(57)【要約】【課題】従来のEBG構造は１つのセルが大きいという課題があった。【解決手段】電磁バンドギャップ構造体を構成するセルは、対向して配置された第１の平板導体と第２の平板導体と、第１の平板導体と第２の平板導体の間に位置し第１の平板導体と電気的に接続し第２の平板導体と接続しない端部を有する第１の連結導体と、第１の平板導体と第２の平板導体を電気的に接続する第２の連結導体と、第１の連結導体の端部と第２の連結導体を電気的に接続する第１の導体片を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された第１の平板導体と第２の平板導体と、
前記第１の平板導体と前記第２の平板導体の間に位置し、前記第１の平板導体と電気的に接続し、前記第２の平板導体と接続しない端部を有する第１の連結導体と、
前記第１の平板導体と第２の平板導体を電気的に接続する第２の連結導体と、
前記第１の連結導体の端部と前記第２の連結導体を電気的に接続する第１の導体片を含むことを特徴とする電磁バンドギャップ構造体を構成するセル。
【請求項２】
前記第１の連結導体の端部と前記第２の連結導体を電気的に接続する他の第１の導体片をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項３】
前記第１の平板導体から前記第１の導体片の間隔と、前記第１の平板導体から前記他の第１の導体片の間隔は異なることを特徴とする請求項２に記載のセル。
【請求項４】
前記第２の連結導体と電気的に接続し、他端は解放されている第２の導体片をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項５】
前記第１の平板導体から前記第１の導体片の間隔と、前記第１の平板導体から前記第２の導体片の間隔は異なることを特徴とする請求項４に記載のセル。
【請求項６】
前記第１の連結導体は、前記第１の平板導体と前記第２の平板導体のいずれかの周辺に電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセル。
【請求項７】
前記第１の連結導体は、前記第２の平板導体に設けられたクリアランスを貫通していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセル。
【請求項８】
前記第１の平板導体と前記第２の平板導体は同じ大きさであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセル。
【請求項９】
前記第１の平板導体と前記第２の平板導体は異なる大きさであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセル。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセルをそれぞれ回転させずに１次元または２次元に規則的に配置した電磁バンドギャップ構造体。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセルをそれぞれ回転させて１次元または２次元に規則的に配置した電磁バンドギャップ構造体。
【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）構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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技術について研究されている。また、電磁バンドギャップ構造は磁気壁効果を示すため、アンテナの低背化として利用価値がある。電磁バンドギャップ構造として、一定のギャップ間隔でパッチ導体を同一平面にアレイ状に配置し、パッチ導体と平行したグランド導体にパッチ導体から導通ビアを接続したマッシュルーム構造（例えば、特許文献１）が一般的である。一方、特許文献２には、平行に配置された二つの導体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構造が提案されている。また、特許文献３には、平行に配置された二つの導体平板の外側のショートスタブもしくはオープンスタブで構成された電磁バンドギャップ構造が記載されている。また、二つの異なる長さのオープンスタブを同層に敷設した電磁バンドギャップ構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表2002-510886号公報
【特許文献２】特開2010-010183号公報
【特許文献３】国際公開2010/013496号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマッシュルーム型の電磁バンドギャップ構造は、一つのセルのサイズが大きく小型の電子機器への内蔵には適していないという課題があった。また、オープンスタブを使用した電磁バンドギャップ構造は、ショートスタブより長いため、ショートスタブを用いた電磁バンドギャップ構造より一つのセルのサイズが大きいという課題があった。さらに、一つのセルのサイズが大きいことにより、電磁バンドギャップ帯域（遮断帯域）の設計の自由度が低いという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、一つのセルのサイズが小さい電磁バンドギャップ構造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁バンドギャップ構造体を構成するセルは、対向して配置された第１の平板導体と第２の平板導体と、前記第１の平板導体と前記第２の平板導体の間に位置し、前記第１の平板導体と電気的に接続し、前記第２の平板導体と接続しない端部を有する第１の連結導体と、前記第１の平板導体と第２の平板導体を電気的に接続する第２の連結導体と、前記第１の連結導体の端部と、前記第２の連結導体を電気的に接続する第１の導体片を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一つのセルのサイズがより小さい電磁バンドギャップ構造を提供でき、これにより、より遮断帯域設計自由度の高い電磁バンドギャップ構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電磁バンドギャップ平面図。
【図２】第一の実施形態におけるA-A’断面図。
【図３】第一の実施形態における単位セルの等価回路図。
【図４】第一の実施形態における電磁バンドギャップ断面図。
【図５】第一の実施形態における単位セル合成アドミタンスの周波数特性図。
【図６】第一の実施形態における単位セル分散特性図。
【図７】第二の実施形態におけるA-A’断面図。
【図８】第二の実施形態における単位セルの等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第一実施形態］
図１は、本実施形態における電磁バンドギャップ構造体の平面図である。また、図２は、図１におけるx方向A-A’断面図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当箇所を表す。本実施形態における電磁バンドギャップ構造は、単位セル８が、一つ一つを回転させずにもしくは回転させて、１次元または２次元に規則的に配列された構成である。それぞれの単位セル８は、導体パッチ１、グランド導体２、導体パッチ１とグランド導体２を充填する誘電体３、ビア（連結導体）４、ショートスタブ５、ショートスタブ短絡ビア６、及びオープンスタブ７から構成される。なお、スタブとは導体片を指す。
【００１０】
ビア４は、対向して配置された平板導体である導体パッチ１及びグランド導体２と電気的に接触し、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の一端とも電気的に接触する。ショートスタブ短絡ビア６は、ショートスタブ５の他端およびグランド導体２と電気的に接触し、ショート端となる。オープンスタブ７の他端は他の金属部と接触せず、オープン端となる。なお、ショートスタブ短絡ビア６は図１のA-A’面に存在しないが、説明のため図２に点線で描画している。ショートスタブ５は、ショートスタブ短絡ビア６のショート端である端部とビア４に接続されており、オープンスタブ７は、ビア４に接続されて他端は解放されている。
【００１１】
図３は、図１と図２中の点線枠で示す単位セル８の等価回路図である。単位セル８の等価回路は、直列素子と並列素子で構成される。直列素子は、導体パッチ１における直列インダクタンス３１と、隣接セルの導体パッチ間のギャップにおける直列キャパシタンス３２から成る。また、並列素子は、導体パッチ１とグランド導体２の容量結合による並列キャパシタンス３３と、ビア４におけるインダクタンス３４及び列リアクタンス３５と３６の直列回路から成る。ここで、リアクタンス３５と３６は、それぞれショートスタブ５とオープンスタブ７に応じたリアクタンスを表すものである。具体的には、リアクタンス３５と３６は、それぞれショートスタブ５とオープンスタブ７の長さや幅と合成アドミタンスの周波数に応じて、容量性または誘導性を示す。
【００１２】
図４は、図２に示した電磁バンドギャップ構造体の変形例である。図４に示す電磁バンドギャップ構造体では、横方向の導体パッチ１間にギャップがなく、導体パッチ１が繋がっている。すなわち、導体パッチ１とグランド導体２により平行平板が構成されている。このときの等価回路は、図３における直列キャパシタンス３２のない回路で表される。図５は、図４における並列素子の合成アドミタンスの10GHz以下の周波数特性であり、ショートスタブの長さが5mm、オープンスタブの長さが7mmのときの計算値である。合成アドミタンスが3GHz以下と5GHzから8GHzの周波数範囲では誘導性、合成アドミタンスが3GHzから5GHzの周波数範囲と8GHz以上において容量性を示す。
【００１３】
図６は、本実施形態における電磁バンドギャップ構造体の単位セル分散特性を示す。図６において、実線はショートスタブ5mm、オープンスタブが7mmのときの等価回路による計算値を示す。また、黒丸は電磁界解析による解析結果を示す。回路計算と解析のためのパラメータは、単位セル８のサイズ1.9x1.7.mm、ビア４の高さ0.06mm、ショートスタブ短絡ビア６の高さ0.4mm、ビア４およびショートスタブ短絡ビア６の直径0.25mm、隣接導体パッチ１の間隔0.1mm、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の幅0.1mmである。また、誘電体３の誘電率を4.4とした。このとき、位相定数が０となる2.8GHz以下および4.6〜6.3GHzの周波数範囲でバンドギャップ（遮断領域）となる。
【００１４】
以上、本実施形態によれば、単位セルにおいて２つの導体間の同じ層にショートスタブとオープンスタブを設けることにより、単位セルの小型化を実現することが可能となる。
【００１５】
なお、本実施形態では、電磁バンドギャップ構造に適用するスタブを、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の２つとして説明しているが、２つ以上であれば何本でもよい。また、本実施形態では、ショートスタブ５とオープンスタブ７により構成されているが、ショートスタブを少なくとも１つ含めばよく、例えばショートスタブのみで構成してもよい。
【００１６】
また、ショートスタブ短絡ビア６はショート端としているが、導体パッチ１にクリアランスを設け、貫通ビアとしてもよい。また、図２では、ショートスタブ短絡ビア６はグランド導体２に接触しているが、パッチ導体１に接触するようにしてもよい。また、ショートスタブ５およびオープンスタブ７のレイアウトは図１と図２に示したものに限らず、所望の長さを有していれば、例えば蛇行形状や直線形状でもよい。また、ショートスタブ短絡ビア６の位置もオープンスタブ７とショートスタブ５の外周側、すなわち、グランド導体２内の外側周辺である必要はないが、オープンスタブ７とショートスタブ５の外周側に設けることで小型なレイアウトが可能である。この場合の等価回路は、図３における直列キャパシタンス３２のない構成となる。また、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の位置は本実施形態に限定されず、導体パッチ１とグランド導体２の外側に構成されてもよい。
【００１７】
［第２実施形態］
本実施形態における電磁バンドギャップ構造体断面図は図１と同じである。また、図７は、図１中A-A’面における平面図である。各図において同一符号は第１実施形態と同一または相当箇所を表す。本実施形態における電磁バンドギャップ構造は、単位セル１０が１次元または２次元に規則的に配列された構成である。それぞれの単位セル１０は、導体パッチ１、グランド導体２、導体パッチ１とグランド導体２を充填する誘電体３、ビア４、ショートスタブ５、ショートスタブ短絡ビア６、及びオープンスタブ７から構成される。本実施形態による単位セル１０は、異なる層にスタブが配置されている点で第１実施形態と異なる。
８  
【００１８】
ビア４は、平板導体である導体パッチ１及びグランド導体２と電気的に接触し、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の一端とも電気的に接触する。ショートスタブ短絡ビア６はショートスタブ５の他端およびグランド導体２と電気的に接触し、ショート端となる。オープンスタブ７の他端は他の金属部と接触せず、オープン端となる。なお、ショートスタブ短絡ビア６は図１のA-A’面に存在しないが、説明のため図７に点線で描画している。
【００１９】
図８は、図１と図７中の点線枠で示す単位セル１０の等価回路図である。図３と異なる箇所は、ショートスタブ５のリアクタンス９５とオープンスタブ７のリアクタンス９６が直列に構成されている点である。他は図３と同様の等価回路のため、説明を省略する。
【００２０】
以上、本実施形態によれば、単位セルにおいて２つの導体間の異なる層にショートスタブとオープンスタブを設けることにより、第１実施形態と同様に単位セルの小型化を実現することが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態において各スタブは直列に接続されているが、異なる層にスタブを配置すればよく、例えば、各スタブが並列に接続される構成としてもよい。また、本実施形態の電磁バンドギャップ構造に適用するスタブを、ショートスタブ５およびオープンスタブ７の２つとして説明しているが、２つ以上であれば何本でもよい。また、本実施形態ではショートスタブ５とオープンスタブ７により構成されているが、オープンスタブのみまたはショートスタブのみで構成しても同様の効果が得られる。
【００２２】
また、図１と図７においてショートスタブ短絡ビア６はグランド導体２とショートスタブ５間の層間ビアを用いているが、貫通ビアでも同様の効果が得られる。その場合は、グランド導体２とショートスタブ５の層以外で導通しないようにクリアランスを設け、他の層のスタブはクリアランスを避けてレイアウトする。また、ショートスタブ５およびオープンスタブ７のレイアウトは図１と図７に示したものに限らず、所望の長さを有していれば、例えば蛇行形状や直線形状でもよい。
【００２３】
以上、本実施形態によれば、単位セルにおいて２つの導体間の異なる層にショートスタブとオープンスタブを設けることにより、単位セルの小型化を実現することが可能となる。
【００２４】
本発明は電磁バンドギャップ構造であり、回路基板のグランドや電流を阻止すべき箇所に本発明を適用することで不要な電磁波を遮断することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  導体パッチ
２  グランド導体
３  誘電体
４  ビア（連結導体）
５  ショートスタブ
６  ショートスタブ短絡ビア
７  オープンスタブ
８  単位セル
【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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