JP2013243428A

JP2013243428A - 構造体

Info

Publication number: JP2013243428A
Application number: JP2012113758A
Authority: JP
Inventors: Koji Ikumasa; 浩二行正
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-12-05
Also published as: US20130306363A1

Abstract

【課題】簡単な構成で、所望の周波数帯域で電磁波伝搬の阻止効果が得られる構造体を提供する。
【解決手段】複数の信号導体と信号導体と各々導通する複数の導通導体および複数の信号導体の間に容量性部材または容量特性を有する構造体である。複数の導通導体はそれぞれ、他の導体に接触可能となる接触部を有する。複数の接触部が他の導体と接触することにより、特定の周波数帯域において電磁波の伝搬を阻止する容量性を有する複数の信号導体と、誘導性を有する複数の導通導体および導体地板からなるＥＢＧ構造となる。これにより、他の導体を伝搬する電磁波を遮断する。
【選択図】図１

Description

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：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ）構造に関するものである。

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ＥＢＧ技術について研究されている。ＥＢＧ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構造（例えば、特許文献１）が知られている。また、特許文献２では、隣接セルの静電容量成分を増加させるため、パッチ導体の隣接セルと対向するエッジ部をグランド導体方向に延長させた構造を提案している。

特表２００２−５１０８８６号公報特開２０１０−１６５５４号公報

従来、ＥＢＧ構造を利用して電磁波の伝搬を阻止する構造を取る場合、あらかじめ電磁波の発生源と伝搬を阻止する領域の間に、プリント基板や金属部材等で一体構造として形成する必要があった。そのため、プリント基板回路や、金属筺体等において、意図しない電磁波が、想定していなかった領域において発生した場合、その伝搬を阻止するには、プリント基板や金属筺体全体を再設計する必要があった。

また、プリント基板等で形成された従来のＥＢＧ構造の部材を意図しない電磁波の発生したプリント基板や金属筺体等に追加して実装する場合、ＥＢＧ構造が実装された部材のグランド導体面をプリント基板や金属筺体の金属面に接するように配置することになる。そのため、ＥＢＧ構造のグランド導体と筐体金属面間に接着層を設けて接着する必要があり、グランド導体と筐体金属にＥＢＧ構造のグランドが分岐し、２つのグランドが存在するため、所望の周波数帯域で電磁波伝搬の阻止効果が得られないという課題があった。

本発明は上記の課題を解決するために、簡単な構成で、所望の周波数帯域で電磁波伝搬の阻止効果が得られる構造体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による構造体は以下の構成を備える。即ち、
複数の信号導体と前記信号導体と各々導通する複数の導通導体および前記複数の信号導体の間に容量性部材または容量特性を有する構造体であって、
前記複数の導通導体はそれぞれ、他の導体に接触可能となる接触部を有し、
複数の前記接触部が前記他の導体と接触することにより、特定の周波数帯域において電磁波の伝搬を阻止する容量性を有する前記複数の信号導体と、誘導性を有する前記複数の導通導体および導体地板からなるＥＢＧ構造となることにより、前記他の導体を伝搬する電磁波を遮断する。

本発明によれば、簡単な構成で、所望の周波数帯域で電磁波伝搬の阻止効果が得られる構造体を提供することができる。

実施形態１におけるＥＢＧ構造体を示す図である。従来のＥＢＧ構成図である。図２のＥＢＧ構成の等価回路図である。図１のＥＢＧ構造体の等価回路図である。図１のＥＢＧ構造体の使用例を示す図である。実施形態２のＥＢＧ構造体を示す図である。従来のＥＢＧ構成を示す図である。図６のＥＢＧ構造体の使用例を示す図である。実施形態３のＥＢＧ構造体のアンテナ間への使用例を示す図である。実施形態４のＥＢＧ構造体の回路基板への使用例を示す図である。実施形態５のＥＢＧ構造体の無線通信回路基板への使用例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図１は実施形態１のＥＢＧ基板の斜視図（１００）と裏面図（１０１）を示す図である。

構造体であるＥＢＧ基板は、信号導体であるパッチ導体１０２と、そのパッチ導体１０２と導通する導通導体である導通ビア１０３と、容量性部材または容量特性を有する誘電体基材である誘電体１０４から構成される。図１に示されるように、パッチ導体１０２は複数個あり、各パッチ導体１０２に対して導通ビア１０３が構成されている。ここで、導通ビア１０３は、信号導体であるパッチ導体１０２の信号導体面に対して略垂直に構成されている。

尚、図１では、誘電体１０４を有する構成としているが、誘電体１０４ではなく空気である構成でもよい。導通ビア１０３は、パッチ導体１０２と接続され、誘電体１０４を貫通し、裏面側まで伸びており、導体である実装部の金属と接触可能となるように金属が剥き出しの接触部１０５を有する。図１の接触部１０５は矩形でなくてもよく、円形や多角形でもよい。ＥＢＧ基板の裏面には、誘電体１０４が剥き出しか、他の導体を実装しやすいようにその接触面に接着部１０６を設けても良い。

図２は一般的なＥＢＧ構造の斜視図（２００）と裏面図（２０１）を示す図である。

通常のＥＢＧ構造はパッチ導体２０２と導通ビア２０３、裏面のグランド導体２０４、誘電体２０５から構成される。誘電体２０５ではなく空気の場合もある。導通ビア２０３は、誘電体２０５を貫通し、パッチ導体２０２と裏面のグランド導体２０４を導通するように構成される。

図２の単体セルの等価回路は、図３の等価回路３００のように表せる。図２はセルが２次元に配列されているため、等価回路も本来は２次元であるが、簡単のため、図３では、１次元で表している。

等価回路３００において、直列誘導性リアクタンス３０１がパッチ導体２０２のグランド導体２０４と平行な長さを示し、直列容量性リアクタンス３０２が隣接するパッチ導体２０２間のギャップを示している。また、並列誘導性リアクタンス３０３がパッチ導体２０２とグランド導体２０４間を導通する導通ビア２０３を示し、信号線とグランド３０５間に並列に接続された容量性リアクタンス３０４がパッチ導体２０２とグランド導体２０４間のギャップを示している。等価回路３００におけるグランド３０５が、グランド導体２０４を示している。

直列素子の共振周波数と並列素子の共振周波数間の周波数帯域は、位相定数が０になり電磁波を透過しない帯域（ＥＢＧ：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ）となる。所望（特定）の周波数帯域が得られるように直列共振周波数と並列共振周波数を調整するためにパラメータを設計する。図２に示すＥＢＧ構造２００は、隣接のパッチ間隔、ビア径・ビア長等のパラメータを設計することで所望の周波数帯域で電磁波を遮断させる。

図４は図１の本実施形態の単体セルの等価回路４００を示す図である。

回路素子と構造の対応は図３と図２と同様であるため省略する。等価回路４００では、直列誘導性リアクタンス４０１、直列容量性リアクタンス４０２、並列誘導性リアクタンス４０３、並列容量性リアクタンス４０４で表され、図３におけるグランド３０５がない。本実施形態は、裏面で実装金属部と導通ビア１０３が接触することで、本来のＥＢＧ構造、すなわち、単体セルの等価回路が図３になるように設計される。

図５は図１の実施形態１の構造体（５００）の使用例を示す図である。

実装する金属導体５０１に実施形態１の導通ビア１０３の接触部１０５を接触させる。金属導体５０１と導通ビア１０３の接触部１０５が接触することで、実装する金属導体５０１がグランドとして働くため、本実施形態の本使用例で単位セルの等価回路図は図３と同様になり、本来の電磁波遮断効果を発揮する。すなわち、金属導体５０１に意図しない電磁波が伝搬する場合、実施形態１の構造体を接触させることで、電磁波の伝搬を阻止／遮断することができる。

実施形態１の効果的な用途としては、電子機器の設計、開発段階において意図しない電磁波伝搬が導体地板（電子回路基板や金属筺体等）上で発生した場合、本実施形態の構造体を、伝搬を抑圧したい個所に後から追加することである。これにより、意図しない電磁波伝搬を抑圧できることにある。本実施形態の構造体を利用することにより、電子回路基板や金属筺体を再設計することなく、システムとして所望の特性を得ることが可能となる。

実施形態１では、一般的なＥＢＧ構造の例を示したが本発明はこれに限らず、ＥＢＧ構造においてビア部がグランド部に接触可能となる他のＥＢＧ構造でも適用可能である。

実施形態１の構成をフレキシブル基板等の薄い基板で作成すれば、筐体の屈曲部や曲面部への適用が可能である。また、貼付する面が小さい場合は基板を簡便に切断し、貼付して使用することができる。

＜実施形態２＞
図６は実施形態２のＥＢＧ構成６００を示す図である。

図６は回路基板の表層のパターンのみで実装され、実施形態１と同様の機能構成を基板パターンに実現した例の表面である。同一平面上に構成されるパッチ導体６０１と導通導体６０２、実装金属との接触部６０３、誘電体部６０４から構成される。接触部６０３は導通導体先端で金属表面が剥き出しになっている。図６で接触部６０３は導通導体６０２と同じ幅の矩形で図示されているが、同じ幅でなくてもよく、また、矩形でなくてもよい。実施形態２では、基板の例のため、誘電体部６０４としているが、紙やセロファン、木片、布等の基板材料ではない薄いシート材料でもよい。また、誘電体部６０４の下部（他の導体との実装面）に接着部を設け、実装しやすいように構成してもよい。ここで、誘電体基板である誘電体部６０４は、パッチ導体６０１と導通導体６０２の平面と略平行に接触して構成されている。

図７は表層パターン型のＥＢＧ構成図（７００）の例の表面を示す図である。

図７は、パッチ導体７０１、導通導体７０２、グランド導体７０３、誘電体部７０４から構成される。実施形態１と同様に導通導体７０２はパッチ導体７０１とグランド導体７０３間を導通している。図７の等価回路は図３と同様になる。直列誘導性リアクタンス３０１がパッチ導体７０１におけるグランド導体７０３と平行な長さ分を示し、直列容量性リアクタンス３０２が隣接するパッチ導体７０１間のギャップと等価である。また、並列誘導性リアクタンス３０３は導通導体７０２を示し、容量性リアクタンス３０４がパッチ導体７０１とグランド導体７０３とのギャップを示している。等価回路３００のグランド３０５がグランド導体７０３を示している。

ＥＢＧ構造体の設計パラメータには、パッチ導体７０１の大きさ、形状、パッチ導体７０１間のギャップ、パッチ導体７０１とグランド導体７０３の間隔、導通導体７０２の大きさ、形状等がある。これらのパラメータを変更し、直列共振周波数、並列共振周波数を変更する。パラメータ変更により、所望の電磁波遮断帯域を得ることができる。

図６の実施形態２のＥＢＧ構造の等価回路は実施形態１と同様に図４になる。図３においてグランド３０５のない等価回路４００であり、グランド３０５以外は同様であるため、各回路素子（リアクタンス）と構造の対応関係は省略する。

図８は実施形態２の使用例を示す図である。

実装する金属導体８００に実施形態２のＥＢＧ構造８０１を接着部により貼付する。導通導体８０２の先端で金属が剥き出しの接触部８０３の接触面（図６における裏面）を実装する金属導体８００に接触させて使用する。このように、接触部８０３と接着部は同一面内に構成されている。そして、導通導体８０２が金属導体８００と接触することで、金属導体８００がグランドとして働くため、等価回路４００から等価回路３００のようになり、本来のＥＢＧとしての電磁波遮断効果を示す。

実施形態２以外の基板パターンのＥＢＧ構造体で導通導体が実装する金属と接触可能となる構成においても適用可能である。

実施形態２の構成をフレキシブル基板など薄い基板で作成すれば、筐体の屈曲部や曲面部への適用が可能である。また、貼付する面が小さい場合は基板を簡便に切断し、貼付して使用することができる。

＜実施形態３＞
図９は実施形態３のＥＢＧ構造体の通信回路基板への適用例を示す図である。通信回路基板９００は、アンテナ９０３（アンテナ１）及びアンテナ９０４（アンテナ２）が実装された回路基板である。本実施形態のＥＢＧ構造体９０１は、ＥＢＧ構造体の金属剥き出しの接触部９０２を備えている。

ＥＢＧ構造体９０１は、実施形態１のように多層型でも実施形態２のように表層型でも構わないが、本実施形態では、実施形態２の表層型を例に説明する。

アンテナ９０３及びアンテナ９０４は通信回路基板９００の共通のグランドを使用し、同周波数帯域で動作している。アンテナ間距離は動作周波数帯域における４分の１波長以下に配置されている。そのため、アンテナの相互結合により各アンテナの単体特性が悪化している。通信回路基板９００のアンテナ間グランド部に、本実施形態の接触部９０２を貼付する。通信回路基板９００のグランドがＥＢＧ構造体９０１のグランドとして作用するため、ＥＢＧ構造体９０１が本来のＥＢＧとして働き、アンテナ間グランドの表面電流を阻止でき、各アンテナ間の特性を劣化させずに、アンテナ間距離を短縮配置することができる。

本実施形態は、２つのアンテナにおけるＥＢＧ構造体の通信装置への適用例を説明しているが、２つ以上のアンテナ間に配置した構成にも本実施形態は適用可能である。また、図９のアンテナは逆Ｌ型であるが、アンテナの構成はこれに限定されない。

＜実施形態４＞
図１０は実施形態４のＥＢＧ構造体の回路基板への適用例を示す図である。１００１は回路基板、１００２は信号発生部、１００３はＥＢＧ構造体である。ＥＢＧ構造体１００３は、実施形態１のように多層型でも実施形態２のように表層型でも構わない。
信号発生部１００２の外側かつ回路基板１００１上に金属剥き出しの接触部を回路基板１００１のグランドと接触させるように貼付する。回路基板１００１のグランドがＥＢＧ構造体１００３のグランドとして作用するため、本来の電磁波遮断効果を発揮し、信号発生部１００２から外側への意図しない電源ノイズを阻止することができる。

＜実施形態５＞
図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は実施形態５のＥＢＧ構造体の無線通信回路への適用例を示す図である。１１０１は無線通信回路基板、１１０２はメイン基板、１１０３は接続ケーブル、１１０４〜１１０７はＥＢＧ構造体である。ＥＢＧ構造体１１０４〜１１０７は、実施形態１のように多層型でも実施形態２のように表層型でも構わない。本実施形態は無線通信回路基板１１０１とメイン基板１１０２が別基板で構成されている。両基板は接続ケーブル１１０３により接続される。接続ケーブル１１０３を介して、メイン基板１１０２が無線通信回路基板１１０１を制御している。

図１１（ａ）において、ＥＢＧ構造体１１０４の金属剥き出し接触部がメイン基板１１０２のグランドと接触するように貼付される。

図１１（ｂ）において、ＥＢＧ構造体１１０５の金属剥き出し接触部が無線通信回路基板１１０１のグランドと接触するように貼付される。

図１１（ｃ）において、ＥＢＧ構造体１１０６及び１１０７の金属剥き出し接触部がそれぞれメイン基板１１０２のグランド、無線通信回路基板１１０１のグランドと接触するように貼付される。

メイン基板１１０２のグランドがＥＢＧ構造体１１０４及び１１０６のグランドとして、無線通信回路基板１１０１のグランドがＥＢＧ構造体１１０５及び１１１０７のグランドとして作用する。そのため、ＥＢＧ構造体１１０４〜１１０７は本来の電磁波遮断効果を発揮する。これにより、ＥＢＧ構造体１１０４〜１１０７の電磁波遮断帯域における無線通信回路基板１１０１とメイン基板１１０２間の表面電流を遮断することができる。
また、遮断したい周波数に電磁波遮断領域をもつＥＢＧ構造体１１０４〜１１０７を貼付することで、無線通信回路基板１１０１もしくはメイン基板１１０２のノイズの影響を抑制することができる。

更に、無線通信回路基板１１０１のノイズを遮断するＥＢＧ構造体１１０６及び１１０７を使用して図１１（ｃ）のように貼付することで、無線通信回路基板１１０１のノイズをさらに抑制することができる。無線通信回路基板１１０１、メイン基板１１０２のノイズ遮断用のＥＢＧ構造体１１０６及び１１０７をそれぞれの基板に貼付することで、一方の基板ノイズの他方の基板への流出を抑制することができる。または、無線通信回路基板１１０１、メイン基板１１０２のノイズ遮断用のＥＢＧ構造体１１０６及び１１０７を他方の基板に貼付しても同様である。

本発明はＥＢＧ構造体であり、実装する金属をＥＢＧのグランドとして利用することでＥＢＧの電磁波遮断を可能とする。

Claims

複数の信号導体と前記信号導体と各々導通する複数の導通導体および前記複数の信号導体の間に容量性部材または容量特性を有する構造体であって、
前記複数の導通導体はそれぞれ、他の導体に接触可能となる接触部を有し、
複数の前記接触部が前記他の導体と接触することにより、特定の周波数帯域において電磁波の伝搬を阻止する容量性を有する前記複数の信号導体と、誘導性を有する前記複数の導通導体および導体地板からなるＥＢＧ構造となることにより、前記他の導体を伝搬する電磁波を遮断する
ことを特徴とする構造体。
前記導通導体は、前記信号導体の信号導体面に対して略垂直に構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記信号導体と前記接触部との間に誘電体基材を有している
ことを特徴とする請求項２に記載の構造体。
前記導通導体は、ビアで構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の構造体。
前記信号導体と前記導通導体は、同一平面に構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記信号導体と前記導通導体の平面と略平行に前記信号導体と前記導通導体に接触する誘電体基板を有している
ことを特徴とする請求項５に記載の構造体。
当該構造体は、前記他の導体を実装するための接着部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の構造体。
当該構造体における前記接触部と前記接着部は、同一面内に構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の構造体。