(57)【要約】      （修正有）【課題】ノイズ抑制素子として焼結フェライトなど装荷する方法が多用されている。しかし、高周波数域では透磁率特性が消失し十分なノイズ抑制特性が維持できない欠点がある。【解決手段】可塑性のある高周波回路基板１の片面に多重化したループ状の導体回路パターン２を作成し、これらの各ループ回路に電気回路素子３を装荷し基板面に垂直な不要電磁波の高周波磁界成分を効率よく吸収減衰できるように構成したもので、複数の共振周波数によりノイズ吸収減衰周波数の広帯域化および高周波化を実現した。また、基板背面側４に共振電流による再放射磁界を制御するために金属を含む磁気遮蔽材５を配置し再放射磁界を抑制する手段を備えた。さらに、伝送線路進行波２２の電波の入射端６側と出力端７側は、ノイズ吸収減衰素子による線路上の不整合を避ける対策としてテーパ形状８とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の種々の形状から成る単一ループ状導体回路上に電気回路素子を装荷し、この回路に不要電磁波を吸収し減衰させる特性を与えると共に、共振特性を微調節して不要電磁波を吸収減衰させるという双方の特性によって、広帯域化を図り、同時にこの単一ループ回路を多重ループや複数個の重ね合わせた構成として一層の広帯域化を達成し、共振電流による再放射界の抑制用に軽量化された磁気遮蔽材を基板背面上や球体内に装荷した構成において、伝送線路上の不要な抑制すべきノイズ磁界分布の状況と用途に応じ種々の幾何学的形状に変形出来る可塑性や切断性を持つ基板材料を用いて整合特性を改善するための対策を施した高周波帯域でも利用出来ることを特徴としたノイズ吸収減衰素子。
【請求項２】
請求項１記載のノイズ吸収減衰素子において、基板面上に多重化したループ状の導体回路を構成し、この回路上に電気回路素子として能動素子を装荷した構成において、この基板面に対し垂直な不要電磁波の磁界成分を効率よく吸収減衰させ、不要電磁波入射側の当該基板に複数の空孔による整合機能をもたせてノイズ吸収減衰特性を改善し、能動素子への給電線を簡略化したことを特徴とする請求項１記載のノイズ吸収減衰素子。
【請求項３】
請求項１記載のノイズ吸収減衰素子において、基板両面に渡るループ型導体閉回路に電気回路素子を装荷し、これを多層化した構成において、このループ型閉回路面に垂直な向きの不要電磁波の磁界成分を効率よく吸収できるよう構成したことを特徴とする請求項１記載のノイズ吸収減衰素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  近年、多種多様な通信技術開発が進み、一般の通信線路やＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）などから放射される不要なノイズの抑制対策が環境電磁工学的立場からも強く求められている。こうした対策として、従来、磁性材料を中心とした複合材料から成る線路近傍放射界を抑制するためのノイズ抑制素子が頻用されている。本発明は、ＰＣＢや一般の通信線路に臨機応変に対応できる広帯域、高周波帯域特性を可能とした新たな構造体によるノイズ吸収減衰素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、ＰＣＢなどにおけるノイズ抑制素子として、磁性材料を中心にした複合材料から成る板状のものや、また通信線路用ノイズ抑制素子として円筒状焼結フェライトなどを装荷する方法が実施されている。
しかし、これらは磁性材料を主原料とする方法は、磁性材料の透磁率特性にノイズ抑制特性が強く依存するため、高周波数域では磁性材料の透磁率特性が消失し、ミリ波、テラヘルツ波の高周波数帯域では、最早十分なノイズ抑制特性が維持できないという欠点があった。また、通信線路に用いる焼結フェライトやゴムフェライトなども、上記特性を持ちあわせている上、重量的に重いという問題があった。この結果、益々小型化、軽量化、高周波化が進む最近の電子デバイス、通信デバイスをはじめ、自動車などの伝送線路関係のノイズ抑制素子として搭載する場合を考えるとき、従来型ノイズ抑制素子では、実装上も特性上も共に不都合な問題が生じている。【０００３】  本発明は、こうした問題点を解決するためのものである。
従来、遠方界と呼ばれる遠方からの電磁波を吸収するものとして電波吸収体が知られている。遠方からの電波を吸収する電波吸収体では、すでに電波吸収原理に受動素子の回路素子を使用したものが公知である（例えば、“高周波集積回路概念に基づく電波吸収体の提案，”電子情報通信学会、技術報告書、ＥＭＣＪＶｏｌ．１０３，Ｎｏ．１５７，ｐｐ．１９−２２，Ｊｕｎ．２００３）。また、能動素子を導入した電波吸収体も公知である（例えば、特許第４５８１１０５、特許第４７６１２４６）。
これらに対し、近傍電磁界を抑制するために能動素子を導入し、電気的に制御し、かつ回路の共振特性を導入した近傍界ノイズ抑制素子も公知である（例えば、特願２００７−２２４８２６、および、自律制御を目指した能動素子装荷型近傍界ノイズ抑制素子の基本特性、電子情報通信学会論文誌Ｂ、ｖｏｌ．Ｊ９６‐Ｂ，Ｎｏ．４，ｐｐ．４１０‐４１６，Ａｐｒ．２０１３）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来型のノイズ抑制素子は、主として磁性材料を中心にした薄板状の構成や円筒状のチップフェライトなどから構成されている。このため、特定の周波数におけるノイズ抑制素子を設計するには、材料の配合割合などを勘案せねばならず設計が一義的にできないという問題があった。さらに、周波数特性が磁性材料の透磁率特性などに支配されて、ミリ波などの高周波帯域では使用できないという問題があった。また、通信ケーブル用には、焼結フェライトが使用されており、重量的にも重いという課題があった。【０００５】  本発明は、こうした従来型のノイズ抑制素子の課題に対して、多重化、多層化した電気回路概念を導入して、従来の磁性材料に頼らず、広帯域で高周波帯域でも利用できる特性と機能性を持つノイズ吸収減衰素子を実現するという課題を解決するものである。なお、本願では、従来のように「ノイズ抑制素子」と表現せず、「ノイズ吸収減衰素子」と称しているが、これは単にノイズを抑制させるだけでなく、抵抗素子成分を導入して本案を実施すれば、減衰器として大きな透過減衰量（約−２０ｄＢ程度特）特性を持ち合わせている点からの命名である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記の課題を解決する手段につき、以下請求項の順に従って記す。
本願における、電気回路とは、電子回路や高周波回路一般を意味している。
請求項１は、本発明の構成方法を総括的に記したノイズ抑制減衰素子である。
本ノイズ吸収減衰素子は、基板上に導体のループ状の電気回路パターンを構成し、これに電気回路素子を装荷したものを多重化したり多層化したりする手段で、それぞれのループ回路の寸法や電気回路素子値に依存して共振する不要電磁波周波数を選択する手段で、共振領域周波数の広帯域化と高周波帯域でも利用出来るノイズ吸収減衰素子を実現している。なお、電気回路素子とは、通常の抵抗、インダクタ、キャパシタやなどの受動素子の他、ダイオード、可変容量素子などの能動素子一般を意味している。本発明では、電気回路素子として能動素子を使用する場合、各素子への給電線を簡単化することも解決課題である。この課題は、給電線を＋、−の電源端子間において一本で統一する方法、および給電、受電側端子をそれぞれ共有化する方法で解決している。さらに、ループ回路の形状は矩形、円形など対策状況に応じて任意の形状を採用する手段を導入している。
共振特性よってエネルギを停留させる手段は、前記［背景技術］のように公知であるが、本発明では、鋭い純共振特性を利用するのではなく、個々のループ回路の抵抗成分やループ長を常に微調整して純共振特性を鈍化させる手段で吸収減衰周波数域の広帯域化を図っている。この場合、回路が所有する共振特性よって、再放射界が発生し得るが、この問題は、鉄材を含む薄い磁性材料などの微小片をループ回路面や近傍に分布させるか、または全面的に装荷する磁気遮蔽手段で解決している。これは、再放射界の近傍界磁界は、準静磁界であることを考慮しての改善手段である。【０００７】  本ノイズ吸収減衰素子は、ノイズ対策箇所の形態によって、円筒型にしたり、球体状にしたり出来る材料構成とし、対策対象によって現場で即応できる形態を実現することも解決課題である。このために、本ループ回路などを構成している基板材料は、一般に使用されているプリント基板のような、硬質材料を使用せず、可塑性や切断性のある材料から成る基板材を導入する手段で解決している。このため、各回路は必ずしもプリントしなくてもよく、通常の導体線を用いる回路構成手段でもよい。この結果、本ノイズ吸収減衰素子は、構造的には、次のように分類される。つまり、基板片面上にループ状平面回路をプリントして構成した場合を１次元的なノイズ吸収減衰素子、基板両面をループ回路として利用する場合を２次元的ノイズ吸収減衰素子、任意方向からの不要磁界成分を吸収減衰させるために、球体状にそれぞれ独立したループ回路を複数構成する場合を３次元的ノイズ吸収減衰素子として分類している。したがって、各ループ回路は基板にプリントするだけでなく、金属線に回路素子を装荷してループ状に基板に巻き付ける手段も採用している。
なお、この場合、用途によっては常にイズ吸収減衰素子に可塑性持たせる必要がないことは勿論である。
さらに、一般に伝送線路やＰＣＢなどに、ノイズ抑制素子を装荷すると、伝送線路のインピーダンス不整合による反射が生じる。この問題に関して、本案では、不要電磁波入力端および終端をテーパ状にしたり、微小空孔を基板に設けたりする手段で解決している。以上の構成概念を総括的に記したのが請求項１である。このように、本発明のノイズ吸収減衰素子は、ノイズ吸収減衰作用を回路素子そのものと構成回路の共振現象におけるエネルギの停留性を微調節して達成するという手段を導入しているため、従来の磁性材料に依存する透磁率の周波数分散特特性に支配されず、一旦回路設計法が定まれば、波長短縮の原理に基づいて、ミリ波やテラヘルツ波に至る高周波域まで使用できる性能を持たせることが可能となる。【０００８】  請求項２は、請求項１記載のノイズ吸収減衰素子において、基板面に対して垂直方向に不要な抑制すべき磁界成分が分布している場合の構成形態に関する。
本案は、可塑性を有する基板面上の片面に多重化した電気回路素子を装荷しループ回路を構成し、共振現象による再放射磁界を抑制するために、基板背面側に磁気的性質を持つ薄い鉄片や磁性材による磁気遮蔽体を配置する手段で、この再放射磁界を抑制の問題に対処している。また、請求項２は、不要電磁波入射側の当該基板に複数の空孔を設け整合機能をもたせる手段で整合特性を改善したノイズ吸収減衰素子に関する。【０００９】  請求項３は、請求項１記載のノイズ吸収減衰素子において、基板両面に渡る閉回路パターンに電気回路素子を装荷してこの回路を多層化する手段によって、基板面に対して入射してくる伝送線路進行波と直行する方向の不要なノイズ磁界成分を効率よく吸収できるように構成したイズ吸収減衰素子に関する。
【実施例】
【００１０】  以下、本発明の実施例について記す。
図１は、請求項１に関する一実施例である。可塑性のある高周波回路基板（１）の片面に多重化したループ状の導体回路パターン（２）を作成し、これらの各ループ回路に電気回路素子（３）を装荷してある。本実施例は、矢印（２３）で示すように、基板面に垂直な不要電磁波の高周波磁界成分を効率よく吸収減衰できるように構成したもので、この多重化したループ回路構成によって、複数の共振周波数を実現して、ノイズ吸収減衰周波数を広帯域化および高周波化した場合の一実施例である。また、基板背面側（４）には、共振電流による再放射磁界を制御するために、点線で囲まれたグレー色で示す金属を含む磁気遮蔽材（５）を基板背面側に配置し、この再放射磁界を抑制する手段をとっている。さらに、伝送線路進行波（２２）の電波の入射端（６）側と出力端（７）側は、本ノイズ吸収減衰素子による線路上の不整合を避ける対策として、テーパ形状（８）としている。【００１１】  図２は、請求項２に関する一実施例である。電気回路素子（３）として、能動素子を用いる場合の給電線の配線（９）方法を示す一実施例である。能動素子としてＰＩＮダイオード（１０ａ）を装荷し、各ダイオードへの直流バイアス電圧を電源端子（１１）から印加し能動素子への給電方法を簡略化した場合の一実施例である。
本案では、能動素子の他、ループ回路にキャパシタ（１０ｂ）を装荷して電流の流れを制御している。このように、各ダイオードへの給電源を統一して給電しても、多重化したループ構成の導体回路パターン（２）を個別に共振させることは可能である。また、図２は、高周波回路基板（１）の電気定数に依存する入射波の不整合、つまり反射波を低減させるために、この基板に微小な空孔（１２）を設け、基板の材料定数を低減している実施例である。なお、本図２では、再放射磁界抑制用の金属を含む磁気遮蔽材（５）を装荷していない実施例である。【００１２】  図３は、請求項２に関する能動素子への給電方法を示す別の実施例である。同図のように、一本の給電線（１３）によって能動素子であるＰＩＮダイオード（１０）へ給電することを可能とした構成である。このように一本の給電線へ同一電圧を印加しても、ループサイズの違いから各ループ回路のもつインダクタンスが異なっており、異なった共振周波数が得られることになる。なお、本図２は、再放射磁界抑制用の金属を含む磁気遮蔽材（５）を装荷していない実施例である。【００１３】  図４は、請求項３に関する一実施例である。高周波回路基板（１）の面に対して不要電磁波の高周波磁界成分が図中の矢印（２３）で示すように水平方向を向く場合の不要電磁波の磁界成分を吸収減衰するための一実施例である。この場合は、基板両面に長さが異なるループ回路（１４）を巻き付けるように構成して基板面に水平な向きの不要磁界成分に対処している。本実施例は、電気回路素子１個を長さが異なるループ回路（１４）に装荷した場合である。勿論、複数個の回路素子を直列、並列にして構成してもよい。各ル−プ回路が、不要電磁波の周波数に応じて共振し、エネルギを停留させ、かつ回路素子が有する抵抗成分などを利用して通信線路や伝送線路に生じる不要電磁波を吸収減衰させている。なお、この実施例では、再放射界を抑制するための金属を含む磁気遮蔽材（５）は、同図の基板平面上に配置している。また、この場合、ループ回路は、必ずしも基板上に回路パターンを作成しなくても、通常の導電性線路で構成してもよい。【００１４】  図５は、シリコン樹脂などの可塑性のある高周波回路基板（１）としての平板回路を円筒状に丸めた構造（１５）で、通信線路や伝送線路に巻き付けるように構成した請求項３に関する別の一実施例である。この場合は、ループ回路（１６）の長さが同一であることから、装荷する能動素子（１７）に対して異なる回路素子（１８）をそれぞれのループ回路に装荷して、異なった周波数の不要電磁波に共振できるよう構成している。なお、能動素子を用いず抵抗素子だけでも減衰器として機能し、ノイズ吸収減衰素子が実現できる。【００１５】  さらに、この円筒状ノイズ吸収減衰素子を図６に示すテーパ状（１９）や微小空孔を設ける手段で構成すれば、高周波帯における入射電波に対して整合機能を備えることが出来る。【００１６】  図７は、本発明を３次元の球体状に構成した請求項３に関する別の実施例である。これは低誘電率の球状媒質（２０）に、電気回路素子（３）を装荷した導体線を巻いたコイル（２１）群から成っている。各コイル（２１）の向きを種々の向きに設定して巻く��とにより、種々の到来方向からの不要ノイズ波に共振し吸収減衰させるタイプのノイズ吸収減衰素子である。この球状媒質の中心部には、再放射磁界抑制用の金属を含む磁性材料を装荷してある。この実施例の全方位型ノイズ抑制減衰素子と称するものは、比較的大きな筐体を有する場合の不要放射電磁波対策に有効であるが、微小サイズ構成によって狭い空間にも適用できる。なお、コイルに装荷するキャパシタ、能動素子などの電気回路素子（３）の図は、同図中の一コイルだけに描き他は省略している。なお、本発明の構成形態において、再放射界抑制のために磁性材料を装荷しても共振が阻害されず十分な共振特性が実現出来るか否かは、コイルに強い交番磁界を印加した場合の共振による発熱特性、つまり温度上昇の観点からも実証している。
【産業上の利用可能性】
【００１７】    一般の電波伝送線路や集積回路基板からのノイズ抑制対策、空間伝播時の電磁波干渉など様々なＥＭＣ問題に関して、従来多くの場合フェライト材に代表される磁性系材料が使われてきた。しかし、これらの材料は、所定の特性を実現するために種々の材料の混合割合、焼成温度、圧力、材料成分の調節など、多くの手間がかかる調整過程を必要としてきた。この結果、生産コストも高価となりがちであった。また、フェライト材は一般に重く、最近の微小化、軽量化が要求される電子デバイスには、不都合な面を持ち合わせている。
本発明は、こうした現状の各種電子デバイスにおけるフェライト応用領域において、脱フェライト化を提案する一つの新規な発明である。すなわち、デバイスの軽量化を図る共に、一旦ある周波数で設計指針が定まれば、波長短縮原理に準じて回路の設計が任意周波数で可能となり、量産可能な電気回路概念で従来のノイズ抑制技術を改善する発明である。実用性に加えて、従来技術の発想の転換を図る意味でも、本発明は工業上、産業上の応用価値が広い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】
【００１９】多重化したループ回路構成によりよる広帯域化したノイズ吸収減衰素子。
【図２】
【００２０】ノイズ吸収減衰素子に能動素子を用いる場合の給電線の配線方法を示す図。
【図３】
【００２１】ノイズ吸収減衰素子に能動素子を用いる場合の給電線の別の配線方法を示す図。
【図４】
【００２２】不要電磁波の高周波磁界成分の水平方向成分が基板面に対して水平となる場合のノイズ吸収減衰素子の構成法を示す一実施例の図。
【図５】
【００２３】可塑性の高周波回路基板としての平板回路を円筒状に丸めて利用する場合のノイズ吸収減衰素子の構成法を示す一実施例の図。
【図６】
【００２４】平板回路基板を円筒状に丸めて利用する場合のノイズ吸収減衰素子において円筒をテーパ形状とした場合の形態を示す図。
【図７】
【００２５】３次元の球体状に構成した実施例。
【符号の説明】
【００２６】１――高周波回路基板、
２――ループ状の導体回路パターン、
３――電気回路素子、
４――基板背面側、
５――金属を含む磁性材料、
６――電波の入射端、
７−−出力端、
８――テ−パ形状、
９――給電線の配線、
１０――ＰＩＮダイオード、
１１――電源端子、
１２――微小な空孔、
１３――一本の給電線、
１４――長さ異なるループ回路、
１５――平板回路を円筒状に丸めた構造、
１６――ループ回路、
１７――能動素子、
１８――異なる回路素子、
１９――テーパ状、
２０――低誘電率の球状媒質，
２１――コイル。
２２――伝送線路進行波，
２３――矢印。
【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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