(57)【要約】【課題】  電磁バンドギャップ構造を小型化すること。【解決手段】  電磁バンドギャップ素子は、互いに平行な第１の面および第２の面にそれぞれ形成される第１の面状の導体および第２の面状の導体と、第１の面および第２の面に平行な面であって、第１の面および第２の面の間の、少なくとも１つの第３の面に形成される第１の線状の導体と、を有し、第１の線状の導体を介して第１の面状の導体と第２の面状の導体とが接続されて構成される。【選択図】  図１
2015041876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な第１の面および第２の面にそれぞれ形成される第１の面状の導体および第２の面状の導体と、
前記第１の面および前記第２の面に平行な面であって、前記第１の面および前記第２の面の間の、少なくとも１つの第３の面に形成される第１の線状の導体と、
を有し、
前記第１の線状の導体を介して前記第１の面状の導体と前記第２の面状の導体とが接続されて構成されることを特徴とする電磁バンドギャップ素子。
【請求項２】
前記第１の線状の導体は、少なくとも一部において渦巻き形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項３】
前記第１の線状の導体は、少なくとも一部において蛇行形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項４】
２つ以上の前記第３の面において、当該２つ以上の第３の面のそれぞれにおいて２つ以上の前記第１の線状の導体が形成され、前記２つ以上の第１の線状の導体のそれぞれが端部において互いに接続されて１つの線状の導体が形成され、
前記１つの線状の導体を介して前記第１の面状の導体と前記第２の面状の導体とが接続されるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項５】
前記第１の面の垂直方向から見て、前記２つ以上の第１の線状の導体のうちの２つの第１の線状の導体について、それぞれの少なくとも一部が重なると共に、その一部において電流の向きが同じ向きとなるように、前記２つの第１の線状の導体が形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項６】
前記第１の面において第２の線状の導体が形成され、
前記第２の線状の導体は、１つの端部において前記第１の面状の導体に接続されると共に逆側の端部において前記第１の線状の導体に接続され、前記第１の線状の導体が前記第２の面状の導体に接続されることにより、前記第１の面状の導体と前記第２の面状の導体とが前記第１の線状の導体を介して接続されるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項７】
前記第１の面の垂直方向から見て、前記第１の線状の導体および前記第２の線状の導体のそれぞれの少なくとも一部が重なると共に、その一部において電流の向きが同じ向きとなるように、前記第１の線状の導体および前記第２の線状の導体が形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項８】
前記第２の線状の導体は、少なくとも一部において渦巻き形状を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項９】
前記第２の線状の導体は、少なくとも一部において蛇行形状を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電磁バンドギャップ素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の電磁バンドギャップ素子を１次元または２次元に配列して形成されることを特徴とする電子回路。
【請求項１１】
互いに平行な第１の面および第２の面にそれぞれ形成される第１の面状の導体および第２の面状の導体と、
前記第１の面状の導体と前記第２の面状の導体とに挟まれた誘電体領域内に、前記第１の面および第２の面と平行に配置される複数の線状の導体と、を有し、
前記複数の線状の導体の端部をビアによって接続することで、連続した導体としたことを特徴とする導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の周波数帯域において電磁波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ（ＥＢＧ：  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）構造を有する素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特定の周波数帯域の電磁波の伝搬を阻止するための電磁バンドギャップ技術が検討されている。電磁バンドギャップ構造は磁気壁効果を示すため、アンテナの低背化に利用することが可能である。
【０００３】
一定のギャップ間隔で導体パッチを同一平面にアレイ状に配置し、導体パッチと平行したグランド導体に導体パッチから導通ビアを接続したマッシュルーム構造が、電磁バンドギャップ素子の構造として一般的である（特許文献１参照）。また、特許文献２には、平行平板間にオープンスタブを挿入した電磁バンドギャップ素子の構造について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５１０８８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１０１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のマッシュルーム型の電磁バンドギャップ構造は、一つのセルが大きく、小型の電子機器への内蔵には適さないという課題があった。なお、例えば、特許文献２に記載の技術により、オープンスタブを使用して電磁バンドギャップ構造を小型化することができるが、更なる小型化が要求されている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電磁バンドギャップ構造の小型化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による電磁バンドギャップ素子は、互いに平行な第１の面および第２の面にそれぞれ形成される第１の面状の導体および第２の面状の導体と、前記第１の面および前記第２の面に平行な面であって、前記第１の面および前記第２の面の間の、少なくとも１つの第３の面に形成される第１の線状の導体と、を有し、前記第１の線状の導体を介して前記第１の面状の導体と前記第２の面状の導体とが接続されて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電磁バンドギャップ構造を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１の電磁バンドギャップ素子の単位セル構造を示す概略図。
【図２】実施形態１の電磁バンドギャップ素子の単位セル構造の断面図。
【図３】実施形態１の電磁バンドギャップ素子の内層に形成される導体の構成例を示す平面図。
【図４】一般的な電磁バンドギャップ構造を示す概略図。
【図５】一般的な電磁バンドギャップ構造の単位セルの等価回路図。
【図６】電磁バンドギャップ素子の寸法の一例を示す図。
【図７】実施形態１の電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示す図。
【図８】電磁バンドギャップ素子において、渦巻き形状の構造を１層とした場合の単位セルの分散特性を示す図。
【図９】実施形態１の内層の導体パターンの構成例を示す図。
【図１０】実施形態１の電磁バンドギャップ素子の内層に形成される導体の別の構成例を示す平面図。
【図１１】図１０の導体構成を内層に有する電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示す図。
【図１２】実施形態２の電磁バンドギャップ素子の単位セル構造を示す概略図。
【図１３】実施形態２の電磁バンドギャップ素子の単位セル構造の断面図。
【図１４】実施形態２の電磁バンドギャップ素子の表層と内層に形成される導体の構成例を示す平面図。
【図１５】実施形態２の電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示す図。
【図１６】実施形態２の電磁バンドギャップ素子の表層と内層に形成される導体の別の構成例を示す平面図。
【図１７】図１６の電磁バンドギャップ素子の寸法の一例を示す図。
【図１８】図１６の導体構成を内層に有する電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
＜＜実施形態１＞＞
本実施形態では、面状の導体パッチとグランド導体とを平行な２つの面に配置する電磁バンドギャップ素子において、この２つの面の間の面で、これらの面と平行な２つの面に、それぞれ線状の導体を形成する。すなわち、４層の平行な面において導体が形成され、その１番上の面に導体パッチが、１番下の面にグランド導体がそれぞれ配置され、内層の２つの面において線状の導体が形成される。そして、２番目の面の線状の導体の１つの端部がビアを介して導体パッチに接続されると共に、反対側の端部が同様にビアを介して、３番目の面の線状の導体の１つの端部に接続される。３番目の面の線状の導体の１つの端部は上述のようにビアを介して２番目の面の線状の導体の端部に接続され、反対側の端部はビアを介してグランド導体に接続される。すなわち、本実施形態においては、４層にそれぞれ形成される導体は全て接続されることとなり、従来のマッシュルーム構造の電磁バンドギャップ素子の導体パッチとグランド導体とを接続するビアが変形したような構造をとることとなる。以下、この構造について詳細に説明する。なお、以下では、「線状導体」などの文言を使用するが、この導体は、厳密には、１つの面上に、薄い導体板をプリントすることによって形成される場合が多い。このため、ここでは、実際には板として形成される場合でも、導体板が延伸して１つの線を形成するような形状であるものをも含めて「線状導体」と呼ぶ。
【００１２】
図１は本実施形態における、電磁バンドギャップ素子の単位セル構造を一般的な４層プリント基板に構築した状態を示す概略図である。なお、図１は、内部の導体構造の説明のため、その一部を透過図としている。図２は、図１の単位セル構造をＸ軸方向（ＹＺ平面に垂直な方向）の１つ（図１の左下から右上に向く方向）から見た場合の断面図である。
【００１３】
図１および図２に示した電磁バンドギャップ素子は、表層の導体パッチ１０１、グランド導体１０２、導体パッチ１０１とグランド導体１０２の間を充填する誘電体１０３、ビア１０４〜１０６、及び内層の渦巻き形状の導体１０７並びに１０８を有する。表層の導体パッチ１０１は、ビア１０４を介して内層の第１の渦巻き形状の導体１０７と接続され、最下層のグランド導体１０２は、ビア１０６を介して内層の第２の渦巻き形状の導体１０８と接続されている。また、内層の、第１の渦巻き形状の導体１０７及び第２の渦巻き形状の導体１０８は、ビア１０５によって互いに接続されている。本構成においては、導体パッチ１０１が形成される第１の面とグランド導体１０２が形成される第２の面に挟まれた誘電体領域内に、複数（この場合２つ）の線状の導体が、第１の面および第２の面と並行に配置される。そして、これらの複数の線状の導体は、端部においてビアで接続され、連続した導体構造を有することとなる。
【００１４】
図３は、内層の渦巻き形状の導体１０７及び１０８を、平面図として示した図である。なお、図３は、図１における上面方向（ＸＹ平面に垂直で、第１の渦巻き形状の導体１０７の奥に第２の渦巻き形状の導体１０８が見える方向）から見た場合の、渦巻き形状の導体１０７及び１０８を示している。２つの渦巻き形状の導体１０７及び１０８は、互いに同じ巻き方向の渦巻き形状を有し、各渦巻きの外周側の端部（図３では左上の端部）において、ビア１０５で接続される。各渦巻き形状の中心側の端部は、それぞれビア１０４及び１０６を介して、表層及びグランド層の導体にそれぞれ接続される。
【００１５】
次に、本実施形態における、渦巻き構造のリアクタンス成分の増加が与える効果に関して説明するため、一般的なＥＢＧ（電磁バンドギャップ）素子の動作に関して説明する。図４は、一般的なＥＢＧ構造例の斜視図である。一般にＥＢＧ構造は導体パッチ４０１と導通ビア４０２、裏面のグランド導体４０３、及び誘電体４０４によって構成される。なお、誘電体４０４は空気層の場合もある。導通ビア４０２は誘電体４０４を貫通し、導体パッチ４０１と裏面のグランド導体４０３とを導通するように構成される。
【００１６】
図４では、３×３の２次元配列のセル構成となっているが、説明の簡単のため単位セル（１つのセル）に着目すると、単位セルの等価回路は、図５のように表現できる。
【００１７】
直列誘導性リアクタンス５０１は、導体パッチ４０１の、グランド導体４０３と平行な方向における長さに対応し、直列容量性リアクタンス５０２は、周期的に配列された導体パッチの、隣接導体パッチ間のギャップに対応する。一方、並列誘導性リアクタンス５０３は、導体パッチ４０１とグランド導体４０３との間を導通する導通ビア４０２と対応する。また、信号線とグランド間に並列に接続された容量性リアクタンス５０４は、導体パッチ４０１とグランド導体４０３との間のギャップに対応する。また、グランド５０５は、グランド導体４０３に相当する。
【００１８】
直列素子５０１と５０２とにより形成される直列共振回路の共振周波数と、並列素子５０３と５０４とにより形成される並列共振回路の共振周波数との間の周波数帯域で位相定数が０になり、この周波数帯域が電磁波を透過しないバンドギャップ帯域となる。したがって、直列共振周波数と並列共振周波数とを調整することにより、所望の周波数帯域においてバンドギャップ特性が得られるように、回路を設計することができる。図４のＥＢＧ構造においては、導体パッチのサイズ、隣接パッチとの間隔、及びビア径・ビア長さなどのパラメータを調節することにより、所望の周波数帯域で電磁波を遮断させる構造とすることができる。
【００１９】
ここで、図１及び図２で示した電磁バンドギャップ素子の単位セル構造に関する等価回路を考えると、本実施形態の回路では、ビア１０４、内層の渦巻き形状の導体１０７、ビア１０５、内層の渦巻き形状の導体１０８、ビア１０６が順に直列に接続されている。このため、これらの全てが、図５における並列素子５０３に相当する。線状導体のリアクタンス成分はその長さに応じて増大し、また、並列共振回路においては、リアクタンス成分が増加すると共振周波数を下げる効果が得られる。
【００２０】
図４の一般的なＥＢＧ構造では、並列共振回路のリアクタンス成分を増加するためには基板厚の増加等が必要となり、その結果表層導体パッチの容量成分の低下等、他の設計パラメータにも影響を与えてしまう。一方で、本実施形態に係る構造によれば、基板の厚さや表層導体パッチの寸法などの他の設計寸法にほとんど影響を与えることなく、導体としての経路長を延長するだけで、並列共振回路のリアクタンス成分を増加させる事ができる。したがって、一般的なＥＢＧ構造に対して、同等の寸法条件で、より低い共振周波数を実現することが可能となり、バンドギャップ設計の自由度を向上させることができる。また、従来と同様のリアクタンス成分を実現するために、本実施形態に係る構造で必要となる寸法を縮小することができる。すなわち、電磁バンドギャップ素子を小型化することが可能となる。
【００２１】
本実施形態の電磁バンドギャップ素子に関して、回路計算及び解析を行った。この回路計算及び解析で用いた寸法の概要を図６に示す。図６に示すように、以下の回路計算及び解析においては、単位セルサイズを２．１ｍｍ×２．１ｍｍとし、表層の導体パッチ１０１のサイズを２．０ｍｍ×２．０ｍｍとした。４層構造のＦＲ−４基板として、基板厚及び層間の距離等は標準的な数値を用いるものとし、ここでは説明を省略する。
【００２２】
図７は、本実施形態の電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示すグラフである。図７から、本実施形態の電磁バンドギャップ素子は、２．９ＧＨｚから３．３ＧＨｚ付近の周波数帯域の範囲で位相定数が０となるバンドギャップ特性７０１を持つ事がわかる。次に、比較のために、内層の渦巻き形状の構造を１層のみとした場合の分散特性を図８に示す。渦巻き形状の構造が１層の場合の図８の特性と比べて、図７に示す本実施形態の電磁バンドギャップ素子の分散特性は、１００ＭＨｚ程度、周波数を低下させる事ができていることが分かる。すなわち、渦巻き形状の構造を２つ以上の層において形成することにより、効果的にリアクタンス成分を増加させることができていることがわかる。なお、渦巻き形状の構造が１層のみであったとしても、経路長の延長効果は得られるため、従来の電磁バンドギャップ素子と比べると、周波数を低下させることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、２つの同一の渦巻き形状の導体を使用したが、多層化して経路長を伸ばす事でリアクタンス成分を増加させることにより、バンドギャップ周波数を低下させることが可能である。図９に、経路長を伸ばすための導体パターンの例を示す。図９では、例えば、塗りつぶしの円で表された９０１は線状導体の端部同士をビアで接続する側の端子であり、白抜きの円で表された９０２は各線状導体が表層導体パッチもしくは最下層グランド導体に接続される端子を示す。９０３と９０４、９０５と９０６、９０７と９０８、９０９と９１０、９１１と９１２は、それぞれ対となる形状となっている。しかしながら、経路長を伸ばす目的においては、端部同士を接続する構成であればどのような組み合わせが用いられてもよく、また、３層以上の構造で多層化して接続されてもよい。
【００２４】
また、上述の構成において、内層の渦巻き形状の導体１０７及び１０８が互いに同じ巻き方向の渦巻き形状を有するように説明したが、これに限られない。例えば、図１０に示すように、第１の渦巻き形状の導体１００１と第２の渦巻き形状の導体１００２とが、逆の巻方向の渦巻き形状を有するようにしてもよい。
【００２５】
なお、この場合も、図２に示すように、第１の渦巻き形状の導体１００１は、渦巻きの内側の端点において、ビア１０４を介して導体パッチ１０１に接続され、渦巻きの外側の端点において、ビア１０５を介して第２の渦巻き形状の導体１００２と接続される。同様に、第２の渦巻き形状の導体１００２は、渦巻きの外側の端点において、ビア１０５を介して第１の渦巻き形状の導体１００１に接続され、渦巻きの内側の端点において、ビア１０６を介してグランド導体１０２と接続される。
【００２６】
このような構成とした場合、表層の導体パッチ１０１からの導通経路をたどると、導体パッチ１０１の中心部からビア１０４を介して１層目の渦巻き形状の導体１００１に接続され、１層目では中心から反時計回りに外周端に向かって導通することとなる。その後、外周側の端部からビア１０５を介して２層目の渦巻き形状の導体１００２に導通し、２層目では渦巻きの外周端から中心に向かってやはり反時計回りに導通することとなる。この結果、線状導体が形成される面の垂直方向から見て重なり合う、２つの渦巻き形状の各部分での電流の向きが基本的に同じ向きとなり、それぞれが形成する磁界も同じ向きとなる。このため、磁界が互いに強めあう効果が発生し、リアクタンス成分を効率的に増加させることとなる。なお、ここで説明したような渦巻き形状のように、全て又はほぼ全ての部分で電流の向きが同じ向きになる必要はなく、一部において電流の向きが同じになるように、各層に線状導体を形成してもよい。
【００２７】
図１１に、図１０に示す形状の導体を有する電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示す。図１１から、この構造は、１．５ＧＨｚ以上の周波数帯域において、位相定数が０となるバンドギャップ特性を持つ事がわかる。図３の導体を有する電磁バンドギャップ素子を用いた場合と比べても、リアクタンス成分をさらに効率的に増加させ、バンドギャップ周波数を低減することができている。
【００２８】
この例では２つの渦巻き形状の導体を使用したが、これに限られない。例えば、２層以上に多層化して経路長を伸ばし、重なり合った導体部分の電流の向きがなるべく同じ向きとなるように導体の形状を定める事により、リアクタンス成分をより効率的に増加させることができる。線状導体の構成に関しては、図９に示したような、様々な形状での導体構成を利用可能である。例えば、図９の９０３と９０４、９０５と９０６、９０７と９０８、９０９と９１０、９１１と９１２は、それぞれ対となる形状となっており、多層化して重ね合わせた際に、その主要な導体部分を流れる電流が高周波的に同相になる様な形状をしている。このため、これらの導体を用いることによってもリアクタンス成分を効果的に増加させることができると期待できる。また、これらの形状の導体を３層以上の多層形状として構成する場合でも、それぞれの組み合わせの形状を交互に繰り返して重ねる事で、同様の効果を維持することができる。
【００２９】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１においては、２つの面に導体パッチとグランド導体とを形成し、その間の２つの面に、線状の導体を形成してこれらを接続することにより、リアクタンス成分を増加させる電磁バンドギャップ素子の構成について説明した。これに対して、本実施形態では、導体パッチと同じ面に１つの線状の導体を形成すると共に、導体パッチとグランド導体との間の１つの面において線状の導体を形成してリアクタンス成分を増加させる電磁バンドギャップ素子の構成について説明する。
【００３０】
図１２は本実施形態における、電磁バンドギャップ素子の単位セル構造を一般的な３層プリント基板に構築した状態を示す概略図である。なお、図１２は、内部の導体構造の説明のため、その一部を透過図としている。図１３は、図１２の単位セル構造をＸ軸方向（ＹＺ平面に垂直な方向）の１つ（図１の左下から右上に向く方向）から見た場合の断面図である。図１２に示すように、本実施形態の電磁バンドギャップ素子では、導体パッチの面状導体のうち中央がくりぬかれており、そのくりぬかれた部分に渦巻形状の線状導体が形成されている。すなわち、本実施形態においても、線状導体は２つの面において形成されるが、そのうちの１つは、導体パッチと同一面に形成される。なお、本実施形態では、導体パッチと同一面において線状導体が形成されるが、グランド導体が形成される面に線状導体が形成されてもよい。
【００３１】
図１２及び図１３の電磁バンドギャップ素子は、誘電体１２０３の基板の表面に導体パッチ１２０１及び渦巻き形状の導体１２０７を、誘電体１２０３基板の裏面にグランド導体１２０２を、そしてその２つの面の間に内層の渦巻き形状の導体１２０８を有する。そして、第１の渦巻き形状の導体１２０７の１つの端点は接続点１２０４において導体パッチ１２０１と接続され、逆側の端点はビア１２０５を介して第２の渦巻き形状の導体１２０８の１つの端点に接続される。また、第２の渦巻き形状の導体１２０８の１つの端点は、上述のとおり、第１の渦巻き形状の導体１２０７とビア１２０５を介して接続され、逆側の端点はビア１２０６を介してグランド導体１２０２に接続される。したがって、導体パッチ１２０１とグランド導体１２０２とは、渦巻き形状の導体１２０７及び１２０８とビア１２０５及び１２０６並びに接続点１２０４を介して１つの連続した導体となる。
【００３２】
本実施形態に係る電磁バンドギャップ素子は、渦巻き形状の導体の１つ（第１の渦巻き形状の導体１２０７）が、導体パッチ１２０１が形成される面と同一の面に形成され、例えば、図１２に示すように、導体パッチに囲まれて形成される。
【００３３】
図１４は、表層に形成される第１の渦巻き形状の導体１２０７と、内層に形成される第２の渦巻き形状の導体１２０８を、平面図として示した図である。図１４は、図１２における上面方向（ＸＹ平面に垂直で、第１の渦巻き形状の導体１２０７の奥に第２の渦巻き形状の導体１２０８が見える方向）から見た場合の、渦巻き形状の導体１２０７及び１２０８を示している。２つの渦巻き形状の導体１２０７及び１２０８は、互いに逆巻きの渦巻き形状を有する。すなわち、外側から内側（又はその逆）の巻き方向が、第１の渦巻き形状の導体１２０７は時計回り（反時計回り）の向きであり、第２の渦巻き形状の導体１２０８は反時計回り（時計回り）の向きである。
【００３４】
図１０の構成と同様に、２つの線状導体を逆向きの渦巻き形状としたことにより、これらの線状導体を重ね合わせて構成することにより、２つのスパイラル構造の各部分での電流の向きは基本的に同じ向きとなり、それぞれが形成する磁界も同じ向きとなる。このため、磁界が互いに強めあう効果が発生し、リアクタンス成分を効率的に増加させることとなる。
【００３５】
本実施形態の電磁バンドギャップ素子に関して、回路計算及び解析を行った。本実施形態における電磁バンドギャップ素子に関して、回路計算および解析に用いた寸法の概要は図６とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。図６と同様に、以下の回路計算及び解析においては、単位セルサイズを２．１ｍｍ×２．１ｍｍとし、表層の導体パッチのサイズは２．０ｍｍ×２．０ｍｍとした。基板は３層構造のＦＲ−４基板として、基板厚及び層間の距離等は標準的な数値を用いるものとし、ここでは説明を省略する。
【００３６】
図１５は、本実施形態の電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示すグラフである。図１５から、本実施形態の電磁バンドギャップ素子は、１．１ＧＨｚ以上の周波数帯域において、位相定数が０となるバンドギャップ特性を持つ事がわかる。すなわち、本実施形態の電磁バンドギャップ素子は、表層の導体パッチの内部をくり抜き、１つ目の線状導体を導体パッチと同一の層に形成して３層構成としたが、これによっても実施形態１と同様に、素子の小型化や設計の自由度の向上を図ることができる。
【００３７】
続いて、本実施形態に係る電磁バンドギャップ素子の構成におけるターゲット周波数の調整例について説明する。ここでは、ターゲット周波数を２．４として、より小型化できるように、図１２における表層に形成される第１の渦巻き形状の導体１２０７及び内層に形成される第２の渦巻き形状の導体１２０８の巻き数を１巻分だけ減らしている。
【００３８】
図１６に、渦巻き形状の導体１２０７及び１２０８に代えて用いる線状導体１６０１及び１６０２をそれぞれ示す。第１の線状導体１６０１は、図１２の第１の渦巻き形状の導体１２０７と同様に、導体パッチ１２０１が形成される面と同一の面に形成される。第２の線状導体１６０２は、図１２の第２の渦巻き形状の導体１２０８と同様に、導体パッチ１２０１及びグランド導体１２０２がそれぞれ形成される面の中間に位置する面（内層）に形成される。また、図１６に示すように、２つの導体は、互いに逆巻きの渦巻き形状を有する。なお、この例においても、第１の線状導体１６０１は、１つの端部において導体パッチと接続点において接続され、逆側の端部において第２の線状導体１６０２の１つの端部とビアを介して接続される。同様に、第２の線状導体１６０２は、１つの端部において第１の線状導体１６０１とビアを介して接続されると共に、逆側の端部においてグランド導体とビアを介して接続される。
【００３９】
図１０及び図１４と同様に、２つの線状導体を逆向きの渦巻き形状として重ねあわせたことにより、２つの渦巻き形状の各部分での電流の向きは基本的に同じ向きとなり、それぞれが形成する磁界も同じ向きとなる。このため、磁界が互いに強めあう効果が発生し、リアクタンス成分を効果的に増加させることとなる。
【００４０】
本実施形態の電磁バンドギャップ素子に関して、回路計算および解析に用いた寸法の概要を図１７に示す。図１７に示すように、単位セルサイズを１．５ｍｍ×１．５ｍｍとし、表層の導体パッチのサイズは１．４ｍｍ×１．４ｍｍとした。３層構造のＦＲ−４基板として、基板厚及び層間の距離等は標準的な数値を用いるものとし、ここでは説明を省略する。
【００４１】
図１８は、図１６の線状導体を有する電磁バンドギャップ素子の単位セルの分散特性を示すグラフである。図１８から、図１６の線状導体を有する電磁バンドギャップ素子は、２．４ＧＨｚ以上の周波数帯域において位相定数が０となるバンドギャップ特性を持つ事がわかる。図８に示した１層のみの渦巻き形状の導体を有する電磁バンドギャップ素子の分散特性と比べると、図１６の線状導体を有する電磁バンドギャップ素子の方が、バンドギャップ周波数が低くなっているのが分かる。すなわち、図１６の線状導体を有する電磁バンドギャップ素子により、単位セルサイズを３／４程度に小型化しているにも関わらず、バンドギャップ周波数を低下させることができていることが分かった。
【００４２】
以上のように、多層化した渦巻き形状の線状導体を用いる事により、電磁バンドギャップ構造を形成する単位セルのサイズを従来と同等のままバンドギャップ周波数を低下させ、又は、より小型なセル構成で同等のバンドギャップ周波数を実現する事ができる。
【００４３】
なお、図１０、図１４及び図１６において、各層に形成される線状導体の線幅及び線間距離を同一としたが、これに限られない。例えば１層目と２層目の渦巻きの線幅を異なるものにしても、各層間で重なり合うスパイラル構造に関して、流れる電流方向を同一方向に揃える構成であれば同様の効果を得ることができる。また、線間距離に関しても、一定の値に限定するものではなく、例えば中心部に近づくほど、線間距離が広がるような構成としてもよい。
【００４４】
また、渦巻き形状の導体部分の多層化に関して２層構造としたが、これに限るものではない。重なり合う部分で電流方向が同じになる様に各層の渦巻き形状の導体の接続構造を構成することにより、３層以上の多層構造を実現することもできる。具体的には、渦巻き形状の導体が３層以上に構成される場合、上又は下から見て、その渦の向きが交互に逆向きとなるように、各層の渦巻き形状の導体を形成するようにする。すなわち、例えば、第ｎ番目の面には時計回りの渦巻き形状の導体を形成し、第ｎ＋１番目の面には、反時計回りの渦巻き形状の導体を形成し、形成される面の垂直方向から見て、これらの導体が重なり合うように、それぞれの線状導体を形成する。これにより、各層における電流の向きを同じ方向にすることが可能となる。
【００４５】
また、図９に示したような、様々な導体形状を線状導体として適用することができることについては、これまでに説明した各例と同様である。すなわち、線状導体が形成される面の垂直方向から見て少なくとも一部において重なり合うように構成したうえで、その重なり合う一部での電流の向きが同じ向きとなれば、例えば図９に示すような蛇行形状など、どのような導体が形成されてもよい。
【００４６】
なお、上述の電磁バンドギャップ素子は、１つの単位セルについて説明したものであり、これを１次元または２次元に配列することにより、電磁バンドギャップを実現する１つの電子回路を構成することができる。
【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１７】
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【図１８】
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