JP2018191247A - 電磁界バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の共振周波数を有するように電磁界バンドパスフィルタを定量的に設計可能とする。【解決手段】印刷配線回路基板１に、同一の構造を有する４個の共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄを、その一端部を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続部を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置している。そして、上記共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄの各々を、インダクタとして動作する経路導電パターン１１と、経路中に平行極板パターン１３を配置することによりキャパシタとして動作する経路導電パターン１２とを並列接続して、並列共振するように構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、電波環境・電磁環境を最適化する電磁界バンドパスフィルタに関する。

情報通信機器の小型化・高機能化が進み、この情報通信機器と、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＬＴＥ（Long Term Evolution）（登録商標）等の無線回線とを使用した無線通信サービスが急速に普及している。例えば、スマートフォンやタブレット型端末、ノート型のパーソナルコンピュータ等のモバイル端末は公私を問わず必要不可欠な存在になっており、また無料Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮサービスがパブリックスペースや店舗においても広がり国内全体に浸透しつつある。

一方で、このような無線ＬＡＮサービスでは、有線通信サービスとは異なり通信経路が目で確認できないことから、「つながるはずなのにつながらない」問題や、「つながらないはずのところでつながる」問題、Ｗｉ−Ｆｉの個人アカウントが他人に使用されてしまう問題等があり、さらに基地局の少ない地域での実質的な通信可能エリアの狭さ等の問題が深刻になりつつある（例えば、非特許文献１を参照）。

また、電子機器から放射される微弱な電磁波から情報を取得する電磁的盗聴の脅威が従来から指摘されている。例えば、デスクトップＰＣ等に用いられるディスプレイ等からの漏えい電磁波を利用した画面盗視の脅威が懸念されてきた（例えば、非特許文献２を参照）。

このような脅威は、上記の電子機器と同様に機密情報・個人情報を取り扱う機会が増加しているモバイル端末においても例外ではない。モバイル端末からの漏洩電磁波の信号強度は固定端末と比較して微弱ではあるものの、モバイル端末はパブリックスペースにおいて頻繁に利用され、他人との距離が至近な状態で利用される機会も多く、ゆえに、大人数が集まるような場所ではハッカーの特定が困難である。このため、モバイル端末においても電磁漏洩に関するセキュリティの脅威が懸念されている（例えば、非特許文献３を参照）。

そこで、以上のような問題・脅威に対処するために、電波環境および電磁環境を適切に制御することが求められている。その解決手段として、アンテナ技術分野で用いられている周波数選択板（ＦＳＳ）が注目されている。ＦＳＳは、電磁界に応答し共振する導体と開口部分とからなる構造を単位セルとして、複数の単位セルを二次元的に周期配列した電磁制御材料である。ＦＳＳは、単位セルの構造によって様々な周波数特性を持たせることが可能である（例えば、非特許文献４を参照）。

ＦＳＳには、様々な周波数特性をもつ共振構造が存在するが、中でも特定の周波数のみを透過させるバンドパスフィルタ特性をもつ構造が注目されている。バンドパスフィルタ特性を持つ構造は、開口部を共振構造としたものが主流であり、スリット型共振器、スロット型共振器、ループスロット型共振器、Ｃ型スロット共振器等が実在する。これらの共振器の基本的な特性は特定の周波数帯のみを透過させることであり、共振器の開口部の一部が入射電界の波長程度の特定の長さと一致するという性質を有している（例えば、非特許文献５を参照）。

電子情報通信学会，通信ソサエティマガジン，No.19，[冬号]，2011. ＮＴＴ技術ジャーナル（2008.8月号）p11-15. 伊丹他，2016 信学全大，B-4-60，Mar. 2016. 牧野 滋，2015 信学技報，A・P 2015-5，Apl. 2015 BEN A. MUNK, Frequency Selective Surfaces Theory and Design, 2000

ところが、従来のＦＳＳは、上記のような性質により、共振させる周波数によってサイズがほぼ限定されてしまう上に、導体部分の構造が電気的に複雑なため、電気等価回路モデルを使用した共振周波数設計が困難である。また、単位セルの配列の仕方によって共振周波数がシフトする等、共振周波数がどのような値になるのかは、実際に製作しみなければわからないことが多い。すなわち、ＦＳＳの構造を設計する段階でその共振周波数を明確に把握できるような、ＦＳＳの汎用的な定量的設計手法がないという課題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、所望の共振周波数を有するように定量的に設計可能な電磁界バンドパスフィルタを提供するものである。

上記課題を解決するためにこの発明の第１の態様は、第１および第２の端部を有する複数の共振器を、前記第１の端部を共通接続した状態で当該第１の端部を中心として放射状にかつ等角度間隔で二次元的に配置した電磁界バンドパスフィルタにあって、前記複数の共振器の各々が、インダクタとして動作する第１の導体経路と、前記第１の導体経路に対し並列接続された第２の導体経路と、前記第２の導体経路の経路中に所定の間隔を有して配置され前記第２の導体経路をキャパシタとして動作させる一対の第１の導電部材とを備えるようにしたものである。

この発明の第２の態様は、前記一対の第１の導電部材の間隔を、当該第１の導電部材を除いた前記第２の導体経路の経路長と前記第１の導体経路の経路長との和の１．６％以下に設定するようにしたものである。

この発明の第３の態様は、前記一対の第１の導電部材を、その部材間に誘電体を充填するようにしたものである。

この発明の第４の態様は、前記第１の導体経路を、その経路中に一対の第２の導電部材を配置するようにしたものである。

この発明の第５の態様は、前記第２の導体経路の経路中に、前記一対の第１の導電部材を配置する代わりに、前記第２の導体経路をキャパシタとして動作させる容量性回路素子を接続するようにしたものである。

この発明の第６の態様は、前記複数の共振器を、前記第１の端部を共通接続した状態で、当該第１の端部を中心として放射状にかつ１２０°、９０°、または６０°おきの等角度間隔で二次元的に配置するようにしたものである。

この発明の第７の態様は、前記複数の共振器を印刷配線回路基板上に設けるようにしたものである。

この発明の第１の態様によれば、電磁界バンドパスフィルタの構成要素として、インダクタを構成する第１の導体経路と、経路中に一対の導電部材を所定の間隔を隔てて配置することでキャパシタを構成した第２の導体経路とを有する、電気的に単純な共振器を用いている。このため、当該共振器の簡単な電気等価回路モデルを設計することができ、当該電気等価回路モデルを利用することによって、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを定量的に設計することが可能となる。

この発明の第２の態様によれば、上記の一対の第１の導電部材の間隔を、当該第１の導電部材を除いた第２の導体経路の経路長と第１の導体経路の経路長との和の１．６％以下に設定したことにより、上記の電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が、上記の電気等価回路モデルで計測した共振周波数とほぼ一致するようになる。この電磁界バンドパスフィルタと電気等価回路モデルとの共振周波数の関係を利用することによって、電磁界バンドパスフィルタのより正確な定量的設計が可能となる。また、上記の一対の第１の導電部材の間隔を狭めていくと、電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が低周波化されて、電磁界バンドパスフィルタは共振器のサイズに比べて十分長い波長を有する電磁波に対して作用するようになる。このため、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを設計する際に、電磁界バンドパスフィルタに使用する共振器のサイズを、従来と比較して大幅に小型化することができる。

この発明の第３の態様によれば、上記一対の第１の導電部材の部材間に誘電体を充填させることで、共振時の電磁波の透過量を低減させることなく、電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が低周波化される。このため、所望の共振周波数を有するように電磁界バンドパスフィルタを設計する際に、共振時の電磁波の透過量を低減させることなく、電磁界バンドパスフィルタに使用する共振器のサイズを従来と比較して小型化することができる。

この発明の第４の態様によれば、上記第１の導体経路の経路中に一対の第２の導電部材を配置させることで、この一対の第２の導電部材の間隔を調節することによって、電磁界バンドパスフィルタに対する電磁波の透過特性が所望のものとなるように調節することができる。例えば、第２の導電部材の間隔を調節して、電磁波の透過量が落ちるストップバンドの周波数帯域を調節することによって、電磁波が透過する周波数帯域および帯域幅を調節することや、電磁波が透過する周波数帯域において透過量の半値幅を調節することができる。

この発明の第５の態様によれば、上記第２の導体経路の経路中に、前記一対の第１の導電部材を配置させる代わりに、前記第２の導体経路をキャパシタとして動作させる容量性回路素子を接続することによって、導電部材の間隔を調整することなく、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを集中定数的に設計することができる。

この発明の第６の態様によれば、上記複数の共振器を、各共振器の第１の端部を共通接続した状態で、当該第１の端部を中心として放射状にかつ１２０°、９０°、または６０°おきの等角度間隔で二次元的に配置する。このため、二次元空間を共振器で規則的に埋めた、フィルタ全体を通して均一に電磁波の透過特性を有する電磁界バンドパスフィルタを設計することができる。

この発明の第７の態様によれば、上記複数の共振器を印刷配線回路基板上に作製するようにしたことで、所望の透過特性を有しかつ軽量の電磁界バンドパスフィルタを、歩留まり良く大量生産することが可能となる。この効果は、モバイル端末に実装した場合に、モバイル端末の小型軽量化、低価格化を維持する上で非常に有用である。

すなわち、この発明の各態様によれば、所望の共振周波数を有するように定量的に設計可能な電磁界バンドパスフィルタを提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。 図１に示した共振器を電気回路として扱ったときのシミュレーション用の概略構成図。 第１の実施形態に係る共振器の共振周波数特性と、当該共振器を電気回路として扱ったときの共振周波数特性とを示すグラフ。 図１に示した電磁界バンドパスフィルタの反射特性の一例を示すグラフ。 この発明の第２の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。 図５に示した共振器の概略構成図。 図５に示した電磁界バンドパスフィルタの反射特性の一例を示すグラフ。 この発明の第３の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。 この発明の第４の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。 図９に示した共振器の概略構成図。 図９に示した電磁界バンドパスフィルタの透過特性の一例を示すグラフ。 この発明の第４の実施形態の比較例に係る電磁界バンドパスフィルタの透過特性の一例を示すグラフ。 この発明の他の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。 この発明の他の実施形態に係る、共振器が二次元的に周期配列されている電磁界バンドパスフィルタの一例を示す外観図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
（１）電磁界バンドパスフィルタの構成
図１は、この発明の第１の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルの構成を示す図である。

第１の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルは、一辺が３０mmの正方形からなる印刷配線回路基板１上に、同一の構成を有する４個の共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄを、その一端を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続点を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置したものである。なお、上記単位セルを複数個二次元的に配列することで、フィルタのカバー面積のより大きな電磁界バンドパスフィルタを構成することが可能である。

各共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄは、いずれも第１の導体経路としての経路導電パターン１１と、第２の導体経路としての経路導電パターン１２と、経路導電パターン１２の中間部に設けられる、第１の導電部材としての平行極板パターン１３とを備える。上記経路導電パターン１１，１２は、その両端がそれぞれ接続パターン２に接続され、その一方は上記したように印刷配線回路基板１の中央部で共通接続される。また接続パターンの他方は、印刷配線回路基板１の各辺の位置まで導出されて開放端となる。平行極板パターン１３の間隔ｄは、透過させようとする周波数帯域（共振周波数帯域）に応じて、次のように設定される。

（２）電磁界バンドパスフィルタの定量的設計
１個の共振器の平行極板パターン１３の間隔ｄと共振周波数との関係をシミュレーションにより求める。図２は、このシミュレーションのために作製した共振器の構成を示すもので、３０mm平方の印刷配線回路基板に上記経路導電パターン１１，１２に対応する導電パターン１０１，１０２を形成し、導電パターン１０１と導電パターン１０２との間に上記平行極板パターン１３に対応する平行極板パターン１０３を形成する共に、他端部に給電点１０４を形成したものである。

図３は、図２に示したシミュレーション用の共振器を電気回路中で用いた場合に計測される共振周波数と、当該共振器を、図１に示した単位セルを用いた電磁界バンドパスフィルタの構成要素として用いた場合に計測される共振周波数とを、当該共振器の平行極板パターン１０３の間隔ｄ［ｍｍ］を変化させてプロットしたグラフである。より詳細には、上記シミュレーション用の共振器を電気回路中で用いた場合の共振周波数の計測では、共振器の導電パターン１０１，１０２中に給電点１０４を設けて電気回路としてのインピーダンス特性が極大値をとるときの周波数を計測している。一方、共振器を電磁界バンドパスフィルタの構成要素として用いた場合の共振周波数の計測では、当該電磁界バンドパスフィルタに平面波を入射したときにおける、透過率の周波数特性が極大値をとるときの周波数を計測している。

図３に示されているように、上記シミュレーション用の共振器を、電気回路で用いた場合と、電磁界バンドパスフィルタの構成要素として用いた場合の、共振周波数を示す２つのグラフは近似しており、共振器の閉ループでのインピーダンスの周波数特性と、当該共振器を構成要素とする電磁界バンドパスフィルタへの入射電磁界の透過特性（Ｓパラメータ）とがほぼ１対１対応することが分かる。

したがって、このような電気等価回路モデルを利用することによって、上記のような共振器を構成要素とする電磁界バンドパスフィルタは、所望の共振周波数において電磁界を透過するように定量的に設計可能である。特に、図３に示したグラフにおいて平行極板パターン１０３の間隔ｄが１ｍｍ以下の領域、すなわち、間隔ｄが導電パターン１０１および１０２の経路長Ｌ［ｍｍ］に対して１．６％以下となる領域では、上記の２種類の共振周波数はほぼ一致する。

また、図３に示されているように、平行極板パターン１０３の間隔ｄを狭くすることで平行極板パターン１０３のキャパシタンスの値を大きくしていくと、共振器および共振器を構成要素とする電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が低周波化することが分かる。

（動作）
図１に示した電磁界バンドパスフィルタに電磁波が入射すると、電磁波の磁界成分によって電磁界バンドパスフィルタ中に電流が誘起される。入射される電磁波が特定の周波数を有するとき、図１に示した電磁界バンドパスフィルタの共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄの各々において、経路導電パターン１１により構成される第１の導体経路がインダクタとして動作し、経路導電パターン１２中に平行極板パターン１３が配置された第２の導体経路がキャパシタとして動作し、これにより共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄはそれぞれ並列共振動作する。

このため、各共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄ内の平行極板パターン１３と経路導電パターン１１，１２とからなるループ状の経路内に電流は閉じ込められ、電磁界バンドパスフィルタ内の共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄ間では電流が流れなくなる。すなわち、電磁界バンドパスフィルタ全体のインピーダンスが非常に大きくなり、電磁界バンドパスフィルタ全体としては電流がほぼ流れなくなる。これにより、入射磁界を打ち消すような電磁界は発生せず、入射される電磁波は当該電磁界バンドパスフィルタを透過する。

図４は、図１に示した電磁界バンドパスフィルタの反射特性の一例を示すグラフである。図４に示したグラフでは、３．９ＧＨｚの周波数で反射特性が小さくなっている。すなわち、電磁界バンドパスフィルタの各共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄにおいて３．９ＧＨｚの周波数で並列共振が誘起され、当該周波数の電磁波が電磁界バンドパスフィルタを透過することがわかる。

（効果）
以上詳述したように、この発明の第１の実施形態では、以下のような効果が奏せられる。
（１）印刷配線回路基板１に、同一の構造を有する４個の共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄを、その一端部を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続部を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置している。そして、上記共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄの各々を、インダクタとして動作する経路導電パターン１１と、経路中に平行極板パターン１３を配置することによりキャパシタとして動作する経路導電パターン１２とを並列接続して、並列共振するように構成している。

従って、電磁界バンドパスフィルタの構成要素として、共振が誘起される導体部分の構造が電気的に単純な共振器が用いられる。このため、当該共振器の簡単な電気等価回路モデルを設計することができ、当該電気等価回路モデルを利用することによって、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを定量的に設計することができる。

また、共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄを、その端部を接続パターン２により共通接続した状態で、当該共通接続部を中心として放射状に９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置するようにしている。このため、二次元空間に複数の共振器を規則的に配置した、フィルタ全体を通して均一な電磁波の透過特性を有する電磁界バンドパスフィルタを設計することができる。

また、共振器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、および１０Ｄを印刷配線回路基板１上に作製するようにしたことで、所望の透過特性を有しかつ軽量の電磁界バンドパスフィルタを、歩留まり良く大量生産することが可能となる。この効果は、モバイル端末に実装した場合に、モバイル端末の小型軽量化、低価格化を維持する上で非常に有用である。

（２）各共振器の平行極板パターン１３の間隔を、平行極板パターン１３を除いた経路導電パターン１２の経路長と経路導電パターン１１の経路長との和の１．６％以下に設定するようにしている。これにより、上記の電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が、上記の電気等価回路モデルで計測した共振周波数とほぼ一致するようになる。この電磁界バンドパスフィルタと電気等価回路モデルとの共振周波数の関係を利用することによって、電磁界バンドパスフィルタのより正確な定量的設計ができる。したがって、例えば、電波暗室等のように電磁界測定環境が十分保有されていない状況であっても、電気回路や高周波回路の回路定数の測定環境があれば、電磁界フィルタの定量的な周波数設計が可能となる。また、詳細なアンテナ設計技術に精通していない者でも、回路的な手法によって電磁界フィルタを設計することが可能となる。

さらに、このように平行極板パターン１３の間隔を狭めていくと、電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が低周波化されて、電磁界バンドパスフィルタは、共振器のサイズに比べて十分長い波長を有する電磁波に対して作用するようになる。このため、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを設計する際に、電磁界バンドパスフィルタに使用する共振器のサイズを、従来と比較して大幅に小型化することができる。また、このように平行極板パターン１３の間隔を変えることで共振周波数を変化させることができるので、共振器全体では構造・サイズを変更することなく、電磁界バンドパスフィルタを所望の周波数で共振するように設計することができる。

このように設計した電磁界バンドパスフィルタを使用することによって、無線通信に用いられる周波数よりも低い周波数帯（７００ＭＨｚ以下）の電磁的情報漏洩に対応するＦＳＳを、限られた空間内で十分な数配置でき、所望の周波数特性が発揮できるようになる。また、このように設計された電磁界バンドパスフィルタによるＦＳＳは、共振周波数に対して十分小さい構造となるため、限られた空間に配列される共振器の数を増加させることで、ＦＳＳの周波数特性の精度の向上が見込める。同様に、小さい空間においても所望の周波数特性を有するＦＳＳを十分に配列することができる。さらに、基地局で用いられる反射板がＦＳＳである場合に、反射板を十分に小さくして基地局の小型化を維持することができる。したがって、これまで基地局を配置することが困難であった場所にも基地局を配置できるようになる。また、無線周波数帯のレンズ等も、この発明の第１の実施形態により光の波長帯のレンズと同様に小型化できる可能性がある．
［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態では、各共振器１０Ａ〜１０Ｄの平行極板パターン１３の間隔ｄを狭めることによって、当該共振器を構成要素とする電磁界バンドパスフィルタの共振周波数を低周波化できることを説明した。しかしながら、平行極板パターン１３の間隔ｄを狭めるのではなく、平行極板パターン１３の部材間に誘電体を充填することでも同様の効果が得られる。

（構成）
図５は、この発明の第２の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルの構成を示す図である。

第２の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルは、図５では、一辺が３０mmの正方形からなる印刷配線回路基板１上に、同一の構造を有する共振器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および２０Ｄを、その一端部を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続部を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置したものである。なお、上記単位セルを複数個二次元的に配列することで、フィルタのカバー面積のより大きな電磁界バンドパスフィルタを構成することが可能である。

図６は、図５に示した共振器２０Ａを拡大して示した図である。図６に示されるように、各共振器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および２０Ｄは、いずれも第１の導体経路としての経路導電パターン２１と、第２の導体経路としての経路導電パターン２２と、経路導電パターン２２の中間部に設けられキャパシタとして動作する、第１の導電部材としての導電部材２３とを備える。上記経路導電パターン２１，２２は、その両端がそれぞれ接続パターン２に接続され、その一方は上記したように印刷配線回路基板１の中央部で共通接続される。また接続パターンの他方は、印刷配線回路基板１の各辺の位置まで導出されて開放端となる。

共振器２０Ａの導電部材２３は、一対の平行極板パターン２３１，２３２間に誘電体２３３を充填したものとなっている。

（動作）
図５に示した電磁界バンドパスフィルタにおいても、第１の実施形態において説明したのと同様の原理で、電磁界バンドパスフィルタの共振器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび２０Ｄの各々において、経路導電パターン２１により構成される第１の導体経路がインダクタとして動作し、経路導電パターン２２中に誘電体２３３を含む導電部材２３が配置された第２の導体経路がキャパシタとして動作し、これにより共振器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび２０Ｄはそれぞれ並列共振動作する。

このため、当該電磁界バンドパスフィルタの各共振器において並列共振を誘起させる特定の周波数の電磁波が透過する。

図７は、図５に示した電磁界バンドパスフィルタの反射特性の一例を示すグラフである。図４に示した第１の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの反射特性との比較のため、図７に示された反射特性は、図４に示した特性を計測した電磁界バンドパスフィルタにおいて、各共振器の平行極板パターン１３の間隔を変えずに平行極板パターン１３の部材間に誘電体２３３を充填させたに過ぎない電磁界バンドパスフィルタにおいて計測した。

図７に示したグラフでは、２．５ＧＨｚの周波数帯で電磁界バンドパスフィルタの反射特性が小さくなっている。すなわち、電磁界バンドパスフィルタの各共振器において２．５ＧＨｚの周波数帯で並列共振が誘起され、当該周波数帯の電磁波が電磁界バンドパスフィルタを透過することがわかる。つまり、平行極板パターン２３１，２３２間に誘電体２３３を充填した導電部材２３を用いたことで、第１の実施形態で述べた電磁界バンドパスフィルタより、共振周波数が低周波化されたことが分かる。

（効果）
以上詳述したように、この発明の第２の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタによれば、経路導電パターン２２中に、平行極板パターン２３１，２３２間に誘電体２３３を充填した導電部材２３を設けたことによって、電気等価回路モデルを利用できる利点に加え、電磁界バンドパスフィルタの共振周波数をさらに低周波化することが可能となる。

また、平行極板パターン２３１，２３２間に誘電体２３３を充填させることで、共振時の電磁波の透過量を低減させることなく、電磁界バンドパスフィルタの共振周波数が低周波化される。このため、所望の共振周波数を有するように電磁界バンドパスフィルタを設計する際に、共振時の電磁波の透過量を低減させることなく、電磁界バンドパスフィルタに使用する共振器のサイズを従来と比較して小型化することができる。

［第３の実施形態］
上述の第１の実施形態では、各共振器の平行極板パターン１３の間隔ｄを狭めることによって、当該共振器を構成要素とする電磁界バンドパスフィルタの共振周波数を低周波化できることを説明した。しかしながら、平行極板パターン１３の間隔ｄを狭めるのではなく、平行極板パターン１３の代わりに容量性回路素子を回路中に挿入することでも同様の効果が得られる。

図８は、この発明の第３の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルの一例を示す図である。

第３の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルは、一辺が３０mmの正方形からなる印刷配線回路基板１上に、同一の構成を有する４個の共振器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃおよび３０Ｄを、その一端を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続点を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置したものである。なお、上記単位セルを複数個二次元的に配列することで、フィルタのカバー面積のより大きな電磁界バンドパスフィルタを構成することが可能である。

各共振器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃおよび３０Ｄは、いずれも第１の導体経路としての経路導電パターン３１と、第２の導体経路としての経路導電パターン３２と、経路導電パターン３２の中間部に接続される容量性回路素子３３とを備える。上記経路導電パターン３１，３２は、その両端がそれぞれ接続パターン２に接続され、その一方は上記したように印刷配線回路基板１の中央部で共通接続される。また接続パターンの他方は、印刷配線回路基板１の各辺の位置まで導出されて開放端となる。

容量性回路素子３３は、コンデンサからなり、その容量値は透過させようとする周波数帯域（共振周波数帯域）に応じて設定される。なお、電磁界バンドパスフィルタを空間フィルタとして用いることを想定すると、上記容量性回路素子３３のリード長はなるべく短くして、不要なインダクタンス成分を排除し、放射特性（指向性・効率）に影響を与えないように配慮することが望ましい。

以上の電磁界バンドパスフィルタを利用することで、この発明の第３の実施形態によれば次のような効果が奏せられる。すなわち、第１の実施形態のように平行極板パターン１３の間隔を調整する代わりに、適切な容量をもつ容量性回路素子３３を接続することによって、所望の共振周波数特性を有する電磁界バンドパスフィルタをより簡単に設計することができる。したがって、第１の実施形態において説明したように電気等価回路モデルが利用できる利点に加えて、所望の共振周波数を有する電磁界バンドパスフィルタを設計する際に、電磁界バンドパスフィルタを集中定数的に設計することができる。

［第４の実施形態］
（構成）
図９は、この発明の第４の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルの一例を示す図である。

第４の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタの単位セルは、一辺が３０mmの正方形からなる印刷配線回路基板１上に、同一の構成を有する４個の共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄを、その一端を接続パターン２を介して共通接続した状態で、当該共通接続点を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置したものである。なお、上記単位セルを複数個二次元的に配列することで、フィルタのカバー面積のより大きな電磁界バンドパスフィルタを構成することが可能である。

図１０は、図９に示した共振器４０Ａを拡大して示した図である。図１０に示されるように、各共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、および４０Ｄは、いずれも第１の導体経路としての経路導電パターン４１と、第２の導体経路としての経路導電パターン４２と、経路導電パターン４１，４２の中間部にそれぞれ配置された、第１および第２の導電部材としての平行極板パターン４３，４４とを備える。

上記経路導電パターン４１，４２は、その両端がそれぞれ接続パターン２に接続され、その一方は上記したように印刷配線回路基板１の中央部で共通接続される。また接続パターンの他方は、印刷配線回路基板１の各辺の位置まで導出されて開放端となる。平行極板パターン４３，４４の間隔は、透過させようとする周波数帯域（共振周波数帯域）に応じて設定される。

すなわち、第４の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタは、各共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄにおいて第１の導体経路および第２の導体経路がいずれもキャパシタをもつ経路として動作し、このキャパシタをもつ経路からなる並列回路により共振回路を構成する。

（動作）
図９に示した電磁界バンドパスフィルタに電磁波が入射すると、電磁波の磁界成分によって電磁界バンドパスフィルタ中に電流が誘起される。入射される電磁波が特定の周波数を有するとき、図９に示した電磁界バンドパスフィルタの共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄの各々において、経路導電パターン４１，４２がそれぞれ平行極板パターン４３，４４によりキャパシタをもつ経路として動作し、これにより共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄはそれぞれ共振動作する。

このため、各共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄにおいて、経路導電パターン４１，４２により構成されるループ状の経路内に電流は閉じ込められる。これにより電磁界バンドパスフィルタ全体のインピーダンスが非常に大きくなり、電磁界バンドパスフィルタ全体としては電流がほぼ流れなくなって、入射磁界を打ち消すような電磁界は発生せず、入射される電磁波は当該電磁界バンドパスフィルタを透過する。

図１１は、図９に示した電磁界バンドパスフィルタの透過特性の一例を示すグラフである。同図に示されるように、第４の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタによれば、２GHz 帯と５GHz帯に反射帯域が設定され、それに挟まれた帯域が透過帯域となる。一方、図１２は、図１に示した第１の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタによる透過特性を示したものである。

第４の実施形態では、第１の実施形態と異なり、２GHz 帯と５GHz帯の周波数帯に、電磁波の透過量が落ちる周波数帯であるストップバンドが形成されている。これは、図３において説明したように共振器そのものを電気回路として扱った際にもインピーダンス特性として明らかである。

（効果）
以上詳述したように、この発明の第４の実施形態に係る電磁界バンドパスフィルタによれば、次のような効果が奏せられる。

すなわち、共振器４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄにおいて第１の導体経路および第２の導体経路がいずれもキャパシタをもつ経路として動作することによって、２GHz 帯と５GHz帯の周波数帯に、電磁波の透過量が落ちる周波数帯であるストップバンドが形成される。したがって、第１の実施形態において説明したように電気等価回路モデルが利用できる利点に加えて、平行極板パターン４３，４４の間隔を調節することによって、電磁波の透過特性を所望のものとなるように調節することができる。例えば、平行極板パターン４４の間隔を調節してストップバンドの周波数帯域を調節することによって、電磁波が透過する周波数帯域および帯域幅を調節することが可能となり、また電磁波が透過する周波数帯域においてＱ値の高いすなわち透過量の半値幅が小さい急峻な透過特性となるように調節することができる。

［他の実施形態］
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、各共振器の端部同士を共通接続した状態で、当該端部を中心として放射状にかつ９０°おきの等角度間隔で二次元的に配置して電磁界バンドパスフィルタを設計した。しかしながら、電磁界バンドパスフィルタは、例えば図１３および図１４に示すように、各共振器の端部同士を共通接続した状態で、当該端部を中心として放射状にかつ１２０°もしくは６０°おきの等角度間隔で二次元的に配置するように設計してもよい。さらに、電磁界バンドパスフィルタは、平面を埋めることができるような、複数の共振器の他の接続様式で設計してもよい。

その他、電磁界バンドパスフィルタの構成要素とする共振器の種類とその構成、単位セルの数等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…印刷配線回路基板、２…接続パターン、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…共振器、１１，１２，１０１，１０２，２１，２２，３１，３２，４１，４２…経路導電パターン、１３，１０３，２３１，２３２，４３，４４…平行極板パターン、１０４…給電点、２３…導電部材、２３３…誘電体、３３…容量性回路素子

Claims (7)

1. 第１および第２の端部を有する複数の共振器を、前記第１の端部を共通接続した状態で、当該第１の端部を中心として放射状にかつ等角度間隔で二次元的に配置した電磁界バンドパスフィルタであって、
   前記複数の共振器の各々は、
   インダクタとして動作する第１の導体経路と、
   前記第１の導体経路に対し並列接続された第２の導体経路と、
   前記第２の導体経路の経路中に所定の間隔を有して配置され、前記第２の導体経路をキャパシタとして動作させる一対の第１の導電部材と
   を備える電磁界バンドパスフィルタ。
2. 前記一対の第１の導電部材の間隔は、当該第１の導電部材を除いた前記第２の導体経路の経路長と前記第１の導体経路の経路長との和の１．６％以下に設定される、請求項１に記載の電磁界バンドパスフィルタ。
3. 前記一対の第１の導電部材は、その部材間に誘電体を充填してなる、請求項１に記載の電磁界バンドパスフィルタ。
4. 前記第１の導体経路は、その経路中に一対の第２の導電部材を配置してなる、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁界バンドパスフィルタ。
5. 第１および第２の端部を有する複数の共振器を、前記第１の端部を共通接続した状態で、当該第１の端部を中心として放射状にかつ等角度間隔で二次元的に配置した電磁界バンドパスフィルタであって、
   前記複数の共振器の各々は、
   インダクタとして動作する第１の導体経路と、
   前記第１の導体経路に対し並列接続された第２の導体経路と、
   前記第２の導体経路の経路中に接続され、前記第２の導体経路をキャパシタとして動作させる容量性回路素子と
   を備える電磁界バンドパスフィルタ。
6. 前記複数の共振器を、前記第１の端部を共通接続した状態で、当該第１の端部を中心として放射状にかつ１２０°、９０°、または６０°おきの等角度間隔で二次元的に配置した、請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁界バンドパスフィルタ。
7. 前記複数の共振器は、印刷配線回路基板上に設けられる、請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁界バンドパスフィルタ。