑圧する方法は、特許文献１と同様に開示されていない。特許文献３において「開口部は、周の長さによって透過し得る周波数を持つ電磁波のスロットアンテナとして機能する」と記載されている通り、開口部は所定周波数ｆｐの電磁波が透過し得ることを保証するが、電磁波フィルタ装置による遮蔽後でも放射特性が維持されることについては保証していない。
【００１１】
以上をまとめると、従来技術のいずれを用いても、以下の２つの目的を同時に達成することが困難であった。すなわち、第１の目的は、電磁波フィルタ装置により遮蔽する前後で所定周波数ｆｐにおけるアンテナ放射特性を維持することである。例えば、遮蔽によりビーム半値幅が減少すれば、通信可能な空間を制限することになる。また、電磁波フィルタ装置を設けたことによりビーム半値幅が不要に増加することは、不要な多重干渉波を受信することにもつながりかねない。また、遮蔽による利得の劣化は、通信可能な距離を制限することになる。また、電磁波フィルタ装置を設けたとき、ヌル特性であるべき放射角にてヌル特性が得られないために妨害波の影響の回避が困難になる場合もありうる。また、第２の目的は、所定周波数ｆｐより低い周波数ｆＬを有してスクリーン部を通過する電磁波の強度を抑圧すること、すなわち、低域ノイズ成分の遮断特性を向上させることである。
【００１２】
本発明の目的は、電磁波フィルタ装置により遮蔽されるアンテナ装置の放射特性が所定周波数ｆｐにおいて劣化することを回避しつつ、従来と同様に、所定周波数ｆｐより低い周波数ｆＬにおいて不要輻射を低減し、かつ妨害波を抑圧することを可能とする電磁波フィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、所定周波数より低い周波数の電磁波の通過を阻止する電磁波フィルタ装置において、上記電磁波フィルタ装置は、
接地導体と、
上記接地導体に設けられた第１の開口と、
両端で上記接地導体にそれぞれ接続され、上記第１の開口を複数の第２の開口に分割する複数のストリップ導体と、
上記ストリップ導体のそれぞれに所定間隔で設けられた複数の帯域阻止フィルタとを備え、
上記各帯域阻止フィルタは、上記電磁波フィルタ装置を通過する上記所定周波数の電磁波に起因して上記所定周波数の電流が上記各ストリップ導体を流れることを阻止することにより、上記所定周波数の電磁波の放射に実質的に影響を与えることなく、上記電磁波フィルタ装置において上記所定周波数の電磁波を通過させることを特徴とする。
【００１４】
上記電磁波フィルタ装置において、上記各帯域阻止フィルタは、上記所定周波数において１／４実効波長に相当する長さを有する開放スタブ導体であることを特徴とする。
【００１５】
上記電磁波フィルタ装置において、上記各開放スタブ導体は、Ｔ字形状又はＹ字形状を有することを特徴とする。
【００１６】
上記電磁波フィルタ装置において、上記各開放スタブ導体は、上記ストリップ導体に接続された第１の導体部分と、上記第１の導体部分の先端から分岐した第２及び第３の導体部分とを備え、上記第２及び第３の導体部分は互いに等しい線幅及び長さを有することを特徴とする。
【００１７】
上記電磁波フィルタ装置の上記各開放スタブ導体において、上記第２及び第３の導体部分は、上記第１の導体部分を含む所定の平面に対して鏡面対称に構成されることを特徴とする。
【００１８】
上記電磁波フィルタ装置において、上記開放スタブ導体のそれぞれは、上記開放スタブ導体が上記ストリップ導体に接続された位置において上記ストリップ導体の長手方向に直交する平面に対して鏡面対称に構成されることを特徴とする。
【００１９】
上記電磁波フィルタ装置の上記ストリップ導体のそれぞれにおいて、上記複数の開放スタブ導体は、上記ストリップ導体の長手方向に沿って、互いに逆向きの第１の方向及び第２の方向に向かって交互に接続されることを特徴とする。
【００２０】
上記電磁波フィルタ装置において、
上記複数のストリップ導体のうちの少なくとも一部は互いに平行に設けられ、
上記平行なストリップ導体のうちの隣接する任意の２つのストリップ導体において、ストリップ導体間で近接した各一対の開放スタブ導体のうち、一方の開放スタブ導体は上記第１の方向に向かって接続され、他方の開放スタブ導体は上記第２の方向に向かって接続されることを特徴とする。
【００２１】
上記電磁波フィルタ装置において、上記各開放スタブ導体の導体部分のうちの少なくとも一部は、上記電磁波フィルタ装置を通過する電磁波の進行方向に平行に設けられることを特徴とする。
【００２２】
上記電磁波フィルタ装置の上記ストリップ導体のそれぞれにおいて、上記複数の帯域阻止フィルタは、Ｎを整数とするとき、上記所定周波数においてＮ／２波長に相当する長さとは異なる間隔で設けられることを特徴とする。
【００２３】
上記電磁波フィルタ装置において、上記複数のストリップ導体は、
上記第１の開口を含む所定の面内において、第３の方向に平行に設けられた複数の第１のストリップ導体と、
上記面内において、上記第３の方向に交差する第４の方向に平行に設けられた複数の第２のストリップ導体とを含むことを特徴とする。
【００２４】
上記電磁波フィルタ装置において、
上記複数の第１のストリップ導体は両面プリント配線基板の第１の面に形成され、
上記複数の第２のストリップ導体は上記両面プリント配線基板の第２の面に形成され、
上記複数の第１のストリップ導体の少なくとも一部と、上記複数の第２のストリップ導体の少なくとも一部とは、ビア導体を介して互いに接続されることを特徴とする。
【００２５】
上記電磁波フィルタ装置において、上記複数のストリップ導体及び上記複数の帯域阻止フィルタは、１つ以上の導体層を含むプリント配線基板において、上記導体層のうちの１つ以上にそれぞれ形成されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第２の態様によれば、上記電磁波フィルタ装置を備えたことを特徴とするレドームが提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電磁波フィルタ装置によれば、ストリップ導体へ帯域阻止フィルタを導入することにより、ストリップ導体上において所定周波数の高周波電流が生じない領域を実現できるので、従来の電磁波フィルタ装置の課題であった、スクリーン部を通過する放射電磁波の放射特性の劣化が回避できるものである。
【００２８】
本発明の電磁波フィルタ装置によれば、第１に、アンテナ装置を電磁波フィルタ装置により遮蔽した場合においても当該アンテナ装置の所定周波数での放射特性を維持できるので、無線通信機器の通信可能なエリア範囲を保証することが可能となる。第２に、電磁波フィルタ装置は、アンテナ装置から不要に輻射するノイズ成分や外部からアンテナ装置に到来する妨害波に相当する低周波帯の電磁波の通過を抑圧することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置３を備えたレドームの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の電磁波フィルタ装置３の導体部分を除去した、第１の比較例に係るレドームの構成を示す斜視図である。
【図３】図１の電磁波フィルタ装置３の詳細構成を示す上面図である。
【図４】図３のストリップ導体１１ａの詳細構成を示す部分拡大図である。
【図５】図１のＡ−Ａ’線において−Ｙ方向に切断したときの断面図である。
【図６】本発明の実施形態の第１の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ａを備えたレドームの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態の第２の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｂの構成を示す上面図である。
【図８】本発明の実施形態の第３の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｃを備えたレドームの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第４の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｄの構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の実施形態の第５の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｅの構成を示す上面図である。
【図１１】本発明の実施形態の第６の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｆを備えたレドームの構成を示す断面図である。
【図１２】図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ａの構成を示す部分拡大図である。
【図１３】図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ｂの構成を示す部分拡大図である。
【図１４】図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ｃの構成を示す部分拡大図である。
【図１５】図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ｄの構成を示す部分拡大図である。
【図１６】図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ｅの構成を示す部分拡大図である。
【図１７】第２の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０の構成を示す上面図である。
【図１８】第３の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ａの構成を示す上面図である。
【図１９】第４の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ｂの構成を示す上面図である。
【図２０】第５の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ｃの構成を示す上面図である。
【図２１】本発明の実施例と比較例とに係る実効利得及びビーム半値幅を示す表である。
【図２２】本発明の第１の実施例と第１の比較例とに係る周波数に対する放射利得を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例と比較例とに係る反射損失を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。説明のために、図中に示すようなＸＹＺ座標を導入し、また、同様の構成要素には同じ参照番号を付与する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置３を備えたレドームの構成を示す斜視図であり、図２は、図１の電磁波フィルタ装置３の導体部分を除去した、第１の比較例に係るレドームの構成を示す斜視図である。また、図３は、図１の電磁波フィルタ装置３の詳細構成を示す上面図（導体パターン図）であり、図４は、図３のストリップ導体１１ａの詳細構成を示す部分拡大図であり、図５は、図１のＡ−Ａ’線において−Ｙ方向に切断したときの断面図である。図１において、アンテナ素子５を含むアンテナ基板４（図５に示すように、アンテナ基板４は好ましくは所定の誘電体支持部６上に設けられる。）を包囲するように、接地されたシールド導体１が設けられる。シールド導体１は、その内部に格納した電子機器と外部空間とを電磁気的に遮断する。また、シールド導体１は、その構造の一部において、アンテナ素子５の放射方向が開放されるように導体を除去したシールド開口２を有する。図２を参照すると、シールド開口２より、シールド導体１内部に設けられたアンテナ基板４とアンテナ素子５の位置が確認できる。アンテナ素子５は例えばパッチアンテナであり、以下、本明細書では、アンテナ素子５から放射される電磁波が垂直偏波を有する例について説明する。本発明の実施形態ではさらに、図１に示すように、シールド開口２の全面に電磁波フィルタ装置３が設けられる。
【００３２】
図３を参照すると、電磁波フィルタ装置３は、シールド開口２を覆うために十分なサイズを有する誘電体基板９（図５参照）と、シールド開口２の縁（すなわち内周）に適合するように誘電体基板９上において環状にパターン形成された接地導体１０と、誘電体基板９上において接地導体１０の内周の内側にパターン形成され、低域周波数ｆＬの電磁波を遮蔽するストリップ導体１１ａ〜１１ｋ（以下、総称して符号「１１」を用いる。）とを備えて構成される。本実施形態では、シールド開口２は矩形形状であり、従って、接地導体１０の内周もまた、辺１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備えた矩形形状を有する。ストリップ導体１１ａ〜１１ｋのそれぞれは、接地導体１０の内周の内側において、接地導体１０の対向する部分を電気的に接続するように誘電体基板９上にパターン形成される。詳しくは、ストリップ導体１１ａ〜１１ｇは、Ｘ軸方向に互いに所定間隔を有してＺ軸方向にそれぞれ延在するように、かつ接地導体１０の対向する辺１０ａ，１０ｃを電気的に接続するように形成され、ストリップ導体１１ｈ〜１１ｋは、Ｚ軸方向に互いに所定間隔を有してＸ軸方向にそれぞれ延在するように、かつ接地導体１０の対向する辺１０ｂ，１０ｄを電気的に接続するように形成される。本実施形態において、電磁波フィルタ装置３の導体部分（すなわち接地導体１０及びストリップ導体１１と、後述するスタブ導体１３）はいずれも、誘電体基板９の＋Ｙ側の面に形成される（図５参照）。ストリップ導体１１ａ〜１１ｇとストリップ導体１１ｈ〜１１ｋとは互いに交差し、互いに電気的に接続される。接地導体１０は、シールド開口２の縁においてシールド導体１に電気的に接続され、従って、接地導体１０はシールド導体１を介して実際に接地され、ストリップ導体１１ａ〜１１ｋはシールド開口２を複数の小さな開口１２に分割する。シールド開口２と、接地導体１０の内周とは、Ｘ軸方向の長さＸｓｃと、Ｚ軸方向の長さＺｓｃとを有する。各開口１２は、Ｘ軸方向の長さＸａｐと、Ｚ軸方向の長さＺａｐとを有する。
【００３３】
本発明の実施形態において、各ストリップ導体１１ａ〜１１ｋは、図４に示すように、複数のスタブ導体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，…（以下、総称して符号「１３」を用いる。）を備えたことを特徴とする。各スタブ導体１３は開放スタブ（open circuited stub）として構成され、また、所定周波数ｆｐを含む帯域を阻止する帯域阻止フィルタとして機能する。ストリップ導体１１のそれぞれにおいて、隣接するスタブ導体１３は、互いに所定距離Ｌｓｔを有して配置される。図４では、ストリップ導体１１ａ上のスタブ導体１３ａ，１３ｂ，１３ｃのみを概略的に示す。図示の簡単化のために、ストリップ導体１１ａに交差するストリップ導体１１ｈ〜１１ｋは省略する。開放スタブ構造は、主線路（すなわちストリップ導体１１ａ）に対して付加された先端開放の分岐線の実効長が所定周波数ｆｐにおいて１／４波長に相当するという条件にて、主線路を通過する電磁波に対して所定周波数ｆｐ近傍の成分のみ遮断することを利用した一般的な高周波回路である。
【００３４】
ここで、スタブ導体１３の動作原理について説明する。ストリップ導体１１ａ上の任意の領域１５から、ストリップ導体１１ａに沿って接地導体１０の内周の辺１０ａ，１０ｃへ到達するまでの経路としては、図４中に矢印で示す２つの経路１６ａ，１６ｂが存在する。所定周波数ｆｐの電磁波が領域１５の周囲の空間を通過する際、通過電磁波とストリップ導体１１ａとの間の相互作用により領域１５に電荷が発生し、発生した電荷は経路１６ａ，１６ｂに沿って接地導体１０に流れようとする。本実施形態の構成では、経路１６ａの側にスタブ導体１３ｂが挿入されるとともに、経路１６ｂの側にもスタブ導体１３ｃが挿入されたので、所定周波数ｆｐの電磁波が領域１５の近傍を通過する際に領域１５に発生する所定周波数ｆｐの高周波電流はスタブ導体１３ｂ，１３ｃにより阻止され、領域１５から接地導体１０へと流れる高周波電流自体が発生しなくなる。よって、該領域１５の周囲の空間を所定周波数ｆｐの電磁波が通過しても、ストリップ導体１１ａと通過電磁波との間の相互作用は抑圧される。ストリップ導体１１に沿って分布するように複数のスタブ導体１３を配置することにより、所定周波数ｆｐの高周波電流が流れえない領域をストリップ導体１１上に広く出現させることが可能となる。図３に示すように、Ｚ軸方向に平行なストリップ導体１１ａ〜１１ｇと、Ｘ軸方向に平行なストリップ導体１１ｈ〜１１ｋとが交差して電気的に接続され、ストリップ導体１１上の所定の領域から接地導体１０までの経路が３つ以上存在する場合においても、同様に、すべての経路に帯域阻止フィルタとして機能するスタブ導体１３を挿入し、所定周波数ｆｐの高周波電流が流れえない領域をストリップ導体１１上に出現させることが可能となる。この場合、電磁波フィルタ装置３に存在するストリップ導体１１上の全領域において、所定周波数ｆｐの高周波電流が流れることを禁じさせれば、電磁波フィルタ装置３を±Ｙ方向に通過する電磁波は、ストリップ導体１１と一切相互作用を起こせなくなる。
【００３５】
従って、本発明の実施形態では、各ストリップ導体１１上に設けられた複数のスタブ導体１３により、ストリップ導体１１が所定周波数で共振しなくなるので、当該所定周波数の電磁波が電磁波フィルタ装置を自由に通過することができるようになる。
【００３６】
なお、スタブ導体１３自体が放射性を有すると、ストリップ導体１１上を流れる電流成分の抑圧効果が劣化することがある。よって、スタブ導体１３は、それ自体の放射成分を相殺するように対称形状を有することが好ましい。特に、各スタブ導体１３を、図４に示すようにＴ字形状に構成することが好ましい。具体的には、スタブ導体１３ａは、ストリップ導体１１ａから分岐した長さＬ１の導体部分１４ａと、導体部分１４ａの先端からさらに分岐した長さＬ２，Ｌ３の導体部分１４ｂ，１４ｃとを備えて構成され、導体部分１４ｂ，１４ｃは等しい線路幅及び長さを有して構成されることが好ましい。さらに、導体部分１４ｂ，１４ｃは、導体部分１４ａを含む所定の平面に対して鏡面対称に構成されることが好ましい。特に好ましくは、スタブ導体１３のそれぞれは、スタブ導体１３がストリップ導体１１に接続された位置においてストリップ導体１１の長手方向に直交する平面に対して鏡面対称に構成される。また、図１２に示すように、各スタブ導体１３をＹ字形状に構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
さらに、図３及び図４に示すように、スタブ導体１３間の第１の配置条件として、ストリップ導体１１のそれぞれにおいて、複数のスタブ導体１３は、ストリップ導体１１の長手方向に沿って、互いに逆向きの第１の方向及び第２の方向に向かって交互に接続されることが好ましい。言い換えると、ストリップ導体１１のそれぞれにおいて、ストリップ導体１１からスタブ導体１３が分岐する向きを隣接するスタブ導体１３間で互い違いに構成することが好ましい。さらに、図３に示すように、スタブ導体１３間の第２の配置条件として、平行なストリップ導体１１のうちの隣接する任意の２つのストリップ導体１１において、ストリップ導体１１間で近接した各一対のスタブ導体１３のうち、一方のスタブ導体１３は上記第１の方向に向かって接続され、他方のスタブ導体１３は上記第２の方向に向かって接続されることが好ましい。言い換えると、ストリップ導体１１間で近接した一対のスタブ導体１３は、同一方向を向くことなく、互いに対向するように構成されることが好ましい（ただし、第１の配置条件により、特定の一対のストリップ導体１１上においてスタブ導体１３が対向するのは１つおきになる）。これらのスタブ導体１３の配置条件により、スタブ導体１３自体が不要に放射する成分同士を相殺させることができ、仮にスタブ導体１３自体が放射性を有する場合においても、所定周波数での放射特性に意図せぬ影響をもたらすことを効果的に抑圧することが可能となる。
【００３８】
さらに、各ストリップ導体１１上において隣接するスタブ導体１３間の距離は、所定整数Ｎに対して、実効的にＮ／２波長とならないよう設計されることが好ましい。領域１５の両端が回路的に開放となり、線路長が実効的にＮ／２波長となる場合、ストリップ導体１１自体がアンテナとして放射性を発現する危険性がある。よって、隣接するスタブ導体１３間の距離は、好ましくは、実効的にＮ／２波長とならず、さらに好ましくは実効的にＮ／２波長未満に構成される。
【００３９】
ここで、図２と、図１７乃至図２０とを参照して、本発明の実施形態に対する比較例として、従来技術の電磁波フィルタ装置の構成及び動作について説明する。図２は、本発明の実施形態に対する第１の比較例であり、本発明の実施形態の特徴である電磁波フィルタ装置３の導体部分を持たない（すなわちストリップ導体１１等の導体部分を含まず誘電体基板９のみが設けられた）従来技術に係るレドームである。第１の比較例においては、電磁波フィルタ装置３を介した低周波数帯の不要な電磁波の通過強度を抑圧する対策はとられておらず、従って、低域ノイズ成分の遮断特性を向上する本発明の第２の目的は達成されない。
【００４０】
図１７は、第２の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０の構成を示す上面図であり、図１８は、第３の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ａの構成を示す上面図である。第２の比較例は、第１の比較例に図１７の電磁波フィルタ装置２０を追加した構成を有する従来技術のレドームである。図１７を参照すると、電磁波フィルタ装置２０は、図３の電磁波フィルタ装置３と同様の誘電体基板９と接地導体１０を備え、さらに、誘電体基板９上において接地導体１０の内周の内側にパターン形成された、帯域阻止フィルタ（すなわちスタブ導体１３）を持たない複数のストリップ導体２１ａ〜２１ｇを備えて構成される。ストリップ導体２１ａ〜２１ｇは、Ｘ軸方向に互いに所定間隔を有してＺ軸方向にそれぞれ延在するように、かつ接地導体１０の対向する辺１０ａ，１０ｃを電気的に接続するように誘電体基板９上にパターン形成され、これにより、ストリップ導体２１ａ〜２１ｇは、図２のシールド開口２を複数の小さな開口１２に分割する。従って、各開口１２のＸ軸方向の長さＸａｐを、シールド開口２のＸ軸方向の長さＸｓｃより減じることになり、垂直偏波の放射電磁波に対してシールド効果を発現できる。なお、この構造では、各開口１２のＺ軸方向の長さＺａｐは、シールド開口２のＺ軸方向の長さＺｓｃと同じである。すなわち、第２の比較例では、広い面積を有するシールド開口２を、狭い面積を有する複数の開口１２の集合へと置換することになるので、これによって、電磁波フィルタ装置２０を通過する低周波帯の電磁波に対するシールド効果が生じ、低域ノイズ成分の遮断特性を向上する本発明の第２の目的を達成できる。
【００４１】
仮に、抑圧すべきノイズ電磁波の偏波成分が水平偏波成分を含む場合、垂直偏波の放射電磁波だけでなく、水平偏波の放射電磁波に対してもシールド効果を発現することが必要となる。図１８に示す第３の比較例は、第２の比較例の構成に加えて、帯域阻止フィルタ（すなわちスタブ導体１３）を持たない複数のストリップ導体２１ｈ〜２１ｋを追加した構成を有する従来技術のレドームである。ストリップ導体２１ｈ〜２１ｋは、Ｚ軸方向に互いに所定間隔を有してＸ軸方向にそれぞれ延在するように、かつ接地導体１０の対向する辺１０ｂ，１０ｄを電気的に接続するように誘電体基板９上にパターン形成され、これにより、ストリップ導体２１ａ〜２１ｋ（以下、総称して符号「２１」を用いる。）は、図２のシールド開口２を複数の小さな開口１２に分割する。垂直偏波と水平偏波との両方の放射電磁波に対してシールド効果を発現させるためには、図１８に示すように、図１７の電磁波フィルタ装置２０の構成に対してＸ軸方向に延在するストリップ導体２１ｈ〜２１ｋを追加し、開口１２のＺ軸方向の長さＺａｐを減ずることが有効である。広い面積を有するシールド開口２を、狭い面積を有する開口１２の集合に置換することによって、低域ノイズ成分の遮断特性を向上する本発明の第２の目的を達成できる。
【００４２】
しかしながら、第２及び第３の比較例では、所定周波数の電磁波が電磁波フィルタ装置２０，２０Ａを通過する際に、通過電磁波とストリップ導体２１との間の相互作用が避けられない。この相互作用によりストリップ導体２１上に電荷が発生すれば、発生した電荷は、ストリップ導体２１と接地導体１０及びシールド導体１との短絡点である電磁波フィルタ装置２０，２０Ａの端部まで流れてしまう。ストリップ導体２１上に流れた電流の分布に起因する放射が重畳されると、電磁波フィルタ装置２０，２０Ａによって遮蔽されたアンテナ素子５の本来の放射特性が変化させられることになる。よって、第２及び第３の比較例の構成では、所定周波数ｆｐの電磁波の放射特性を保証する本発明の第１の目的が達成されない。
【００４３】
図１９は、第４の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ｂの構成を示す上面図であり、図２０は、第５の比較例に係る電磁波フィルタ装置２０Ｃの構成を示す上面図である。第４及び第５の比較例は、第１の比較例に対して、特許文献１〜３の開示内容に該当する電磁波フィルタ装置２０Ｂ，２０Ｃを追加した構成を有する従来技術のレドームである。図１９を参照すると、電磁波フィルタ装置２０Ｂは、誘電体基板９上の導体面にパターン形成された複数のスロット状の開口１２を備え、各開口１２は、所定周波数ｆｐにおいてスロットアンテナとして共振するように、当該周波数ｆｐにおける１波長に相当する縁の長さを有する。本明細書において、電磁波フィルタ装置２０Ｂの各開口１２は、Ｘ軸方向の長さＸａｐと、Ｚ軸方向の長さＺａｐとを有する矩形形状のスロットとして説明する。第２及び第３の比較例のストリップ導体２１と同様に、第４の比較例においても、電磁波フィルタ装置２０Ｂの導体部分に所定周波数ｆｐの高周波電流が流れることは回避できない。よって、第４の比較例の構成でも、所定周波数ｆｐの電磁波の放射特性を保証する本発明の第１の目的が達成できない。図２０を参照すると、第５の比較例では、第４の比較例に対する変形例として、Ｚ軸方向に隣接する開口１２に対して、その配置をＸ軸方向に長さＸｏｓだけオフセットさせるように構成している。開口１２の配置関係を変更したことにより、通過電磁波の放射パターンに対する影響は変化するが、第５の比較例の構成においてもやはり、電磁波フィルタ装置２０Ｃの導体部分に所定電磁波ｆｐの高周波電流が流れてしまうことは回避できず、所定周波数ｆｐの電磁波の放射特性を保証する第１の目的が達成されない。
【００４４】
一方、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置３では、前述のように、各ストリップ導体１１において、帯域阻止フィルタとして機能する複数のスタブ導体１３を備えたことにより、所定周波数ｆｐの電磁波の放射特性を保証する第１の目的と、低域ノイズ成分の遮断特性を向上する第２の目的との両方を達成することができる。
【００４５】
本発明の実施形態のように、ある特定のエネルギーの電磁波の存在を禁止する空間を発現せしめる現象は、フォトニックバンド構造といわれる電磁波制御技術との類似点がある。従来技術では、周期構造を備えた誘電体を用いることによって、空間内を進行する電磁波の採りうるエネルギー状態を制御することができる。ただし、従来のフォトニックバンド技術は、アンテナや蛍光体等の電磁波放出源からの放射特性を変化させることに用いられている。一方、本発明は、電磁波放出構造であるアンテナからの放射特性を変化させないための構造であり、この点で従来技術とは大きく異なる原理で動作する発明であるといえる。また、一般的にフォトニックバンド構造を用いて電磁波を放射する利用例として、放射方向に周期構造の乱れを導入することが多い。すなわち、周期的に誘電率を変化させた構造にて放射源周辺を形成した後、放射方向ではその周期性を低下させることにより、電磁波エネルギーを効率的に単方向に放出する利用法である。すなわち、エネルギーを放出する方向以外への放射を抑圧するよう、周期構造により実現される電磁波反射構造を配置する。一方、本発明の構造では、電磁波が通過する方向に、電磁波のエネルギー状態を制御するよう設計された導体構造が配置されている。これは、本発明の構成が、空間を進行する電磁波に対してではなく、ストリップ導体１１上を電流という形式によって伝搬する電磁波に対してのみ選択的に、エネルギーの禁止則を実現しているからである。このように、本発明の構成は、従来技術とは異なる電磁波エネルギーの制御方法によって、所定周波数ｆｐの電磁波の放射特性を保証する第１の目的を達する。
【００４６】
本発明の実施形態において、開口１２は所定周波数ｆｐにて共振するよう設計される必要がない。第４及び第５の比較例において、開口１２は所定周波数ｆｐにてスロットアンテナとして動作し、開口１２の縁、すなわち、電磁波フィルタ装置２０Ｂ，２０Ｃの導体部分には高周波電流が流れていた。よって、第４及び第５の比較例において、各開口１２の縁の長さはスロット共振器長（例えば１実効波長）にされる必要がある。一方、本発明では、開口１２の周囲のストリップ導体１１には高周波電流は流れない。よって、本発明の実施形態における各開口１２の縁の長さは送受信する電磁波の波長に依存せず、従来技術における開口よりもはるかに小型の開口を構成することも可能となる。本発明の実施形態における開口１２を第４及び第５の比較例における開口１２より小型に構成することにより、電磁波フィルタ装置３を通過しようとする低域周波数ｆＬの電磁波の遮断特性を格段に向上させることが可能である。
【００４７】
なお、特許文献３の図１の構成例を参照すると、開口部の外縁を形成する導体に対して、フィルタを構成するように対向する一対の分岐配線が接続されている。しかし、特許文献３においては、導体上を所定周波数ｆｐの高周波電流が流れるので、特許文献３の分岐配線と本発明の実施形態のスタブ導体１３とには大きな差異があることが分かる。特許文献３の構成例は、あくまで、所定周波数ｆｐより高い周波数ｆＨの高周波電流を一対の分岐配線間の分布容量を介して流れさせるように、導体を短絡するための構成である。一方、本発明の実施形態のスタブ導体１３には、所定周波数ｆｐにて１／４実効波長に相当するというスタブ長に対しての条件が存在し、特許文献３とは構成及び効果の点で関連がない。ただし、本発明のスタブ導体１３においても、隣接するストリップ導体１１間で対向する一対のスタブ導体１３の先端箇所間において所定周波数ｆｐよりも高い周波数ｆＨで十分な容量を生じさせることにより、周波数ｆＨの高周波電流をこの一対のスタブ導体１３を介して流れさせ、電磁波フィルタ装置３が周波数ｆＨの電磁波を遮蔽する効果を発現するよう設計することが可能である。
【００４８】
以下、本発明の実施形態に係るいくつかの変形例について説明する。
【００４９】
図６は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ａを備えたレドームの構成を示す断面図である。電磁波フィルタ装置の導体部分は、図５に示すように誘電体基板９の＋Ｙ側の面（すなわちレドームの外側）に形成されることに限定されず、図６に示すように−Ｙ側の面（すなわちレドームの内側）に形成されてもよい。本変形例では、電磁波フィルタ装置３Ａの導体部分とシールド導体１とを電気的に接続するために、接地導体１０（図６には図示せず。）の位置において誘電体基板９を貫通するように、所定間隔の周期で接地導体１０の内周に沿って配置された複数のビア導体が設けられる。図６では、ビア導体７ａ，７ｂ（以下、総称して符号「７」を用いる。）のみを示す。各ビア導体７の一端は、誘電体基板９の−Ｙ側の面において接地導体１０に電気的に接続され、他端は、＋Ｙ側の面においてシールド導体１に電気的に接続される。本変形例の構成は、ストリップ導体１１及びスタブ導体１３がレドームの外側に露出しないという点で好ましい。
【００５０】
図７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｂの構成を示す上面図である。ストリップ導体１１は、図３に示すように、Ｘ軸方向に平行なものと、Ｚ軸方向に平行なものとの両方を設けることに限定されず、送受信する電磁波の偏波特性に応じて一方のみを設けてもよい。図７の構成では、ストリップ導体１１ａ〜１１ｇは、Ｘ軸方向に互いに所定間隔を有してＺ軸方向にそれぞれ延在するように、かつ接地導体１０の対向する辺１０ａ，１０ｃを電気的に接続するように誘電体基板９上にパターン形成され、これにより、ストリップ導体１１ａ〜１１ｇは、シールド開口２を複数の小さな開口１２に分割する。従って、各開口１２のＸ軸方向の長さＸａｐを、シールド開口２のＸ軸方向の長さＸｓｃより減じることになり、垂直偏波の放射電磁波に対してシールド効果を発現できる。
【００５１】
図８は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｃを備えたレドームの構成を示す断面図である。各スタブ導体１３は、ストリップ導体１１が形成された平面と同一平面内に形成されることに限定されず、一般的な多層プリント配線基板の製造技術を用いれば、例えば、ストリップ導体１１が形成された平面と直交する第３の方向にスタブ導体１３の導体部分の一部を配向させることが容易に可能である。図８を参照すると、本変形例の電磁波フィルタ装置３Ｃにおいて、各スタブ導体１３は、それらが接続されたストリップ導体１１に対して−Ｙ側に位置するように形成される。詳しくは、誘電体基板９は両面プリント配線基板として構成され、ストリップ導体１１は誘電体基板９の＋Ｙ側の導体面にパターン形成され、図４の導体部分１４ａに相当する部分は、ストリップ導体１１から分岐するように誘電体基板９を貫通して形成されたビア導体にて構成され、図４の導体部分１４ｂ，１４ｃに相当する部分は、誘電体基板９の−Ｙ側の導体面にパターン形成され、ビア導体に電気的に接続される。本発明の実施形態に係る一般的な構成例において、電磁波フィルタ装置は通過電磁波の進行方向に対して直交するよう配置される。よって、本変形例におけるスタブ導体１３の配向方向は、通過電磁波の進行方向と平行な成分を有する。電磁波フィルタ装置３Ｃを通過する電磁波に直交する平面内に形成されるストリップ導体１１は、その直交性から通過電磁波と相互作用を生じやすいのに比べ、スタブ導体１３は、通過電磁波に対して平行になるほど通過電磁波との相互作用は生じにくくなる。よって、本変形例の構成において、スタブ導体１３の構成における少なくとも一部の導体部分が、通過電磁波と平行な成分を有する方向へ配向されることが好ましい。いずれにせよ、スタブ導体１３の構成は、高周波特性だけでなく、製造コスト、占有容積、特性ばらつき等の値を考慮して、選択することができる。
【００５２】
図９は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｄの構成を示す上面図であり、図１０は、本発明の実施形態の第５の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｅの構成を示す上面図である。図３のストリップ導体１１ａ〜１１ｇと、ストリップ導体１１ｈ〜１１ｋとは同一導体面上に形成されることに限定されず、図９に示すように、両面プリント配線基板である誘電体基板９の各導体面にそれぞれ形成されてもよい。図３のストリップ導体１１ａ〜１１ｇと、ストリップ導体１１ｈ〜１１ｋとは、互いに交差した位置において互いに電気的に接続されていたが、図９に示すように、対応する位置においてビア導体７を介して互いに電気的に接続されてもよく、それに代わって、一部のみがビア導体７を介して互いに電気的に接続されるか、又は図１０に示すようにまったく接続されなくてもよい。
【００５３】
図１１は、本発明の実施形態の第６の変形例に係る電磁波フィルタ装置３Ｆを備えたレドームの構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置は、図３及び図７のような一面を導体面とするプリント配線基板や、図８及び図９のような両面プリント配線基板を用いて構成されるものに限定されず、３層以上の多層プリント配線基板を用いて構成されてもよく、電磁波フィルタ装置の各導体部分（すなわち、接地導体１０、ストリップ導体１１及びスタブ導体１３）が多層プリント配線基板における少なくとも１つの任意の導体層に形成されてもよい。例えば、図１１に示すように、各ストリップ導体１１の長手方向に沿って、複数のスタブ導体１３を＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に向かって交互に接続するように構成してもよい。さらに、平行なストリップ導体１１のうちの隣接する任意の２つのストリップ導体１１において、ストリップ導体１１間で近接した各一対のスタブ導体１３のうち、一方のスタブ導体１３を＋Ｙ方向に向かって接続し、他方のスタブ導体１３を−Ｙ方向に向かって接続するように構成してもよい。
【００５４】
図１２〜図１６は、図４のスタブ導体１３の変形例に係るスタブ導体１３Ａ〜１３Ｅの構成を示す部分拡大図である。スタブ導体１３は、好ましくはＴ字形状（図４）又はＹ字形状（図１２）に形成されるが、スタブ導体１３の実効長が所定周波数ｆｐにおいて１／４波長に相当する条件を等価的に満足すれば同等の遮断効果が得られるため、スタブ導体１３のパターン形状に制限はない。例えば、図１３の線状のスタブ導体１３Ｂ、図１４の扇形形状のラジアルスタブ導体１３Ｃ、占有面積を減じるために分岐線を途中で折り曲げた図１５のベンド形状のスタブ導体１３Ｄ、及び、図１６のミアンダ形状のスタブ導体１３Ｅを採用することが可能である。
【００５５】
また、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置は、シールド開口２の全体を覆うものに限定されるものではなく、アンテナ素子５に対して空間を介して少なくとも一部で対向し、アンテナ素子５から送受信される電磁波のフィルタとして動作可能であれば任意に配置することができる。また、シールド導体１と接地導体１０とを図５のように別個に設けることなく、例えば図１のシールド導体１のうちの＋Ｙ側の面を誘電体基板９の導体面により構成し、シールド導体１と接地導体１０とを少なくとも一部で一体化するように構成してもよい。また、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置は平面形状に限定されるものではなく、例えば、電磁波フィルタ装置は、アンテナ素子５の波源を中心とする同心球面状に構成するなど、凹凸を有していても本発明の効果を得ることができる。このように電磁波フィルタ装置が凹凸を有する場合においても、複数のストリップ導体１１は、説明した実施形態と同様に構成されることが可能であり、例えば、図３又は図９と同様に、シールド開口２を含む所定の面内において、第１の方向に実質的に平行に設けられた複数の第１のストリップ導体１１と、上記面内において、上記第１の方向に交差する第２の方向に実質的に平行に設けられた複数の第２のストリップ導体とを含んで構成される。
【００５６】
また、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置は、誘電体基板又は誘電体材料を少なくとも一部に用いて構成されるものに限定されず、シールド導体１内部の電子機器の気密性に問題がなければ、ストリップ導体１１が誘電体材料で支持されずに完全に空気中に露出するように構成されてもよい。
【００５７】
本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置によって遮蔽されるアンテナ素子は、パッチアンテナに限定されるものではなく、線状アンテナ、スロットアンテナ等の他の任意のアンテナであってもよい。また、本発明の実施形態に係る電磁波フィルタ装置は、単一のアンテナ素子のために動作するときだけでなく、アレイ化されたアンテナ構造のために動作するときにおいても、同様に本発明の有利な効果を得ることが可能である。
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、各ストリップ導体１１において、帯域阻止フィルタとして機能する複数のスタブ導体１３を備えたことにより、従来技術では困難であった、電磁波フィルタ装置により遮蔽したアンテナの所定周波数ｆｐでの放射特性を劣化させず、かつ、低域周波数ｆＬにおけるノイズ電磁波の遮断効果を有する電磁波フィルタ装置を実現することができる。
【実施例１】
【００５９】
本発明の有利な効果を実証するべく、図７の電磁波フィルタ装置３Ｂに基づく第１の実施例のレドームと、図３の電磁波フィルタ装置３に基づく第２及び第３の実施例のレドームとを作製した。また、これらの実施例の比較対象かつ従来技術の典型例として、第１乃至第５の比較例のレドームを作製した。作製した実施例と比較例について、電磁波フィルタ装置の主要な構成パラメータ以外は同一である。以下の説明では、図１等に示すＸＹＺ座標を参照する。
【００６０】
シールド導体１内に格納するアンテナ素子５として、アルミナにてなるアンテナ基板４上に形成した垂直偏波のパッチアンテナを利用した。アンテナ素子５は、０．８ｍｍ×０．９５ｍｍのサイズを有する。共振周波数は６０ＧＨｚに設計した。自由空間に配置した条件下で、アンテナ素子５は良好な反射損失−１４．２ｄＢを得た。同様に、アンテナ素子５を自由空間に配置したとき、正面方向（Ｙ軸方向）の実効利得は５．３５ｄＢｉであり、Ｅ面（ＹＺ面）内のビーム半値幅は９４度であり、Ｈ面（ＸＹ面）内のビーム半値幅は８３度であった。
【００６１】
アンテナ素子５の表面より＋Ｙ方向に１．２ｍｍだけ空間を介して、誘電率３及び厚さ０．２５ｍｍを有する液晶ポリマー基板の誘電体基板９を配置した。さらに、誘電体基板９の＋Ｙ側に位置するように、厚さ１ｍｍの銅板にてなり、１４ｍｍ（Ｘ軸方向）×１０ｍｍ（Ｚ軸方向）の長方形形状のシールド開口２を有するシールド導体１を配置した。誘電体基板９は、シールド開口２に対応する領域と、この領域の外縁にあって、シールド導体１に接続するための幅１ｍｍの領域とを有して構成された。アンテナ素子５及び誘電体基板９はそれぞれ、Ｙ軸上（すなわちＸ＝０，Ｚ＝０）に中心が位置するように配置した。シールド導体１は、シールド開口２以外の部分においてアンテナ基板４を囲い、シールド構造として機能した。第１の比較例として、シールド開口２に誘電体基板９のみを備え、電磁波フィルタ装置の導体部分を含まないレドームを構成した。
【００６２】
一方、第２乃至第５の比較例と、第１乃至第３の実施例とについては、誘電体基板９の両面に厚さ１８ミクロンの銅配線を形成して、電磁波フィルタ装置の導体部分を構成した。誘電体基板９の＋Ｙ側の面では、シールド導体１に接続するための幅１ｍｍの領域にのみ導体を残して、他の領域からは導体をすべて除去した。誘電体基板９の−Ｙ側の面（アンテナ素子５に近接した側の面）では、図３、図７、図１７乃至図２０に示す各電磁波フィルタ装置の導体部分をそれぞれ構成した。第２及び第３の比較例と、第１乃至第３の実施例とについては、すべてのストリップ導体１１，２１（スタブ導体１３を含む。）の配線幅は１００ミクロンに統一した。また、電磁波フィルタ装置とシールド導体１との接続部では、誘電体基板９を貫通する複数のビア導体７を、シールド開口２の縁に沿って５００ミクロン間隔の周期で設け、これらのビア導体７により誘電体基板９の−Ｙ側の面の導体部分と＋Ｙ側の面の導体とを電気的に接続し、＋Ｙ側の面の導体をシールド導体１にめっき接続した。すなわち、この接続部を介して、電磁波フィルタ装置の導体部分をシールド導体１に短絡した。
【００６３】
第２の比較例（図１７参照）において、Ｚ軸方向に延在した直線状のストリップ導体２１ａ〜２１ｇを、Ｘ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で６本配置した。これらのストリップ導体２１によって、第２の比較例に係るレドームのシールド開口２は、２ｍｍ×１０ｍｍの面積の長方形形状の複数の開口１２に分割された。また、第３の比較例（図１８参照）では、第２の比較例の構成に加えて、Ｘ軸方向に延在した直線状のストリップ導体２１ｈ〜２１ｋを、Ｚ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で４本配置した。Ｚ軸方向に延在したストリップ導体２１ａ〜２１ｇと、Ｘ軸方向に延在したストリップ導体２１ｈ〜２１ｋとは、互いに交差して電気的に接続され、結果的に第３の比較例に係るレドームのシールド開口２は、一辺２ｍｍの正方形形状かつ正方格子配置の複数の開口１２に分割された。第４の比較例（図１９参照）では、第２の比較例と実質的に同様の構成においてストリップ導体２１を配置する周期のみを変更することにより、結果的に形成される開口１２を６０ＧＨｚ帯でスロット共振すべく設計した。第４の比較例では、Ｚ軸方向に延在した直線状のストリップ導体をＸ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で配置し、Ｘ軸方向に延在した直線状のストリップ導体をＺ軸方向に沿って０．３ｍｍ間隔の周期で配置した。Ｚ軸方向に延在したストリップ導体は０．２ｍｍの幅を有し、Ｘ軸方向に延在したストリップ導体は０．２１ｍｍの幅を有して構成された。これにより、各開口１２が、１．８ｍｍ（Ｘ軸方向）×９０ミクロン（Ｚ軸方向）の長方形形状となるように構成した。なお、特許文献２にて記載された好ましい条件に従って、長方形形状の開口１２の辺のアスペクト比を５％に構成した。第５の比較例（図２０参照）では、第４の比較例の構成からさらに、Ｚ軸方向に隣接する開口１２間においてＸ軸方向に±０．９ｍｍの変位を与えた。
【００６４】
一方、第１の実施例（図７参照）では、Ｚ軸方向に延在したストリップ導体１１ａ〜１１ｇをＸ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で６本配置し、各ストリップ導体１１ａ〜１１ｇには、Ｚ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期でスタブ導体１３を接続した。従って、第１の実施例の構成は、第２の比較例におけるストリップ導体２１にスタブ導体１３を追加した構成に相当する。各スタブ導体１３は、図４に示すようにＴ字形状の開放スタブとして構成した。ストリップ導体１１から分岐される導体部分１４ａの長さＬ１は０．１８ｍｍであり、導体部分１４ａからさらに分岐される二つの導体部分１４ｂ，１４ｃはそれぞれ等しい長さＬ２＝Ｌ３とし、長さの和Ｌ２＋Ｌ３は１．０ｍｍである。スタブ導体１３による阻止帯域の中心周波数は６０ＧＨｚとなった。ストリップ導体１１とスタブ導体１３とは同一面に形成した。さらに、Ｘ軸方向に隣接する任意の２つのスタブ導体１３と、Ｚ軸方向に隣接する任意の２つのスタブ導体１３とをそれぞれ、ストリップ導体１１に対して互いに逆向きになるように配置した。すなわち、ストリップ導体１１のそれぞれにおいて、ストリップ導体１１からスタブ導体１３が分岐する向きを隣接するスタブ導体１３間で互い違いに構成し、さらに、隣接する２つのストリップ導体１１に設けられて互いに隣接する２つのスタブ導体１３は、同一方向を向くことなく、互いに対向するように構成した。第２の実施例（図３参照）では、Ｚ軸方向に延在したストリップ導体１１ａ〜１１ｇをＸ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で配置するとともに、Ｘ軸方向に延在したストリップ導体１１ｈ〜１１ｋをＺ軸方向に沿って２ｍｍ間隔の周期で配置し、ストリップ導体１１ａ〜１１ｋにより形成された一辺２ｍｍの正方形形状の開口１２のそれぞれにおいて、正方形の各辺の中点に、第１の実施例と同様のスタブ導体１３を周期的に配置した。また、ストリップ導体１１のそれぞれにおいて、ストリップ導体１１からスタブ導体１３が分岐する向きを隣接するスタブ導体１３間で互い違いに構成し、さらに、隣接する２つのストリップ導体１１に設けられて互いに隣接する２つのスタブ導体１３は、同一方向を向くことなく、互いに対向するように構成した。第３の実施例（図３参照）では、第２の実施例におけるストリップ導体１１を配置する周期を１．４５ｍｍ間隔にした。
【００６５】
図２１は、本発明の実施例と比較例とに係る実効利得及びビーム半値幅を示す表である。第１乃至第３の実施例は、それぞれ正面方向において、実効利得４．９１ｄＢｉ，４．９０ｄＢｉ，４．８８ｄＢｉを示した。これらの値は、自由空間に配置したときのアンテナ特性と比較した劣化量が、それぞれ０．５ｄＢ未満に留まったことに相当する。一方、第２乃至第４の比較例は、それぞれ正面方向において、実効利得２．６９ｄＢｉ，２．８７ｄＢｉ，３．３１ｄＢｉを示し、劣化量がそれぞれ２．６６ｄＢ，２．４７ｄＢ，２．０４ｄＢに達した。本発明の実施形態に係るレドームの構成が、従来技術と比較して、放射特性の変化が少ないということが実証された。なお、第５の比較例は、正面方向にて４．８ｄＢｉの実効利得を示し、劣化量は第１乃至第３の実施例と同等レベルの０．５７ｄＢにとどまった。しかし、第５の比較例では、Ｅ面内でのビーム半値幅は１１０度に達し、自由空間に配置したときのビーム半値幅９４度から大きな変動が生じた。また、Ｈ面内でのビーム半値幅は７５度となり、８度の減少が生じた。また、第２乃至第４の比較例でも同様に、ビーム半値幅には大きな変動が発生した。一方、第１乃至第３の実施例のすべてにおいては、Ｅ面及びＨ面のビーム半値幅の変動は３度以内に収まっており、本発明のの効果が実証された。
【００６６】
図２２は、本発明の第１の実施例と第１の比較例とに係る周波数に対する放射利得を示すグラフである。第１乃至第３の実施例のレドームと、第１の比較例のレドームとにおいて、６０ＧＨｚより低域に共振特性を有する垂直偏波のアンテナ素子５（小型パッチアンテナ）を、シールド開口２の中央に位置するように設け、電磁波フィルタ装置（第１の比較例の場合は、電磁波フィルタ装置の誘電体基板９）を介して通過してくる電磁波の放射特性を正面方向にて測定した。第１乃至第３の実施例のすべてにおいて、測定した周波数帯域全体にわたって第１の比較例よりも放射利得が効果的に抑圧され、本発明の効果が実証された。図２２では、第１の実施例と第１の比較例とについて、不要放射利得の抑圧度の周波数依存特性を示す。図２２によれば、１０ＧＨｚより低い帯域では２０ｄＢ程度の安定した抑圧が周波数に依存せず達成され、本発明の低域シールド効果を実証した。同様に、第２及び第３の実施例においても、本発明の低域シールド効果が実証された。
【００６７】
図２３は、本発明の実施例と比較例とに係る反射損失を示す表である。図２３は、動作周波数が６０ＧＨｚのときの反射損失値を示す。第２乃至第４の比較例はそれぞれ、−８．８５ｄＢ，−８．０７ｄＢ，−８．６７ｄＢという−１０ｄＢを超える反射損失値を示してしまい、電磁波フィルタ装置に含まれたストリップ導体２１がアンテナの放射特性のみならず、反射特性にも悪影響を与えたことが分かった。第５の比較例では、反射損失は−１０．４ｄＢであったものの、図２１を参照して説明した通り、ビーム半値幅に大きな変化が生じた。一方、第１乃至第３の実施例における反射損失はそれぞれ、−１２．１ｄＢ，−１２．６ｄＢ，−１２．９ｄＢであった。これらの値は１０ｄＢを下回る良好な値であり、本発明の構成において、ストリップ導体１１上に所定周波数の高周波電流が流れない効果が実証された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る電磁波フィルタ装置は、従来の電磁波フィルタ装置では困難であった、所定周波数の通過電磁波の放射特性を劣化させることなく、低域での通過電磁波の強度を低減させることができるので、特にミリ波屋内通信やミリ波車載レーダなど、高利得かつ広い指向性可変範囲の両立が必要な通信及びレーダを実現する用途において特に有益である。また、携帯電話システムの基地局アンテナなど、アンテナ指向性の高度な制御を必要とする用途や、ＭＩＭＯ技術を使用する各用途においても使用されうる。
【符号の説明】
【００６９】
１…シールド導体、
２…シールド開口部、
３，３Ａ〜３Ｆ…電磁波フィルタ装置、
４…アンテナ基板、
５…アンテナ素子、
６…誘電体支持部、
７，７ａ，７ｂ…ビア導体、
９…誘電体基板、
１０…接地導体、
１０ａ〜１０ｄ…接地導体１０の内周の辺、
１１，１１ａ〜１１ｋ…ストリップ導体、
１２…開口、
１３ａ〜１３ｃ，１３Ａ〜１３Ｅ…スタブ導体、
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…導体部分、
１５…ストリップ導体１１ａ上の領域、
１６ａ，１６ｂ…ストリップ導体１１ａ上の経路、
２０，２０Ａ〜２０Ｃ…電磁波フィルタ装置、
２１ａ〜２１ｋ…ストリップ導体。
【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１７】
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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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