JP2010520652A - 小型フィルタリング構造 - Google Patents

Abstract

電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造は絶縁材で形成された基板を含んでいる。複数の同一の平面伝送線路セグメントが、基板に埋め込まれた導体層の一つ下の別の層で形成される。垂直遷位は、複数の平面伝送線路セグメントを一つずつ接続する。隣り合う垂直遷位は、伝送線路セグメントと平行方向に所定の距離で等しく間隔をあけられ、その結果、垂直遷移が、ＥＢＧ構造を形成する周期的な内包物として機能する。

Description

本発明は、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）効果を備える構造、及び構造に基づいている小型のフィルタに関する。

現代の通信、及びコンピュータ技術は、小型の機器、及び装置の開発を大幅に促進する。特に、有線及びワイヤレス機器を含む電子装置に不可欠な要素である周波数特性の管理においてフィルタを結び付けることができる。同じ要素の配置で人工的に作成された周期性は、新素材、及び新しい種類のマイクロ波、及び光学部品を設計するための最も基本的なアプローチの１つである。

特に、そのようなアプローチは、電磁的バンドギャップ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ（ＥＢＧ））構造（また、フォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ（ＰＢＧ））構造、フォトニック結晶、又は電磁結晶としても知られている）を形成する際に実現される。特に、これらの構造は、フィルタとして非常に高い誘引力を示し、なぜならばバンドギャップが、信号の伝送を有効に停止するために用いることができ、そしてバンドギャップの範囲外の領域は、信号のパスのために適用できるからである。また、ＥＢＧ構造における欠陥は、バンドギャップの中に高いＱ（クオリティファクタ）のパスの特性を示しているフィルタをもたらすことができる。

プリント基板技術は、様々な種類の電子機器を開発するために費用対効果に優れたアプローチとして広く適用されえる。これらの技術に基づいている様々な平面伝送線路構造がバンドギャップ効果を得るために適用され、結果として、様々な種類のフィルタリング構成要素を開発することになる。しかしながら、ＥＢＧ構造は、大きさがかなり拡張されることがあり、なぜならば、高品質なＥＢＧ効果を達成するための多くの周期的なセルは、充分に大きい場合があるからである。これは、特にマイクロ波における実際の装置でのＥＢＧ構造の適用における著しい欠点である。

フィルタを含む小型部品を設計するＥＢＧ概念の適用は、特にマイクロ波において、強く制限され、なぜならば、バンドギャップ効果が、伝送媒体における周期摂動のため起こるからである。この場合、そのような媒体の格子定数は媒体の半分の波長と近似的に等しい場合がある。その結果、基板に形成された平面周期的伝送線路のバンドギャップ効果を備える構造の規模が動作波長よりかなり大きい場合があり、電子装置において許容できるはずがない。また、基板のグラウンド表面に欠陥を有することに基づいているＥＢＧ構造は構造からの放射（漏れ損失）の大幅な増加につながることがあり、それが設計の装置で電波障害（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＭＩ））問題を起こすことがある。

上の記述に関連して、アンテナ装置が、日本の特許出願公開（特開２００３−３０４１１３号公報）で開示されている。この従来例では、同軸ケーブルを通して励振されるモノポール・アンテナは金属板の中心部分において、その表面に、誘電体板が形成される。その結果、モノポール・アンテナは、第１の基板としての板に特定周波数で共振する。小さい正六角形の形をした金属板は、外周部分の誘電体板の表面に一定間隔の２次元配列に並べられる。連結体が、小さい金属板と金属板との間を接続するために形成され、そして、ＨＩＰ（Ｈｉｇｈ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｇｒｏｕｎｄ Ｐｌａｎｅ（高インピーダンスグランド板））基板が、上で述べた特定周波数の電磁波の伝播を防ぐバンドギャップを有している第２の基板として形成される。したがって、裏面からのモノポール・アンテナによって励振されている特定周波数の電磁波の放射は第２の基板によって抑制される。このように、基板の裏面からの放射を抑制し、そして充分なアンテナ利得が、アンテナの共振に達するように得られることができる。

また、ストリップ線路の接続構造が、日本の特許出願公開（特開２００６−２４６１８９号公報）で開示されている。この従来例では、ストリップ線路の接続構造は、誘電体基板の異なった層に形成されている、第１のストリップ線路と第２のストリップ線路とを接続部を通して積層方向に接続する。第１の除去部分は、パターン接地導体が取り除かれて形成され、第１のストリップ線路のストリップ導体パターンの先端部分と第２のストリップ線路のストリップ導体パターンの先端部分とを接続することによって接続部分を構成するストリップ導体パターン接続導体が、第１のストリップ線路と第２のストリップ線路との間の誘電体基板として備えられた接地導体パターンを備え、電気的な接触なしで突き抜けることができる。第２の除去部分は、接地導体パターンが取り除かれ、第１のストリップ線路の接地導体、及び第２のストリップ線路の設置導体として周期的、又は近似的に周期的に備えられている。

また、ＥＢＧ機材が、日本の特許出願公開（特開２００６−２５３９２９号公報）で開示されている。この従来例では、複数のインダクタンス要素が第１の基板の前面に形成される。第２の基板は、第１の基板の裏面側に備えられた誘電体材料を有し、そして導体板が第１の基板とは反対側に配置されている。複数の小さい金属板が、お互いに一様の距離となるように複数のインダクタンス要素の上部に配置されている。複数の小さい金属板は、複数の連結部分によってそれぞれ複数のインダクタンス要素に接続される。

特開２００３−３０４１１３号公報 特開２００６−２４６１８９号公報 特開２００６−２５３９２９号公報

本発明の目的は、平面伝送線路、及びビア内部接続を含む多層基板構造の使用によって小型ＥＢＧ構造を提供することである。

他の目的は、低い放射（漏れ損失）を備えているＥＢＧ構造を提供することである。

本発明の観点においては、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造は絶縁材で形成された基板を含んでいる。複数の同一の平面伝送線路セグメントが、基板に埋め込まれた導体層の一つ下の別の層で形成されている。垂直遷移は複数の平面伝送線路セグメントに一つずつ接続する。垂直遷移の隣り合うものは、伝送線路セグメントと平行方向に所定の距離で等しく間隔をあけられ、その結果、垂直遷移が、ＥＢＧ構造を形成する周期的な内包物として機能する。

ここで、複数の平面伝送線路セグメントは、ストリップ線路のセグメントとして形成されても良い。また、複数の平面伝送線路セグメントは、共平面導波路のセグメントとして形成されても良い。

また、垂直遷移は、ばか穴によって複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成されても良い。

また、垂直遷移は、ばか穴によって複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成され、また信号ビアは、複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップに接続されたグラウンドビアによって取り囲まれても良い。

本発明の他の観点においては、フィルタは、絶縁材で形成された基板を含んでいる。複数の同一の平面伝送線路セグメントは、基板に埋め込まれた導体層の使用によって一つ下の別の層で形成され、導体層の垂直方向に所定の方法で配置されたている。垂直遷移は、複数の伝送線路セグメントに一つずつ接続され、隣り合う垂直遷移は、複数の伝送線路セグメントと平行方向に所定の距離で等しく間隔をあけられ、その結果、垂直遷移は、電磁バンドギャップ効果を備える、周期的な内包物として機能し、また電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造の複数の平面伝送線路セグメントで結合して形成する。端末は、所定の方法でＥＢＧ構造における複数の伝送線路セグメントの上下１つにつなげられる。

ここで、基板は、比誘電率が９より大きく、そして所定の周波数バンドにおいては損失正接が０．００５より低い、高誘電率の低損失材料で形成されても良い。

また、複数の平面伝送線路セグメントは、ストリップ線路のセグメントとして形成されても良い。

また、複数の平面伝送線路セグメントは、共平面導波路のセグメントとして形成されても良い。

また、いくつかの複数の平面伝送線路セグメントは、ストップバンドの挿入損失において所定の水準を備えるように定義されても良い。

また、ストップバンドとパスバンドの制御は、所定の距離を隔てて隣り合う垂直遷移によってもたらされても良い。

また、垂直遷位は、ばか穴によって複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成されても良い。

さらに、垂直遷移がばか穴によって複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成されても良く、また信号ビアが、複数の平面伝送線路セグメントグラウンドストリップに接続されたグラウンドビアによって取り囲まれても良い。

また、複数の伝送線路セグメント及び垂直遷位は、それぞれのＥＢＧ構造のための複数の伝送線路セグメントの長さが所定の方法で定められるように、基板のいくつかのＥＢＧ構造が形成されても良い。

また、複数の伝送線路セグメント及び垂直遷位は、複数の伝送線路セグメントの長さ、及びそれぞれのＥＢＧ構造の中で距離を隔てて隣り合う垂直遷移が所定の方法で定められるように、基板にいくつかのＥＢＧ構造が形成されても良い。

また、欠陥が、ＥＢＧ構造に形成され、その結果としてストップバンドの中でパスバンドを備えても良い。この場合、欠陥は、複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造によって形成されても良い。また、欠陥は、所定の長さを有している平面伝送線路構造によって形成されても良い。

また、欠陥は、所定の材料で満たされた平面伝送線路構造によって形成されても良い。

また、欠陥は、予定された長さを有している平面伝送線路構造によって形成され、所定の材料で満たされても良い。

また、欠陥は、複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造に接続された２つの垂直遷移の間の距離で形成されても良い。

また、欠陥は、複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造、及び平面伝送線路構造に接続された２つの垂直遷移の間の距離で形成されても良い。

図１Ａは、本発明の実施例による多層基板で生成されるＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図１Ｂは、ＥＢＧ構造のビア構造によって接続された２つの伝送線路セグメントの断面図を示したものである。 図１Ｃは、ＥＢＧ構造のグラウンドストリップの断面図を示したものである。 図１Ｄは、フィルタの寸法表記を示すための断面図を示したものである。 図１Ｅは、ＥＢＧ構造のビア構造によって接続された２つの伝送線路セグメントの寸法表記を示すための断面図を示したものである。 図２は、ＥＢＧ構造のストップバンド（阻止帯域）、及びパスバンド（通過帯域）を実証するＳ_２１パラメータのグラフを示したものである。 図３は、ＥＢＧ効果を形作る物理的機構の略図を示したものである。 図４Ａは、本発明の別の実施例による多層基板のＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図４Ｂは、図４Ａに示されたフィルタのビア構造に接続された２つの伝送線路セグメントの断面図を示したものである。 図５は、欠陥を含んだＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図６は、図５に示されたように欠陥を含んだＥＢＧ構造のストップバンド内での狭帯域パスを実証するＳ_２１パラメータのグラフを示したものである。 図７は、欠陥を含んだＥＢＧ構造のストップバンド内の別の場所での狭帯域パスを実証するＳ_２１パラメータのグラフを表したものである。 図８は、本発明の別の実施例による欠陥を含んだＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図９は、本発明の別の実施例による幅を広げたストップバンドを備えたＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図１０は、本発明の別の実施例による幅を広げたストップバンドを備えたＥＢＧ構造に基づいているフィルタの断面図を示したものである。 図１１Ａは、信号ビア及びグラウンドビアで構成されるビア構造によって接続されたＥＢＧ構造における２つの伝送線路セグメントの断面図を示したものである。 図１１Ｂは、伝送線路セグメント、並びに信号ビア及びグラウンドビアで構成されるビア構造で形成されるＥＢＧ構造のグラウンドストリップの断面図を示したものである。

好ましい実施例の以下の説明は、いくつかの電磁バンドギャップ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ（ＥＢＧ））構造、及び多層基板でのこれらのＥＢＧ構造に基づいているフィルタに向けられており、しかしはっきりと当然のことながらこの説明がここで提示される請求を狭めることとして見なしてはならない。

本発明では、平面伝送線路、及びビア構造を使用する多層基板で形成された一次元（１−Ｄ）ＥＢＧ構造が提示される。平面伝送線路は、多層基板の一つ下の別の層で形成された同じセグメントが含まれる。これらのセグメントは、平面伝送線路とビアとの遷移が一方から他方までが同じ距離で分かれるような方法でビア構造によって接続されている。上端の伝送線路セグメントから下端の伝送線路セグメントへ伝播する平面伝送線路の基本的なモードは、遷移によって周期的に摂動され、そして、その結果、ＥＢＧ効果を達成できる。

本発明の実施例として、図１Ａから１Ｅにおいて、多層基板１０８におけるＥＢＧ構造が提示される。この構造は、グラウンドストリップ１０２と、信号ストリップ１０１に接続しているビア構造１０３との間に配列された信号ストリップ１０１を含む伝送線路セグメントによって形成される。ストリップ線路セグメントは同じ長さＬを有しており、そして、隣接したビア構造１０３は、同じ距離Ｄで間隔をあけられる。伝送線路ビア構造は、絶縁材１０５に埋め込まれ、構成パラメータε＝ε’−ｊε’’、及びμ＝μ’−ｊμ’’の特徴がある。電磁波（例えば、ＴＥＭモード）は、入力／出力ポート１０６と１０７との間を伝播し、また伝送線路−ビア構造−伝送線路の遷移において周期的に摂動される。そのような周期摂動のため、所定の条件のもとでＥＢＧ効果を得ることができる。

図１によって設計されたＥＢＧ構造のいくつかの例が想定される。この例の構造の寸法は以下のとおりである。信号ストリップ幅Ｗ_１＝０．５ｍｍ、グラウンド平面幅Ｗ_２＝４ｍｍ、ストリップ厚さｔ_１＝０．０１ｍｍ、グラウンド平面厚さｔ_２＝０．０１ｍｍ、ビア直径ｄ_ｒ＝０．２ｍｍ、ばか穴直径ｄ_ｃｌｅ＝０．４５ｍｍ、構成材長さＬ＝４．８５ｍｍ、隣り合うビアの中心間の距離Ｄ＝３．４５ｍｍ、及びｈ＝０．０８ｍｍ。この周期構造が、ε’＝７０の高い比誘電率、及び損失正接ｔａｎδ＝ε’’／ε’＝０．００５の特性を示す誘電体に埋め込まれている。そのような高い比誘電率が、ＥＢＧ構造をより小型の面積に至らせることができる。垂直方向に配置されているいくつかの信号ストリップセグメントは、ｎ＝１０である。これは、関与している周期構造が１０のセルを有することを意味する。ストップバンドにおける挿入損失の度合いが周期的なセルの数に依存しているのは明確である。もしも、周期的なセルの数が増加するならば、ストップバンドの挿入損失もまた増加する。したがって、この数の一つを制御すると、ストップバンドの挿入損失において所定の水準を得ることができる。

図２では、構造の挿入損失（｜Ｓ_２１｜−パラメータ）が示される。三次元シミュレーションで最も正確な数値的方法の１つである時間領域差分（ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ （ＦＤＴＤ））アルゴリズムの使用でこれらの数値データが得られた。図２から以下のとおりに、フィルタリング要素を展開するのに使用できるそのような領域を認識できる。直流（ＤＣ）領域から約３．２ＧＨｚの周波数までの第１のバンドを固有のバンドパス（帯域通過）フィルタのために使用できる。約３．２ＧＨｚから約４．３ＧＨｚまでの第２のバンドをバンドストップ（帯域阻止）フィルタを設計するために適用できる。約４．３ＧＨｚから約５．３ＧＨｚに広がる第３の領域はバンドパスフィルタの開発に適した特性を示す。注目すべきは、バンドストップ及びバンドパス特性の並びが、この構造にとってより高い周波数で継続されることである。したがって、図１に示された構造は、明確に表されたＥＢＧ効果を示す。周期構造に用いられる周知のブラッグ反射の条件に従ってストップバンドの中心周波数を確定できることに注意しておくことが重要である。次のようにこの条件を書くことができる。

ここで、ｆ_ｃはストップバンドの中心周波数であり、ｃは自由空間での光速であり、εは周囲媒質の比誘電率（この場合、基板の絶縁材）であり、ａは構造の周期であり、そしてｍはストップバンドの順序数である。

図３では、ＥＢＧ構造は、特性インピーダンスＺ_Ｖの伝送線路セグメント、及び特性インピーダンスＺ_Ｖのビア構造の代替順序として示される。周期構造の１つのセルは、１つの伝送線路セグメント、及び１つのビア構造と定義される。方程式（１）は、次の方程式（２）としてもまた表すことができる。

ここで、λ_Ｔは、周囲媒質での伝播モードでの波長である。ビア構造の長さが、伝送線路セグメントの長さよりも充分に小さいので、関与する構造の周期は、信号ストリップセグメントの長さと等しいと近似的に定義されることができる。

図２に示される数値例に関して、方程式（１）及び近似方程式（３）によって定められる第１のストップバンドの中心周波数は、図２を参照して説明されるデータと良好に一致している３．７ＧＨｚと等しい。

平面伝送線路の性質において、異なる種類の導波構造が使用できるのが分かる。図４Ａ及び４Ｂに、平面伝送線路が共平面導波路として形成される別のＥＢＧ構造が示されている。図４Ｂでは、このＥＢＧ構造のビア構造によって接続された２つの伝送線路セグメントの断面図が示されている。共平面導波路が、グラウンドストリップ４０２の間に配列された信号ストリップ４０１とグランドストリップ４０４とによって形成されることに留意すべきである。

本発明の別の実施例は、欠陥があるＥＢＧ構造が示される図５に提示される。この欠陥は、同じ周期的なセルの２個の組み立て部の間に配列された１つのセルによって導入される。伝送線路セグメント、及びビア構造から形成されたＥＢＧ構造の各セルは、基板の絶縁材に埋め込まれていることに留意すべきである。したがって、ＥＢＧ構造の周期的なセルは、グラウンドストリップ５０２とビア構造の５０３によって接続された信号ストリップ５０１から形成される。それぞれのストリップ線路セグメントの長さはＬであり、そしてストリップ線路セグメントに接続するビア構造の２つの隣り合う間の距離はＤである。ＥＢＧ構造にかかわる欠陥は、グラウンドストリップ５１０の間の信号ストリップ５０９を含み、また長さＬ_Ｄを持っているストリップ線路セグメントによって導入される。同時に、欠陥を備える信号ストリップに接続された２つの隣り合ったビア構造の間の距離は周期的なセルと同じである。多層基板５０８は、比誘電率ε及び相対浸透率μを備えた絶縁材５０５で満たされていることに留意すべきである。

図６において、構造のその中で周期的セルの寸法、及び基板の絶縁材の比誘電率に関して得られたシミュレーションのデータは、図２に対するものと同じである。ＥＢＧ構造において欠陥を備えるストリップ線路セグメントの長さはＬ_Ｄ＝６．８５ｍｍである。図６から分かるように、約３．９ＧＨｚの周波数における高Ｑのパスバンドは、約３．２ＧＨｚから約４．３ＧＨｚまでのストップバンドの中に形成される。欠陥の前後で形成された周期的なセルの各組み立て部は５つのセルであった。したがって、発明された欠陥を備えるＥＢＧ構造は、非常に狭いパスバンドを備えたフィルタを形成するために適用できる。欠陥を備えるストリップ線路セグメントの長さを変えることは、ストップバンド中で狭いパスバンドの位置を制御するのに使用できることに留意すべきである。図７に、そのような可能性が示されている。

この場合、ＥＢＧ構造の寸法、及び多層基板の材料は図６に対するものと同じであり、しかし欠陥を有するストリップ線路セグメントの長さはＬ_Ｄ＝６．８５ｍｍである。ＥＢＧ構造におけるこの欠陥のための狭いパスバンドは４．１４ＧＨｚの周波数に移動する。したがって、ストップバンドの中に狭いパスバンドを備えるフィルタの設計は、次の手順によって行うことができる。初めに、所定の中心周波数を備えたストップバンドを提供する伝送線路セグメントの寸法と基板の絶縁材は上の方程式（１）及び（３）によって規定できる。その後に、伝送線路セグメントの長さを段階的に変えることによって欠陥を規定することで、ストップバンドの中で狭いパスバンドの望ましい位置を定めることができる。ストップバンドの所定の深さがストリップ線路セグメント、及びビア構造を含む周期的なセルの適切な数に基づいて定義できることに留意すべきである。

ＥＢＧ構造に欠陥を与える別の方法は、周期的なセルを満たす材料の比誘電率とは異なる比誘電率を有する材料の１つのセル中での使用である。図８に、この方法に応じて欠陥を備えているＥＢＧ構造が示されている。この場合、多層基板８０８における欠陥の前後の期間のセルは、グラウンドストリップ８０２、及びビア構造８０３によって接続された信号ストリップ８０１を含む伝送線路セグメントによって形成され、そして、周期的なセルを形成するこれらの伝送線路セグメントが、構成パラメータ（ε、μ）を備えた絶縁材８０５に埋め込まれている。ＥＢＧ構造に欠陥を与えるために、信号ストリップ８０９とグラウンドストリップ８１０によって形成され、また構成パラメータ（ε_α、μ_α）を備え、適切に選ばれた材料８１０で満たされた伝送線路セグメントが使用されている。欠陥を形成する伝送線路の特性インピーダンスが、周期的なセルを形成する伝送線路の特性インピーダンスと同じであり得ることに留意すべきである。このインピーダンスの同一は、欠陥を形成する伝送線路の適切な横の寸法によって提供されることができる。ストップバンドを広げるために、他のものからは中心周波数の異なるものを備えたストップバンドを有する一連のＥＢＧ構成を含むＥＢＧ構造が使用できる。

中心周波数の違いを与える方法として、所定の、しかし異なった長さの伝送線路セグメントを含むＥＢＧ構成が適用できる。幅を広げたストップバンドを備えたＥＢＧ構造の例が図９に示されている。この図に、２つのＥＢＧ構成を有している構造が示されている。第１のＥＢＧ構造は、信号ストリップ９０１、及びグラウンドストリップ９０２、そしてＬ_１の長さを有している伝送線路セグメントによって形成される。別のＥＢＧ構造は、信号ストリップ９０９及びグラウンドストリップ９１０で構成され、そしてＬ_２の長さを有している。これらの２つの形態は、（ε、μ）の特性を示す物質９０５で満たされた多層基板９０８で形成される。上記のＥＢＧ構造を形成する伝送線路セグメントの所定の違いは以下の方法で得ることができることに留意すべきである。第１のＥＢＧ構造の長さＬ_１は、以下のように方程式１及び３を用いることで近似的に定めることができる。

ここで、ｆ_ｃ１は第１のＥＢＧ構造の中心周波数である。第２のＥＢＧ構造の長さＬ_２はそれぞれ以下のように定義することができる。

ここで、ｆ_ｃ２は第２のＥＢＧ構造の中心周波数である。よって、ｆ_ｃ２＝ｆ_ｃ１±Δｆと定義することができる。Δｆの値は、次の条件のもとで得ることができる。

ここで、ｆ_ＢＷ１は−３ｄＢの度合いを呈する第１のストップバンドの幅である。

ストップバンドの拡張を与える別の方法は、多層基板で形成され、また適切に定義された構成パラメータを有する絶縁材で満たされたＥＢＧ構成の使用である。図１０には、（ε_１、μ_１、）を備える１００５、及び（ε_２、μ_２）を備える１０１２のそれぞれが異なった絶縁材で満たされた２つのＥＢＧの構成を含むＥＢＧ構造が示されている。両方のＥＢＧ構成の特性インピーダンスは、伝送線路の横の寸法の適切な選択によって全く同じであり得ることに留意すべきである。また、ストップバンドの拡張は、両方の方法の組み合わせで与えることができること、すなわち、異なった長さの伝送線路セグメント、及びＥＢＧ構成における異なった材料の使用であることを付言されるべきである。また、複数のＥＢＧ構成は、所定のストップバンドを与えることができる。

ＥＢＧ構造のコンパクト性は、高誘電率材料の使用によって改良できる。比誘電率を９より大きくするような材料を定めることができる。また、低損失材料は、高性能バンドパスフィルタを設計するために使用できる。損失の度合いを定義する判定基準の１つが、次のｔａｎδ≦０．００５のように損失正接のために定めることができる。例えば、ε’＝９．７及びｔａｎδ＝０．０００２４を備えるアルミナは、そのような高誘電率の低損失材料に関連付けることができる。

ＥＢＧ構造の伝送線路セグメントに接続するビア構造は信号、及びグラウンドビアの使用によって形成することができる。この場合、グラウンドビアは、ビア構造の特性インピーダンスＺ_Ｖを制御するための（図３を参照）、そしてＥＢＧ構造からの漏洩を減少させるための役目をする。図１１Ａ及び１１Ｂでは、信号ストリップ１１０１及びグラウンドストリップ１１０２によって形成されるＥＢＧ構造の２つの伝送線路セグメントが接続するビア構造が示されている。このビア構造は、信号ビア１１０３、及び信号ビア１１０３を取り囲むグラウンドビア１１１１を含んでいる。その結果、ＥＢＧ構造は、伝送線路セグメント、並びに信号及びグラウンドビアを有しているビア構造の使用によって得ることができる。

Claims (22)

1. 電磁バンドギャップ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ （ＥＢＧ））構造であって、
   絶縁材で形成された基板と、
   前記基板に埋め込まれる導体層の一つ下の別の層で形成された複数の同一の平面伝送線路セグメントと、
   前記複数の平面伝送線路セグメントに順々に接続する垂直遷移とを含み、
   隣り合う前記垂直遷移は、前記伝送線路セグメントと平行方向に所定の距離で等しく間隔をあけられ、
   前記垂直遷移は、前記ＥＢＧ構造を形成する周期的な内包物としての機能を果たす
   電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造。
2. 請求の範囲１によるＥＢＧ構造において、
   複数の平面伝送線路セグメントが、ストリップ線路のセグメントとして形成されている
   電磁バンドギャップ構造。
3. 請求の範囲１によるＥＢＧ構造において、
   複数の平面伝送線路セグメントが、共平面導波路のセグメントとして形成されている
   電磁バンドギャップ構造。
4. 請求の範囲１によるＥＢＧ構造において、
   垂直遷移が、ばか穴によって前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成されている
   電磁バンドギャップ構造。
5. 請求の範囲１によるＥＢＧ構造において、
   前記垂直遷移が、ばか穴によって前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成され、
   前記信号ビアが、前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップに接続されているグラウンドビアによって取り囲まれている
   電磁バンドギャップ構造。
6. 絶縁材で形成された基板と、
   前記基板に埋め込まれる導体層の使用によって一つ下の別の層で形成され、前記導体層の垂直方向に所定の方法で配置された複数の同一の平面伝送線路セグメントと、
   前記複数の伝送線路セグメントに順々に接続する垂直遷移と、
   前記ＥＢＧ構造において前記複数の伝送線路セグメントの上下１つに所定の方法でつなげられた端子とを含み、
   隣り合う前記垂直遷移は、前記複数の伝送線路セグメントと平行方向に所定の距離で等しく間隔をあけられ、
   前記垂直遷移は、電磁バンドギャップ効果を備える周期的な内包物としての機能を果たし、また電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造の前記複数の平面伝送線路セグメントで結合して形成する
   フィルタ。
7. 請求の範囲６によるフィルタであって、
   前記基板が、比誘電率が９より大きく、損失正接が、所定の周波数バンドにおいて０．００５より低い、高誘電率の低損失材料で形成されている
   フィルタ。
8. 請求の範囲６によるフィルタであって、
   前記複数の平面伝送線路セグメントが、ストリップ線路のセグメントとして形成されている
   フィルタ。
9. 請求の範囲６によるフィルタであって、
   前記複数の平面伝送線路セグメントが、共平面導波路のセグメントとして形成されている
   フィルタ。
10. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    いくつかの前記複数の平面伝送線路セグメントが、
    ストップバンドの挿入損失において所定の水準を備えるように定められている
    フィルタ。
11. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    ストップバンド及びパスバンドの制御が、前記所定の距離を隔てて隣り合う前記垂直遷移によってもたらされる
    フィルタ。
12. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    垂直遷移が、ばか穴によって前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成されている
    フィルタ。
13. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    前記垂直遷移が、ばか穴によって前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップから絶縁された信号ビアとして形成され、前記信号ビアが、前記複数の平面伝送線路セグメントのグラウンドストリップに接続されたグラウンドビアによって取り囲まれている
    フィルタ。
14. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    それぞれのＥＢＧ構造のための前記複数の伝送線路セグメントの長さを所定の方法によって定めることができるように前記複数の伝送線路セグメント及び前記垂直遷移が前記基板のいくつかの前記ＥＢＧ構造を形成する
    フィルタ。
15. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    複数の伝送線路セグメントの長さ、及びそれぞれの前記ＥＢＧ構造の中で距離を隔てて隣り合う前記垂直遷移を所定の方法によって定めることができるように前記複数の伝送線路セグメント及び前記垂直遷移が前記基板にいくつかの前記ＥＢＧ構造を形成する
    フィルタ。
16. 請求の範囲６によるフィルタであって、
    欠陥が前記ＥＢＧ構造に形成され、それによってストップバンドの中にパスバンドが備えられている
    フィルタ。
17. 請求の範囲１６によるフィルタであって、
    欠陥が、前記複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造によって形成されている
    フィルタ。
18. 請求の範囲１７によるフィルタであって、
    欠陥が、所定の長さを有している前記平面伝送線路構造によって形成されている
    フィルタ。
19. 請求の範囲１７によるフィルタであって、
    欠陥が、所定の材料で満たされている前記平面伝送線路構造によって形成されている
    フィルタ。
20. 請求の範囲１７によるフィルタであって、
    欠陥が、所定の長さを有しており、また所定の材料で満たされている前記平面伝送線路構造によって形成されている
    フィルタ。
21. 請求の範囲１６によるフィルタであって、
    欠陥が、前記複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造に接続された２つの前記垂直遷移の間の距離で形成されている
    フィルタ。
22. 請求の範囲１６によるフィルタであって、
    欠陥が、前記複数の平面伝送線路セグメントの平面伝送線路構造に、及び前記平面伝送線路構造に接続された２つの前記垂直遷移の間の距離で形成されている
    フィルタ。

Images