(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態は、設計の自由度が高いＥＢＧ構造体を提供する。【解決手段】本発明の一態様としての構造体は、誘電体と、導体基板と、複数の導体板と、複数のスルーホールビアと、複数の導体片と、を備える。前記導体基板は、前記誘電体の第１面に設置される。前記複数の導体板は、前記第１面に対向する前記誘電体の第２面上において、互いに隙間を設けて設置される。前記複数のスルーホールビアは前記複数の導体板それぞれごとに設けられて、前記誘電体を貫通して、前記複数の導体板の１つと前記導体基板とを接続する。前記複数の導体片は、前記第２面上に設置され、少なくとも一部分が前記隙間内に存在する。【選択図】図１
2019054456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、
前記誘電体の第１面に設置された導体基板と、
前記第１面に対向する前記誘電体の第２面上において、互いに隙間を設けて設置された複数の導体板と、
前記誘電体を貫通して、前記複数の導体板の１つと前記導体基板とを接続する、前記複数の導体板それぞれごとに設けられた複数のスルーホールビアと、
第１および第２先端部を有し、前記第２面上に設置され、少なくとも前記第１先端部が前記隙間内に存在する複数の導体片と、
を備える構造体。
【請求項２】
前記複数の導体片が存在することにより、前記複数の導体板同士間の容量性結合の強さが、前記複数の導体片が存在しないときと異なる
請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
第１導体板と、前記第１導体板と隣接する第２導体板と、前記第１導体板が前記第２導体板と隣接する方向とは垂直の方向で、前記第１導体板と隣接する第３導体板と、前記第２導体板および前記第３導体板と隣接する第４導体板と、が前記複数の導体板に含まれ、
前記第１ないし第４導体板のそれぞれは、前記複数の導体片の少なくともいずれかを介して、前記第１ないし第４導体板のうちの自身以外の導体板と電気的に接続されている
請求項１または２に記載の構造体。
【請求項４】
第１先端部が第１導体板と、第２先端部が第４導体板と、電気的に接続されている第１導体片と、
第２先端部が第２導体板と電気的に接続されている第２導体片と、
第２先端部が第３導体板と電気的に接続されている第３導体片と、
が前記複数の導体片に少なくとも含まれ、
前記第２導体片の第１先端部が、第１導体片を介して、前記第３導体片の第２先端部と電気的に接続されていることにより、前記第１ないし第４導体板のそれぞれが、前記複数の導体片の少なくともいずれかを介して、前記第１ないし第４導体板のうちの自身以外の導体板と電気的に接続されている
請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
第２先端部が第１導体板と電気的に接続されている第１導体片と、
第２先端部が第２導体板と電気的に接続されている第２導体片と、
第２先端部が第３導体板と電気的に接続されている第３導体片と、
第２先端部が第４導体板と電気的に接続されている第４導体片と、
が前記複数の導体片に少なくとも含まれ、
前記第１ないし第４導体片の各第１先端部が、直接または自身以外の導体片を仲介して、前記第１ないし第４導体片のうちの自身以外の導体片の各第２先端部と電気的に接続されていることにより、前記第１ないし第４導体板のそれぞれが、前記複数の導体片の少なくともいずれかを介して、前記第１ないし第４導体板のうちの自身以外の導体板と電気的に接続されている
請求項３に記載の構造体。
【請求項６】
第２先端部が第１導体板と電気的に接続されている第５導体片と、
第２先端部が第２導体板と電気的に接続されている第６導体片と、
第２先端部が第３導体板と電気的に接続されている第７導体片と、
第２先端部が第４導体板と電気的に接続されている第８導体片と、
が前記複数の導体片にさらに含まれ、
前記第１ないし第８導体片の各第１先端部が、直接または自身以外の導体片を仲介して、前記第１ないし第８導体片のうちの自身以外の導体片の各第２先端部と電気的に接続されていることにより、前記第１ないし第４導体板のそれぞれが、前記複数の導体片の少なくともいずれかを介して、前記第１ないし第８導体片のうちの自身以外の導体板と電気的に接続されている
請求項５に記載の構造体。
【請求項７】
前記複数の導体片が、前記第１ないし第４導体板により形成される格子の対角線のいずれかに略平行である
請求項３ないし６のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
前記複数の導体片の前記第２先端部が、対応する導体板に直接接続されている
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
前記導体片が、正方形の複数の導体小片から形成される場合において、
前記導体小片の一辺が、前記誘電体を伝搬する電磁波の、前記誘電体の伝搬時の波長の２０分の１以下である
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
誘電体と、
前記誘電体の第１面に設置された導体基板と、
前記第１面に対向する前記誘電体の第２面上において、隙間を設けて設置された複数の導体板と、
前記誘電体を貫通して、前記複数の導体板の１つと前記導体基板とを接続する、前記複数の導体板それぞれごとに設けられた複数のスルーホールビアと、
を備える構造体の製造方法であって、
前記第２面において、導体小片を設置する、または金属を被覆することにより、少なくとも一部分が前記隙間内に存在する導体片を生成または変形するステップ
を備える構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、構造体および構造体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の周波数帯域の電磁波を遮断する電磁バンドギャップ（ＥＢＧ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）構造を有する構造体を用いて、電磁波によるノイズを抑えることが知られている。ＥＢＧ構造は、隙間（ギャップ）を空けて格子状に配置された複数の金属板（パッチ）などから形成される。これらのパッチのサイズ、パッチ同士間の隙間のサイズなどにより、遮断される周波数帯域、遮断量といったＥＢＧ構造体が有する周波数特性が定まる。
【０００３】
ゆえに、所望の周波数特性によりＥＢＧ構造体の仕様が決定してしまい、ＥＢＧ構造体の設計の自由度は低い。また、ＥＢＧ構造体が製造された後に、所望の周波数特性が変化してしまうと、ＥＢＧ構造体を一から作り直すしかなく、費用と時間を新たに要するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１８９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、設計の自由度が高いＥＢＧ構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての構造体は、誘電体と、導体基板と、複数の導体板と、複数のスルーホールビアと、複数の導体片と、を備える。前記導体基板は、前記誘電体の第１面に設置される。前記複数の導体板は、前記第１面に対向する前記誘電体の第２面上において、互いに隙間を設けて設置される。前記複数のスルーホールビアは前記複数の導体板それぞれごとに設けられて、前記誘電体を貫通して、前記複数の導体板の１つと前記導体基板とを接続する。前記複数の導体片は、前記第２面上に設置され、少なくとも一部分が前記隙間内に存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造体を説明する斜視図。
【図２】導体片の第１の配置例を示す図。
【図３】導体片の第２の配置例を示す図。
【図４】導体片の第３の配置例を示す図。
【図５】導体片の第４の配置例を示す図。
【図６】導体片によるＥＢＧ構造の周波数特性の変化の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る構造体を説明する斜視図である。本発明の一実施形態に係る構造体は、誘電体基板１と、導体基板２と、複数の導体板（パッチ）３と、複数のスルーホールビア４と、複数の導体片５と、を備える。なお、符号の添え字のアルファベットは同じ符号の各個体の区別のために付されている。また、誘電体基板１は、説明の便宜上、外枠が点線の透明な直方体にて示されている。
【００１０】
誘電体基板１は、ある表面にて導体基板２と接している。本説明では、導体基板２と接する表面を基準面（第１表面）と記載する。また、誘電体基板１は、基準面とは反対側の表面にて、複数のパッチ３および複数の導体片５と接する。本説明では、パッチ３と接する面をパッチ面（第２表面）と記載する。図１では、図１の座標軸のＺ軸の正の方向を上とすると、誘電体基板１の上面がパッチ面であり、下面が基準面である。
【００１１】
なお、誘電体基板１が有する誘電率は、特に限られるものではなく、構造体の所望の特性などに基づいて定められればよい。
【００１２】
導体基板２は、電位の基準として用いられる。導体基板２とグランドとが接続され、導体基板２の電位がグランド電位とされてもよい。
【００１３】
パッチ３は、パッチ面上に格子状に配置される。図１では、パッチ３Ａと、パッチ３Ａと隣接するパッチ３Ｂと、パッチ３Ａがパッチ３Ｂと隣接する方向（図１ではＹ方向）とは垂直の方向（図１ではＸ方向）で、パッチ３Ａと隣接するパッチ３Ｃと、パッチ３Ｂおよびパッチ３Ｃと隣接するパッチ３Ｄと、が示されている。
【００１４】
なお、図１に示された範囲は、本実施形態の構造体の一部分だけであってもよい。図１に示された範囲の外にも誘電体基板１および導体基板２が広がっており、パッチ３、スルーホールビア４、および導体片５がさらに存在してもよい。
【００１５】
例えば、図１の座標軸のＸ方向にｍ（ｍは２以上の整数）個のパッチ３が、Ｙ方向にｎ（ｎは２以上の整数）個のパッチ３が配置され、ｍ×ｎの行列状に配置されてもよい。図１に示された構造体の一部分は、このｍ×ｎ行列の２×２行列の部分であってもよい。
【００１６】
パッチ３同士間には隙間が設けられてあり、当該隙間にキャパシタンス成分が生じる。また、パッチ３と導体基板２との間にもキャパシタンス成分が生じる。また、パッチ３自体にはインダクタンス成分が生じる。
【００１７】
スルーホールビア４は、それぞれ１つのパッチ３と対応しており、誘電体基板１を貫通して、パッチ３と導体基板２とを接続する。これにより、スルーホールビア４には、インダクタンス成分が生じる。なお、本説明では、１つのパッチ３とそれに付随するスルーホールビア４との組み合わせをユニットと記載する。
【００１８】
上記のインダクタンス成分およびキャパシタンス成分により、特定の周波数帯域の電磁波が遮断される。つまり、図１に示された構造はＥＢＧ構造と言え、本実施形態の構造体は、ＥＢＧ構造を有するＥＢＧ構造体と言える。なお、本実施形態のＥＢＧ構造は、マッシュルーム構造と称される。
【００１９】
ＥＢＧ構造体は、不要な周波数帯域の電磁波を遮断する用途として用いられる。例えば、パワーアンプの筺体内にＥＢＧ構造体を設置することにより、パワーアンプの回路から発振されたノイズを抑えることができる。以降、ＥＢＧ構造により遮断される周波数帯域を遮断帯域と記載する。
【００２０】
遮断帯域などのＥＢＧ構造体の周波数特性は、パッチ３のサイズ、パッチ３同士間の隙間のサイズ、ユニットの個数などによって定まる。例えば、行列配置するユニットの数を増加させることにより、遮断量を大きくする、あるいは、ユニットの配列間隔を調整することにより、遮断帯域を変化させるといったことが考えられる。ゆえに、ＥＢＧ構造体に所望の周波数特性を持たせるためには、シミュレーションによりＥＢＧ構造体の仕様を決定し、当該仕様に沿ってＥＢＧ構造体を製造する必要がある。そのため、現状では製造済みのＥＢＧ構造体の周波数特性を変化させることは容易ではない。
【００２１】
導体片５は、ＥＢＧ構造の周波数特性を調整するために設置されたものである。導体片５は、パッチ面上に配置される。そして、導体片５の少なくとも一方の先端部（第１先端部）はパッチ３同士間の隙間内に存在する。導体片５の他方の先端部（第２先端部）は、対応するパッチ３に接続または近接していることを想定する。
【００２２】
このように導体片５が配置されることにより、パッチ３同士間の電気的距離が短くなる。これにより、パッチ３同士間の容量性結合の強さが、導体片６が存在しないときと異なるため、ＥＢＧ構造体の周波数特性が変わることになる。
【００２３】
例えば、図１では、パッチ３Ａないし３Ｄのそれぞれは、導体片５Ａないし５Ｈの少なくともいずれかを介して、パッチ３Ａないし３Ｄのうちの自身以外のパッチ３と、電気的に接続される。例えば、パッチ３Ａは、導体片５Ａ、５Ｇ、５Ｈ、および５Ｆを介して、パッチ３Ｂと電気的に接続される。また、導体片５Ａおよび５Ｃを介して、パッチ３Ｃと電気的に接続される。また、導体片５Ａ、５Ｇおよび５Ｄを介して、パッチ３Ｄと電気的に接続される。このようにして、導体片５により、パッチ３同士間の容量性結合の強さが変化する。
【００２４】
導体片５は、例えば、複数の導体小片を繋げて設置することにより形成されてもよい。あるいは、金属を被覆することにより、形成されてもよい。また、既に設置されている導体片５同士間の間を繋ぐことにより、より大きな導体片５が形成されてもよい。例えば、予め導体小片を設置するための一繋ぎの窪みを設けておき、導体小片を当該窪みに設置して導体片５を形成しておく。そして、周波数特性を変化させたいときは、導体片５同士間に介在する窪みに導体小片を設置することにより、導体片５を繋ぎ合わせてもよい。逆に、導体小片を外して、導体片５を複数に分割してもよい。また、設置済みの導体小片同士の隙間を金属で被覆することにより、導体片５が形成されてもよい。
【００２５】
本実施形態の導体片５は誘電体基板１の表面上に設置される。そのため、導体片５の大きさおよび位置をＥＢＧ構造体製造後も調整することができる。ゆえに、ＥＢＧ構造の周波数特性を後から調整することができ、所望の周波数特性が変化してもＥＢＧ構造体を一から作り直す必要がない。したがって、本実施形態によれば、既存のＥＢＧ構造体を活用して、従来よりも短時間かつ安価に、所望の周波数特性を有するＥＢＧ構造体を製造することができる。
【００２６】
なお、導体片５を構成する導体小片の一辺は、誘電体基板１を伝搬する電磁波の、誘電体基板１の伝搬時の波長の２０分の１以下であることが望ましい。このようなサイズの導体小片がＥＢＧ構造体の周波数特性に対して与える影響は、無視できる程度に小さい。ゆえに、例えば、複数の導体小片を予め隙間を開けて配置しておき、必要に応じて、導体小片を繋ぎ合わせて導体片５を形成することにより、ＥＢＧ構造体の周波数特性を変化させてもよい。
【００２７】
（第１の配置例）
導体片５の個数および配置について説明する。図２は、導体片５の第１の配置例を示す図である。第１の配置例では、格子状に配置された４つのパッチ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄによる隙間に、３つの導体片５Ａ、５Ｂ、および５Ｃが設置されている。なお、導体片５の両先端を第１先端部５１および第２先端部５２と記載する。
【００２８】
なお、第１の配置例の導体片５は直線状にて示されているが、必ずしも直線に限られるわけではない。以降の配置例においても同様である。
【００２９】
導体片５Ａの第１先端部５１Ａは、隙間を空けて、パッチ３Ａと電気的に接続する。導体片５Ａの第２先端部５２Ａは、隙間を空けて、パッチ３Ｄと電気的に接続する。これにより、パッチ３Ａとパッチ３Ｄは、導体片５Ａを介して電気的に接続されている。
【００３０】
導体片５Ｂの第２先端部５２Ｂは、隙間を空けて、パッチ３Ｂと電気的に接続する。導体片５Ｃの第２先端部５２Ｃは、隙間を空けて、パッチ３Ｃと電気的に接続する。そして、導体片５Ｂの第１先端部５１Ｂは、導体片５Ａを介して、導体片５Ｃの第１先端部５１Ｃと電気的に接続する。これにより、パッチ３Ｂとパッチ３Ｃは、導体片５Ａ、５Ｂ、および５Ｃを介して電気的に接続される。また、パッチ３Ａとパッチ３Ｂは導体片５Ａおよび５Ｃを介して電気的に接続され、パッチ３Ａとパッチ３Ｂは導体片５Ａおよび５Ｃを介して電気的に接続される。同様に、パッチ３Ｂとパッチ３Ｄ、およびパッチ３Ｃとパッチ３Ｄも電気的に接続される。
【００３１】
このように、第１の配置例において、パッチ３Ａから３Ｄのそれぞれは、導体片５の少なくともいずれかを介して、自身以外のパッチ３と電気的に接続されることになる。
【００３２】
（第２の配置例）
図３は、導体片５の第２の配置例を示す図である。第１の配置例と比べると、導体片５Ａが短いが、導体片５Ｄが追加されている。導体片５Ｄの第２先端部５２Ｄは、パッチ３Ｄと電気的に接続する。導体片５Ｄの第１先端部５１Ｄは、隙間を空けて、導体片５Ａの第１先端部５１Ａと電気的に接続する。
【００３３】
これにより、少なくとも導体片５Ｄを介することにより、パッチ３Ｄがその他のパッチ３Ａ、３Ｂ、および３Ｃと電気的に接続される。ゆえに、第２の配置例でも、パッチ３Ａから３Ｄのそれぞれは、導体片５の少なくともいずれかを介して、自身以外のパッチ３と電気的に接続されることになる。
【００３４】
なお、第１の配置例の導体片５Ａが２つに分けられて、隙間が設けられたことにより、第２の配置例のように変形することもできる。ゆえに、導体片５が分割されることにより、ＥＢＧ構造体の周波数特性が調整されてもよい。
【００３５】
（第３の配置例）
図４は、導体片５の第３の配置例を示す図である。第３の配置例は、第２の配置例で用いられた４つの導体片５を１セットとした場合に、導体片５が重ならないように２セットの導体片５を配置した例である。
【００３６】
第３の配置例でも、パッチ３Ａから３Ｄのそれぞれは、導体片５の少なくともいずれかを介して、自身以外のパッチ３と電気的に接続される。さらに、第３の配置例では、パッチ同士間の電気的接続のルートが２つある。例えば、パッチＡとパッチＤとの電気的接続は、導体片５Ａ、５Ｇ、および５Ｄを介するルートと、導体片５Ｅ、５Ｂ、および５Ｈを介するルートと、の２つある。ゆえに、第３の配置例では、第２の配置例よりも、各パッチ間の容量結合の度合いが強くなり、第２の配置例よりも遮断量が増加する。
【００３７】
（第４の配置例）
図５は、導体片５の第４の配置例を示す図である。第４の配置例は、第３の配置例において、導体片５の第２先端部５２とパッチ３とが隙間なく接続された構成である。なお、第１および第２の配置例においても、同様に、導体片５のいずれか一方の先端が、パッチ３に接続されていてもよい。
【００３８】
なお、第４の配置例では、全ての導体片５の第２先端部５２がいずれかのパッチ３に接続されているが、全てが接続されていなくともよい。所望の周波数特性に応じて、パッチ３に接続する導体片５を決定すればよい。
【００３９】
導体片５とパッチ３が接続されると、パッチ３のサイズが変化したことになるため、遮断帯域が変化する。ゆえに、例えば、第３の配置例において、導体片５とパッチ３との間の隙間を埋めて第４の配置例のようにすることにより、遮断帯域を変化させることができる。
【００４０】
図６は、導体片５によるＥＢＧ構造の周波数特性の変化の結果を示す図である。シミュレーション結果グラフ６１は、第３の配置例のＥＢＧ構造体における周波数特性のシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果グラフ６２は、第４の配置例のＥＢＧ構造体における周波数特性のシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果グラフ６３は、比較用であり、ＥＢＧ構造を有さない誘電体基板１における周波数特性のシミュレーション結果を示す。
【００４１】
第３の配置例のＥＢＧ構造体では、シミュレーション結果グラフ６１が示すように、遮断周波数帯域は８．０９から８．１９ＧＨｚまでの幅０．１ＧＨｚにおいて、遮断量が３０ｄＢの遮断特性が得られている。第４の配置例のＥＢＧ構造体では、シミュレーション結果グラフ６２が示すように、遮断周波数帯域が７．５６ＧＨｚから７．６６ＧＨｚまでの幅０．１ＧＨｚにおいて、遮断量が―３０ｄＢの遮断特性が得られている。このように、導体片５のサイズ、位置などを適宜変えることにより、周波数特性を変化させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、ＥＢＧ構造に対し、特定の位置に導体片５を加えることにより、ＥＢＧ構造の周波数特性を変更することができる。したがって、所望の周波数特性に応じて決定されていた、パッチ３のサイズ、パッチ３同士間の隙間のサイズなどが調整可能となり、ＥＢＧ構造体の設計の自由度が高くなる。
【００４３】
また、導体片５は既に製造された構造体に対し後から設置可能であるため、所望の周波数特性が変化した後でも、構造体を一から作り直す必要がなくなる。また、導体片５を設置後も導体片５の位置または長さを調整することにより、周波数特性の微調整も行うことができる。また、例えば、使用済みのＥＢＧ構造体に導体小片を適宜設置することにより、使用済みのＥＢＧ構造体を、周波数特性が異なる他の用途に流用することも可能となる。
【００４４】
なお、各配置例にて示したような、格子状に並ぶ４つのパッチを１つのグループと捉えると、１つのグループの周波数特性と、所望の周波数特性と、を比較することにより、必要とするグループの個数を容易に算出することができる。
【００４５】
本実施形態の構造体の設置先は特に限られるものではない。通信装置、アンテナ、回路などの電磁波を放出するまたは受け取る機器の近くに、本実施形態の構造体を設置することにより、不要な周波数帯域の電磁波を防ぐことができる。例えば、デジタル回路、アナログ回路、デジタル・アナログ混在回路、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路、またはアンテナ回路などを搭載する基板を覆う筐体に、本実施形態の構造体が設けられてもよい。あるいは、超伝導システム、ＳＯＣ（Ｓｙａｔｅｍ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）、擬似ＳＯＣを内蔵した装置内に、本実施形態の構造体が設けられてもよい。
【００４６】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１  誘電体
２  導体基板
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  導体板
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ  スルーホールビア
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ  導体片
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｆ、５１Ｇ、５１Ｈ  第１先端部
５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅ、５２Ｆ、５２Ｇ、５２Ｈ  第２先端部
６１、６２、６３  シミュレーション結果グラフ
【図１】
2019054456.tif 000003
【図２】
2019054456.tif 000004
【図３】
2019054456.tif 000005
【図４】
2019054456.tif 000006
【図５】
2019054456.tif 000007
【図６】
2019054456.tif 000008