JP2020102801A

JP2020102801A - 周波数選択板

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Publication number: JP2020102801A
Application number: JP2018240590A
Authority: JP
Inventors: 豪伊丹; Takeshi Itami; 陽平鳥海; Yohei Chokai; 潤加藤; Jun Kato
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: US11715883B2; JP6959537B2; US20220077590A1; WO2020137540A1

Abstract

【課題】動作周波数及びその帯域幅の調整が容易な周波数選択板を提供する。【解決手段】同一形状の導電パターンで形成される共振器ｋｘｙを、誘電体基板の上に周期的に配列した構造の周波数選択板において、共振器ｋｘｙは、誘電体基板１０１の上に十字を形成する横パターン１０と縦パターン２０の導線部と、横パターンと縦パターンが所定の長さ延伸されたそれぞれの両端部は、直交する方向にそれぞれ延長され、当該先端部分は他方向から延長された先端部分と対角線上に間隔を空けて対向する形状の極板部とを備え、極板部は、隣接する他の共振器の極板部と対向する中心部分が横パターンの幅で切り欠かれ、該切り欠かれた部分の中心から横パターン１０の幅よりも細い幅で且つ所定の長さより短い長さ延伸されて隣接する他の共振器の極板部と接合し、先端部分の間隔は、隣接する他の共振器の極板部との間隔よりも広い形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、同一形状の共振器を、誘電体基板の上に周期的に配列した構造の周波数選択板に関する。

情報通信機器の小型化、高機能化が進み、無線ＬＡＮやＬＴＥ等の回線を使った無線通信サービスが急速に普及している。これに伴い、無線通信端末からの電波の送受信が広域かつ頻繁に行われるようになり、周囲の他の電子機器への影響が懸念されている。

懸念される影響としては、無線環境の劣化、通信障害、及びセキュリティへの脅威などが考えられる。これらの影響を抑制する技術が求められている。

電波環境及び電磁環境を制御する目的で周波数選択板（ＦＳＳ：Frequency Selective Surfaces）を用いることができる。周波数選択板は、波長と同程度以下の寸法の導体パターンで形成された共振器（単位セル）を周期的に配列することで、入射する電磁波の透過特性／反射特性に周波数依存性を持たせたものである。

周波数選択板には、様々な周波数特性を持つ共振構造が存在する。例えば、特定の周波数のみを反射するバンドストップフィルタ特性を持つものは、導体部を共振構造としたものが主であり、リング型、ダイポールアレイ型、トライホール型、パッチ型、及びエルサレムクロス型などがある（非特許文献１）。

周波数選択板は、考慮すべき構造パラメータの数が多く、パラメータがインダクタンス成分とキャパシタンス成分の増減に相反して関係する場合もある。また、単位セルの配列の仕方によってもその特性は変化し、理論として複雑である（非特許文献２）。

牧野滋、「[チュートリアル講演]周波数選択板の基礎と応用」、信学技法、A・P 2015-5, Apl. 2015. BEN A. MUNK,"Frequency Selective Surfaces Theory and Design",2000.

理論として複雑で有るが故に、一度の試作で所望の周波数特性を得ることが難しい。したがって、周波数選択板の設計は、コスト、労力を要するという課題がある。

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、動作周波数及び帯域幅の調整が容易な周波数選択板を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る周波数選択板は、同一形状の導電パターンで形成される共振器を、誘電体基板の上に周期的に配列した構造の周波数選択板において、前記共振器は、前記誘電体基板の上に十字を形成する横パターンと縦パターンの導線部と、前記横パターンと前記縦パターンが所定の長さ延伸されたそれぞれの両端部は、直交する方向にそれぞれ延長され、延長された先端部分は他方向から延長された先端部分と対角線上に間隔を空けて対向する形状の極板部とを備え、極板部は、隣接する他の共振器の極板部と対向する中心部分が前記横パターンの幅で切り欠かれ、該切り欠かれた部分の中心から前記横パターンの幅よりも細い幅で且つ前記所定の長さより短い長さ延伸されて隣接する他の共振器の極板部と接合し、前記先端部分の間隔は、隣接する他の共振器の極板部との間隔よりも広い形状であることを要旨とする。

本発明によれば、動作周波数及びその帯域幅の調整が容易な周波数選択板を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る周波数選択板の一部の平面を示す図である。図１に示す周波数選択板が備える複数の共振周波数に対応する電流が流れる経路を模式的に示す図である。図１に示す周波数選択板の誘導成分と容量成分の大凡の位置と等価回路を示す図である。図１に示す周波数選択板の形状のパラメータの例を示す図である。図１に示す周波数選択板の周波数特性の例を示す図である。容量成分によって遮断周波数が変化する例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る周波数選択板の一部の平面を示す図である。図７に示す周波数選択板の副共振器を形成する容量成分を示す図である。図７に示す周波数選択板の等価回路を示す図である。図７に示す副共振器の導電パターンの形状を変化させた場合の遮断周波数の変化を示す図である。本発明の第３実施形態に係る周波数選択板の一部の平面を示す図である。容量成分が、低周波側バンドパス共振器の等価回路に並列に接続された等価回路を示す。低周波側バンドパス共振器に対応する副共振器と高周波側バンドパス共振器に対応する副共振器をそれぞれ構成する第２導電パターンの形状を変えた場合の反射特性の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る周波数選択板の一部の平面を模式的に示す図である。図１に示す周波数選択板１００は、誘電体基板１０１の上に、漢字の「田」に似た形状の導電パターンで形成された共振器ｋ_ｘｙが周期的に配列されて構成される。図１においてｘ方向を横、ｙ方向を縦と定義する。

誘電体基板１０１は、例えば、ガラスエポキシ基板、ポリミイドフィルム基板等で構成される。誘電体基板１０１の材質は、誘電体材料であれば何でも構わない。

誘電体基板１０１の上に導電膜１０２が形成される。所定の形状である共振器ｋ_ｘｙ（導電パターン）は、誘電体基板１０１の上に蒸着して形成しても良いし、誘電体基板１０１の表面全体に導電膜１０２を形成してからエッチングして形成しても良い。

共振器ｋ_ｘｙは、例えば、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ１０個並べられて周波数選択板１００を構成する。１つの共振器ｋ_ｘｙの大きさは、共振周波数の波長に対して1/3程度の大きさである。

信号は、周波数選択板１００に対して−ｚ方向（裏側）から入力され、ｚ方向（表側）に出力（透過）される。周波数選択板１００に電磁波が入力されると、共振器ｋ_ｘｙが配列されたｘｙ平面に電界が生じ共振現象による電流が流れる。

共振器ｋ_ｘｙの構成を、＋ｘ方向で隣接する共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}との関係で説明する。

共振器ｋ_ｘｙは、誘電体基板１０１の上に十字を形成する横パターン１０と縦パターン２０の導線部と、横パターン１０と縦パターン２０が所定の長さ延伸されたそれぞれの両端部は、直交する方向にそれぞれ延長（１２ａ，１２ｂ）され、当該先端部分は他方向から延長された先端部分と対角線上に間隔Ｄを空けて対向する形状の極板部１２とを備える。

そして、極板部１２は、隣接する他の共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１と対向する中心部分が横パターン１０の幅で切り欠かれ（切り欠き部１３）、切り欠き部１３の中心から横パターン１０の幅よりも細い幅で且つ横パターン１０の長さより短い長さ延伸されて隣接する他の共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１と接合する（導体パターン１４）。横パターン１０と直交する方向にそれぞれ延長された導体パターン１２ａ，１２ｂの先端部分の間隔Ｄは、隣接する他の共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１との間隔ｄよりも広い形状である。つまり、極板部１２の平面形状は、外側を下底、内側を上底とする台形であり、下底の中心部分が切り欠かれ、その切り欠かれた切り欠き部１３のｙ方向の中心から横パターン１０よりも細い幅の導体パターン１４が延伸され隣接する他の共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１と接合される形状である。切り欠き部１３は、導体パターン１４によって切り欠き部１３ａ，１３ｂの2つに分割される。

以上、共振器ｋ_ｘｙの構成を＋ｘ方向で隣接する共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}との関係で説明したが、この構成は上下方向（ｙ）及び左右方向（ｘ）で同じである。つまり、各共振器ｋ_ｘｙは、横パターン１０の中心線で上下対称である。また、縦パターン２０の中心線で左右対称である。

この特徴的な共振器ｋ_ｘｙの構成により、本実施形態に係る周波数選択板１００は、3つの共振電流が流れる共振パスを備える。

図２は、周波数選択板１００に流れる3つの共振電流が流れる共振パスを模式的に示す図である。3つの共振電流は、直列共振周波数である遮断周波数（動作周波数）ｆ_Ｓｂの共振電流が流れるストップバンド経路Ｓｂ、低周波側の並列共振周波数（低周波側バンドパス周波数ｆ_Ｌｂ）の共振電流が流れる低周波側バンドパス経路Ｌｂ、高周波側の並列共振周波数（高周波側バンドパス周波数ｆ_Ｈｂ）の共振電流が流れる高周波側バンドパス経路Ｈｂの3つである。

低周波側バンドパス経路Ｌｂは、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂを構成する。高周波側バンドパス経路Ｈｂは、高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂを構成する。

ストップバンド経路Ｓｂは、隣接する共振器ｋ_ｘｙの横パターン１０及び縦パターン２０を通る経路である。図２では、図面が煩雑になることを理由に、ｘ方向の＋ｙ側の経路のみを示している。実際のストップバンド経路Ｓｂは、横パターン１０を中心に−ｙ方向に対称に存在する。また、縦パターン２０を中心に±ｘ方向にも存在する。

低周波側バンドパス経路Ｌｂは、隣接する共振器ｋ_ｘｙの切り欠き部１３ａ同士の周りを周回する経路である。図２では、ストップバンド経路Ｓｂと同様にｘ方向の＋ｙ側の経路のみを示している。実際の低周波側バンドパス経路Ｌｂは、横パターン１０を中心に−ｙ方向に対称に存在する。また、縦パターン２０を中心に±ｘ方向にも存在する。

高周波側バンドパス経路Ｈｂは、1つの共振器ｋ_ｘｙの先端部分を対向させる極板部１２ａと２１ｂを周回する経路である。高周波側バンドパス経路Ｈｂは、上下及び左右対称の構成から、1つの共振器ｋ_ｘｙ内に4つ存在する。図２では、極板部１２ａと２１ｂを周回する経路のみを示している。

図３は、各共振パスを構成する誘導成分と容量成分の共振器ｋ_ｘｙ上の部位を模式的に示す図である。誘導成分をＬ、容量成分をＣで表記する。

図３（ａ）は、各成分を構成する部位の大凡の形状を破線で囲って示す図である。図３（ｂ）は、各共振パスを等価回路で示す図である。

ストップバンド経路Ｓｂは、横パターン１０及び縦パターン２０で形成される誘導成分Ｌ１、横パターン１０と直交する方向の極板部１２ａで形成される誘導成分Ｌ２、及び極板部１２ａが隣接する共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１との間で形成される容量成分Ｃ_ｓの直列接続で表せる（図３（ｂ）に示す矢印の経路）。

低周波側バンドパス経路Ｌｂは、切り欠き部１３のｘ方向の間をつなぐ導体パターン１４で形成される誘導成分Ｌ３が、誘導成分Ｌ２と容量成分Ｃ_ｓの直列接続に並列に接続される経路で表せる（図３（ｂ）に破線の円環で示す経路）。

高周波側バンドパス経路Ｈｂは、導体パターン１２ａ，２１ｂの先端部分で形成される容量成分Ｃ_ｐｈと誘導成分Ｌ２の直列接続が、容量成分Ｌ１に並列に接続される経路で表せる（図３（ｂ）に一点鎖線の円環で示す経路）。

図３（ｂ）に示すＺ_０は、空間インピーダンスを表す。空間インピーダンスＺ_０は、真空の誘電率と透磁率から決まるインピーダンスである。

各経路で生じる共振周波数は、共振器ｋ_ｘｙの形状を表すパラメータによって決定することができる。パラメータは主に、共振器ｋ_ｘｙの形状を決定する各部の寸法である。

図４は、共振器ｋ_ｘｙの形状を決定するパラメータの例を示す図である。導電パターンの厚さは1.3μmである。共振器ｋ_ｘｙが周期的に配列されるピッチは10mmとした。

横パターン１０及び縦パターン２０の長さをｌ、横パターン１０及び縦パターン２０の幅をｗ、極板部１２のｘ方向の長さをｈ（台形形状の高さ）、切り欠き部の幅をｃ_ｘ、切り欠き部の奥行きをｃ_ｙ、切り欠き部１３内を橋渡す導電パターン１４の幅をｗ_２、及び極板部の先端部分の間隔Ｄの幅をｇで表記している。

これらの寸法を決定すれば、導電パターン１４の長さを含めて共振器ｋ_ｘｙの形状が決定される。また、共振器ｋ_ｘｙの形状を決定することで上記の誘導成分Ｌ１，Ｌ２、及び容量成分Ｃ_ｓ，Ｃ_ｐｈの値が決定される。

図５は、図４に示す周波数選択板の共振周波数の解析結果を示す。図５の横軸は周波数［GHz］、縦軸は反射特性を表す反射係数Ｓ_１１［dB］である。解析した共振器ｋ_ｘｙのパラメータは、l=6.8mm,d=0.2mm,g=0.8mm,w=1.5mm,w2=0.2mm,c_x=1.5mm,c_y=1.0mm,h=1.5mmとした。

図５に示すように遮断周波数ｆ_Ｓｂを中心に、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂ、及び高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂの3つの共振周波数が得られる。各共振周波数は、それぞれに対応するパラメータによって決定される。

遮断周波数ｆ_Ｓｂは、横パターン１０及び縦パターン２０で形成される誘導成分Ｌ１、横パターン１０と直交する方向の極板部１２ａで形成される誘導成分Ｌ２、及び極板部１２ａが隣接する共振器ｋ_{（ｘ＋１）ｙ}の極板部１１ａとの間で形成される容量成分Ｃ_ｓによって決まる。よって、遮断周波数ｆ_Ｓｂは、パラメータの横パターン１０及び縦パターン２０の長さｌ、横パターン１０及び縦パターン２０の幅ｗ、ピッチｐ、及び隣接する他の共振器の極板部との間隔ｄによって決定される。

図６は、容量成分Ｃ_ｓによって遮断周波数ｆ_Ｓｂが変化する例を示す図である。図６の横軸は周波数［GHz］、縦軸は透過特性を表す透過係数Ｓ_２１［dB］である。破線は容量成分Ｃ_ｓを大きくした場合であり、一点鎖線は容量成分Ｃ_ｓを小さくした場合である。このように、例えば容量成分Ｃ_ｓによって遮断周波数ｆ_Ｓｂを変化させることができる。

低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂは、切り欠き部１３内を橋渡しする導電パターン１４の幅ｗ_２とピッチｐによる誘導成分Ｌ３と、誘導成分Ｌ２と容量成分Ｃ_ｓとによって決まる。誘導成分Ｌ２と容量成分Ｃ_ｓは、遮断周波数ｆ_Ｓｂを決定するパラメータでもある。したがって、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂは、主に導電パターン１４の幅ｗ_２で制御することができる。

高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂは、導体パターン１２ａ，２１ｂの先端部分で形成される容量成分Ｃ_ｐｈと誘導成分Ｌ２によって決まる。誘導成分Ｌ２は、遮断周波数ｆ_Ｓｂを決定するパラメータでもある。したがって、高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂは、主に導体パターン１２ａ，２１ｂの先端部分で形成される容量成分Ｃ_ｐｈで制御することができる。

このように3つの共振器の共振周波数は、それぞれ独立させて制御することが可能である。つまり、動作周波数及びその帯域幅の調整が容易である。

以上説明したように本実施形態に係る周波数選択板１００は、同一形状の導電パターンで形成される共振器ｋ_ｘｙを、誘電体基板１０１の上に周期的に配列した構造の周波数選択板１００において、共振器ｋ_ｘｙは、誘電体基板１０１の上に十字を形成する横パターン１０と縦パターン２０の導線部と、横パターン１０と縦パターン２０が所定の長さ延伸されたそれぞれの両端部は、直交する方向にそれぞれ延長され、当該先端部分は他方向から延長された先端部分と対角線上に間隔を空けて対向する形状の極板部１２とを備え、極板部１２は、隣接する他の共振器の極板部１１と対向する中心部分が横パターン１０の幅で切り欠かれ、該切り欠かれた部分１３の中心から横パターン１０の幅よりも細い幅で且つ所定の長さより短い長さ延伸されて隣接する他の共振器の極板部１１と接合し、極板部の先端部分の間隔Ｄは、隣接する他の共振器の極板部との間隔ｄよりも広い形状である。これにより動作周波数及びその帯域幅の調整を容易にすることができる。

本実施形態に係る周波数選択板１００は、遮断周波数ｆ_Ｓｂを中心に、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂ、及び高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂを備えるので、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂと高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂを遮断周波数ｆ_Ｓｂに近づけることで遮断特性（バンドストップ特性）を狭帯域化することもできる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る周波数選択板の平面図を模式的に示す図である。図６に示す周波数選択板２００は、副共振器を備える点で周波数選択板１００（図１）と異なる。

図７に示す周波数選択板２００の副共振器は、隣接する極板部１２ａと１１ａの先端部分を覆う例えばホームベース形状の第２導電パターンＦ_ｋｐで構成される。ｙ方向の極板部２１，２２の先端部分にも第２導電パターンＦ_ｋｐが形成される。

第２導電パターンＦ_ｋｐは、極板部１２ａ等の導電膜１０２と誘電体層を挟んで重ね合わせて形成される。導電パターンＦ_ｋｐを、層状に重ね合わせる方法としては、例えば共振器ｋ_ｘｙと導電パターンＦ_ｋｐが形成されたフレキシブル基板又はリジッド基板を2つ重ねて実装する方法や、ＰＥＴ基板に印刷された2枚の導電パターンをラミネート加工によって重ね合わせた状態で固定する方法などが考えられる。又は、蒸着膜及び拡散膜を形成する半導体プロセスを用いて作製してもよい。

図８は、副共振器の構造を模式的に示す図である。図７（ａ）はその斜視図である。図８（ｂ）は図８（ａ）に示すＡ−Ａ線で切った断面図である。

図８（ａ）に示すように、隣接する極板部１２ａと１１ａに、誘電体層を挟んで重ねられた導電パターンＦ_ｋｐによって、2つの容量成分Ｃ_ｓ′の直列接続が、隣接する極板部１２ａ，１１ａで形成される容量成分Ｃ_ｓに並列に接続される。

図８（ｂ）に示すように、容量成分Ｃ_ｓ′は、誘電体基板１０１、導電膜１０２、誘電体膜１０３、及び第２導電パターン１０４の4層で構成される。なお、更に誘電体膜と導電膜を増やしても良い。詳しくは後述する。

図９は、副共振器を備える周波数選択板２００の等価回路を模式的に示す図である。導電膜１０２で形成される共振器ｋ_ｘｙ（以降、主共振器と称する場合がある）の等価回路は、誘導成分Ｌと容量成分Ｃ_ｓの直列接続で表現している。

よって、周波数選択板２００は、主共振器ｋ_ｘｙの容量成分Ｃ_ｓに、2つの容量成分Ｃ_ｓ′の直列接続が並列に接続された等価回路で表せる。第２導電パターンＦ_ｋｐと極板部１２ａ，１１ａの間に形成される容量は、極板部１２ａ，１１ａ同士の間で形成されう容量成分Ｃ_ｓよりも大きい（Ｃ_ｓ′≫Ｃ_ｓ）。

図９に示す等価回路から明らかなように、本実施形態に係る周波数選択板２００の遮断周波数は、容量成分Ｃ_ｓ′が付加された周波数である。したがって、主共振器ｋ_ｘｙの形状はそのままにし、副共振器を形成する第２導電パターンの形状を変えることで、遮断周波数を制御することができる。

図１０は、第２導電パターンＦ_ｋｐの形状を変えた場合の遮断周波数の変化を示す図である。

図１０（ａ）はｘ方向の長さを変えた場合の変化を示す図であり、図１０（ｂ）はｙ方向の長さを変えた場合の変化を示す図である。図１０の横軸は周波数［GHz］、縦軸は透過特性を表す透過係数Ｓ_２１［dB］である。

図１０（ａ）のパラメータ0mmは、図６に示す第２導電パターンＦ_ｋｐの形状の場合である。パラメータ0.2mmは、第２導電パターンＦ_ｋｐの幅を−0.2mmしたことを表す。つまり、一方の極板部１２ａの外側から−0.1mm、他方の極板部１１ａの外側から−0.1mmした場合の特性である。

図１０（ａ）に示すように、第２導電パターンＦ_ｋｐの幅を0〜1mmの範囲で変えることで遮断周波数を約1GHzの範囲で可変することができる。つまり、主共振器ｋ_ｘｙの形状を変えずに第２導電パターンＦ_ｋｐの形状を変えることで遮断周波数を調整することができる。

図１０（ｂ）のパラメータ0mm〜0.5mmは、第２導電パターンＦ_ｋｐのｙ方向の長さを変化させた寸法を表す。パラメータ0mmは、図６に示す第２導電パターンＦ_ｋｐの形状の場合である。

図１０（ｂ）に示すように、第２導電パターンＦ_ｋｐのｙ方向の長さを0〜0.5mmの範囲で変えることで遮断周波数を約0.5GHzの範囲で可変することができる。このように第２導電パターンＦ_ｋｐのｙ方向の長さを変えても遮断周波数を調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る周波数選択板２００は、導線部の上に誘電体膜を挟んで配置される第２導電パターンを備え、第２導電パターンの平面形状は、隣接する共振器同士で同一部分を覆う形状、及び同一の共振器の極板部の間を覆う形状である。これにより、主共振器ｋ_ｘｙの形状を変えずにその遮断周波数を調整することができる。

〔第３実施形態〕
図１１は、本発明の第３実施形態に係る周波数選択板の平面図を模式的に示す図である。図１１に示す周波数選択板３００は、周波数選択板１００（図１）に対して低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂと高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂのそれぞれに対応する副共振器を備えたものである。

低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂに対応する副共振器は、この例では2つの第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１とＦ_ｋＬｂ２で構成される。第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２は、第２導電パターンＦ_ｋｐと同様に、極板部１２ａ等の導電膜１０２と誘電体層を挟んで重ね合わせて形成される。

第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２のそれぞれは、容量成分Ｃ_ｓ１′とＣ_ｓ２′を形成させる。第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２は、隣接する共振器を跨いで同じ形状である。つまり、極板板１２ａの上の形状と、極板板１１ａの上のそれぞれの第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１形状は同じであり、隣接する共振器の間で繋がっている。容量成分Ｃ_ｓ１′とＣ_ｓ２′は、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂの並列共振周波数に並列に接続されて作用する。

図１２は、容量成分Ｃ_ｓ１′とＣ_ｓ２′が、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂの等価回路に並列に接続された等価回路を示す。この等価回路から明らかなように、本実施形態に係る周波数選択板３００の低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂは、容量成分Ｃ_ｓ１′とＣ_ｓ２′が付加された周波数である。したがって、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂの形状はそのままにし、副共振器を形成する第２導電パターンの形状を変えることで、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂを制御することができる。

第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１は、高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂの等価回路に並列に接続される容量成分Ｃ_ｓ１′を形成する。第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１によって高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂを制御することができる。その作用は、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂの場合と同じである。

低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂと高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂは、それぞれ独立させて制御することができる。よって、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂに対応する第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２、及び高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂに対応する第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１の形状を変化させることで、遮断周波数の帯域幅を制御することができる。

図１３は、主共振器ｋ_ｘｙの形状を固定し、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂに対応する副共振器と高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂに対応する副共振器をそれぞれ構成する第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２，Ｆ_ｋＨｂ１の形状を変えた場合の反射特性の例を示す図である。

図１３の横軸は周波数［GHz］、縦軸は反射特性を表す反射係数Ｓ_１１［dB］である。

図１３において、破線は、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂを下げ、高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂを上げた特性例を示す。一点鎖線は、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂを上げ、高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂを下げた特性例を示す。このように低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂと高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂにそれぞれ対応する副共振器を構成する第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２，Ｆ_ｋＨｂ１の形状を変えることで周波数選択板３００の帯域幅を制御することができる。

ここで注目すべきは、遮断周波数が大きく変化していない点である。図１３に示す例では、遮断周波数は3%以下の変化であった。このように遮断周波数を変化させずに帯域幅を可変することができる。

第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２と第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１は、何れも第２導電パターンに設ける例で説明したが、両者は異なる層の導電パターンに設けるようにしても良い。例えば、第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１を、第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１等の上に誘電体膜を挟んで配置される第３導電パターン（図示せず）で形成するようにしても良い。

また、第２導電パターンＦ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２と重なるように同じ形状の第３導電パターン（図示せず）を形成するようにしても良い。同じ形状の第３導電パターンによって、並列共振回路に更に並列に容量成分を付加することができる。

また、図１１において鈎形状の第２導電パターンＦ_ｋＨｂ１を、第３導電パターン（図示せず）を形成するようにしても良い。そうすることで、高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂに作用する副共振器を付加することができる。

このように本発明の第３実施形態に係る周波数選択板３００は、第２導電パターンの上に誘電体膜を挟んで配置される第３導電パターンを備え、第３導電パターンの平面形状は、第２導電パターンと同形状である、又は第２導電パターンと異なる形状である。これにより、周波数選択板３００の設計の自由度を向上させることができる。また、同じ平面形状でより大きな容量成分を付加することができるので、周波数選択板を小型化することができる。

なお、誘電体膜１０３（図８（ｂ））の厚さは、第２導電パターン又は第３導電パターンによって付加される容量成分が集中常数で扱える範囲の厚さである。例えば、共振器ｋ_ｘｙを、誘電体基板１０１の上に周期的に配列するピッチを10mmとした場合は、導電パターンの間の間隔を0.125mm程度にすると良い。これによれば、厚さ方向における電磁波の伝送線路的な伝搬を無視することができ、周波数選択板２００，３００の設計を容易にすることができる。

以上説明したように本実施形態に係る周波数選択板１００によれば、遮断周波数ｆ_Ｓｂを中心に、低周波側透過周波数ｆ_Ｌｂ、及び高周波側透過周波数ｆ_Ｈｂの3つの共振周波数が得られる。各共振周波数は、それぞれに対応するパラメータによって決定される。したがって、動作周波数及びその帯域幅の調整が容易な周波数選択板を提供することができる。

また、周波数選択板２００によれば、主共振器ｋ_ｘｙに対応する副共振器を備える。副共振器を構成する導電パターンによって、動作周波数及びその帯域幅の調整が行える。主共振器ｋ_ｘｙを変更せずに副共振器を調整することで遮断周波数の帯域幅を容易に調整できる。

また、周波数選択板３００によれば、低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂと高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂのそれぞれに対応する副共振器を備える。それぞれに対応する副共振器を構成する導電パターンによって、動作周波数及びその帯域幅の調整が行える。副共振器の共振周波数は独立して調整できるので動作周波数及びその帯域幅の調整が容易である。

なお、主共振器ｋ_ｘｙに対応する副共振器と低周波側バンドパス共振器ｋ_Ｌｂと高周波側バンドパス共振器ｋ_Ｈｂのそれぞれに対応する副共振器を、同じ周波数選択板に実装することも可能である。また、図１、図７、及び図１１にそれぞれ示した周波数選択板の平面形状は、一例であり導電パターンの形状はこれらに限定されない。例えば、隣接する他の共振器の極板部と接合する導電パターンの幅は、図に示す幅よりも細くても良いし、太くても良い。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１００，２００，３００：周波数選択板
１０３：誘電体膜
１０：横パターン（導線部）
２０：縦パターン（導線部）
１２，１２ａ，１２ｂ；極板部
１３，１３ａ，１３ｂ：切り欠き部
１４：導電パターン（隣接する他の共振器の極板部と接合する導電パターン）
ｋ_ｘｙ：共振器（主共振器）
ｄ：隣接する他の共振器の極板部との間隔
Ｄ：極板部の先端部分の対角線を挟んだ間隔
ｌ：横パターン及び縦パターンの長さ
ｗ：横パターン及び縦パターンの幅
ｈ：極板部１２のｘ方向の長さ（台形の高さ）
ｃ_ｘ：切り欠き部の幅
ｃ_ｙ：切り欠き部の奥行き
ｗ_２：切り欠き部内を橋渡す導電パターンの幅
ｇ：極板部の先端部分の間隔の幅
Ｆ_ｋＬｂ１，Ｆ_ｋＬｂ２，Ｆ_ｋＨｂ１：第２導電パターン

Claims

同一形状の導電パターンで形成される共振器を、誘電体基板の上に周期的に配列した構造の周波数選択板において、
前記共振器は、
前記誘電体基板の上に十字を形成する横パターンと縦パターンの導線部と、
前記横パターンと前記縦パターンが所定の長さ延伸されたそれぞれの両端部は、直交する方向にそれぞれ延長され、延長された先端部分は他方向から延長された先端部分と対角線上に間隔を空けて対向する形状の極板部と
を備え、
極板部は、隣接する他の共振器の極板部と対向する中心部分が前記横パターンの幅で切り欠かれ、該切り欠かれた部分の中心から前記横パターンの幅よりも細い幅で且つ前記所定の長さより短い長さ延伸されて隣接する他の共振器の極板部と接合し、前記先端部分の間隔は、隣接する他の共振器の極板部との間隔よりも広い形状である
ことを特徴とする周波数選択板。
前記導電パターンの上に誘電体膜を挟んで配置される第２導電パターンを備え、
第２導電パターンの平面形状は、隣接する共振器同士の同一部分を覆う形状、及び同一の共振器の前記極板部の間を覆う形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数選択板。
第２導電パターンの上に誘電体膜を挟んで配置される第３導電パターンを備え、
第３導電パターンの平面形状は、第２導電パターンと同形状である、又は第２導電パタ−ンと異なる形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の周波数選択板。
前記誘電体膜の厚さは、第２導電パターン又は第３導電パターンによって付加される容量成分が集中定数で扱える範囲の厚さである
ことを特徴とする請求項３に記載の周波数選択板。